Mgr Dorota Wieczorek



Promotor: Prof. dr hab. inż. Paweł Kafarski

Degradacja wiązania C-P w aminofosfonianach przez grzyby strzępkowe


Słowa kluczowe: ksenobiotyki fosfonoorganiczne, grzyby strzępkowe, biodegradacja

Cele projektu

Planowane eksperymenty stanowią część projektu realizowanego przez ostatnie trzy lata, którego głównym celem jest sprawdzenie zdolności różnych gatunków grzybów strzępkowych do biodegradacji związków aminofosfonowych powszechnie wykorzystywanych w przemyśle i rolnictwie.

Pochodne kwasów fosfonowych stanowią grupą substancji zaliczanych do związków fosforoorganicznych. Cechą charakterystyczną fosfonianów jest obecność w strukturze ich cząsteczek bezpośredniego, kowalencyjnego wiązania łączącego ze sobą atomy węgla i fosforu. Ze względu na wysoką energię dysocjacji wiązania C-P, fosfoniany wykazują dużą trwałość i odporność na chemiczne metody rozkładu takie jak fotoliza, hydroliza czy termoliza. Prócz dużej stabilności, związki fosfonoorganiczne posiadają także szereg innych cech, które sprawiły, że znalazły one szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki. Istotny wpływ fosfonianów na funkcjonowanie wielu szlaków metabolicznych sprawił, iż substancje te wykorzystuje się m.in. jako pestycydy albo leki, podczas gdy właściwości kompleksujące tych połączeń spowodowały, że stosowane są powszechnie jako środki antykorozyjne i dodatki do detergentów. Tak intensywna eksploatacja związków fosfonowych sprawiła, że corocznie do środowiska uwalniane są dziesiątki tysięcy ton tych ksenobiotyów, co przy braku skutecznych i tanich metod ich utylizacji stanowi poważny problem dla prawidłowego funkcjonowania ekosystemów. Alternatywą dla chemicznych metod utylizacji fosfonianów jest ich biodegradacja, jednak wiedza w tym zakresie wciąż jest bardzo fragmentaryczna.

Obecnie wiadomo, że niektóre mikroorganizmy, szczególnie te zasiedlające środowisko glebowe, posiadają zdolność do degradowania związków fosfonowych, traktując je jako źródło podstawowych składników pokarmowych W grupie organizmów posiadających tę cechę najczęściej wymienia się bakterie oraz grzyby strzępkowe (pleśniowe). Grzyby te pomimo tego, iż posiadają uznane możliwości adaptacji do zmieniających się warunków środowiska życia nie cieszyły się do tej pory dużym zainteresowanie badaczy. W tej sytuacji warto wspomnieć, iż dotychczasowe wyniki eksperymentów prowadzonych w Katedrze Chemii Analitycznej i Ekologicznej Wydziału Chemii Uniwersytetu Opolskiego, wskazują ma znaczny potencjał grzybów pleśniowych w procesach biodegradacji pochodnych fosfonowych.

Planowane metody i narzędzia badawcze

Rozkład ksenobiotyków fosfonoorganicznych oraz możliwości mineralizacji tych substancji, sprawdzone zostaną z wykorzystaniem klasycznych technik hodowli mikroorganizmów. W przypadku grzybów strzępkowych będą to hodowle na stałych i płynnych pożywkach mineralnych Czapka modyfikowanych wybranymi związkami aminofosfonowymi. Zmiany składu chemicznego podłoża będą monitorowane za pomocą odpowiednich technik NMR.

Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie

Projekt sytuuje się na styku badań podstawowych i aplikacyjnych, w zakresie oceny możliwości wykorzystania grzybów strzępkowych w procesach biotechnologicznych, w szczególności w dziedzinie biodegradacji substancji ksenobiotycznych. Wyniki doświadczeń przeprowadzonych do tej pory wskazują na to, że znacząca grupa spośród tych mikroorganizmów wykazuje pożądaną aktywność w procesach biotransformacji pochodnych fosfonowych.

Innowacyjność prowadzonych badań polega na stworzeniu podstaw racjonalnego wykorzystaniu grzybów strzępkowych do utylizacji ksenobiotyków aminofosfonowych, co może prowadzić do opracowania bezpiecznych i tanich sposobów detoksykacji wód powierzchniowych i gleby. Ma to niezwykle istotne znaczenie w naszym regionie, w którym zarówno rolnictwo, jak i przemysł chemiczny są wysoce rozwinięte, a to skutkuje obecnością ponadnormatywnych, ilości szkodliwych dla środowiska przyrodniczego substancji zawierających różne formy fosforu w strukturach molekuł. Jednym ze znanych przykładów zagrożeń, jakie niosą tego typu ksenobiotyki są regularne zakwity wód Jeziorach Turawskich cieszących się dużą popularnością wśród mieszkańców Opolszczyzny. Konsekwencją tego zjawiska jest gwałtowne pogorszenie jakości wód powierzchniowych, co w przypadku Jezior Turawskich doprowadziło niemal do zaniku turystyki na tym terenie, a w dłuższej perspektywie grozi skażeniem wód głębinowych i ujęć wody pitnej. O aktualności podjętego problemu badawczego świadczy także zainteresowanie firmy Zschimmer & Schwarz Mohsdorf GmbH & Co KG (Niemcy), zajmującej się syntezą substancji aminofosfonowych, wynikami prowadzonych badań.




dol