Noutati
Proiect GRIFOX
Proiect IDEI
Descrierea proiectului

Prezentarea proiectului



1. Importanta si relevanta continutului stiintific

1.1. Relevanta ariei tematice Cercetarile din domeniul biosurfactantilor (BS) au inceput sa se intensifice in ultimii ani datorita potentialului mare de utilizare a acestora in diferite ramuri ale economiei cum ar fi: agricultura, industriile alimentara, farmaceutica, petrochimica, a titeiului si hartiei. Dezvoltarea acestei directii de cercetare este foarte importanta in principal datorita preocuparii actuale pentru protectia mediului inconjurator. Cel mai mare avantaj al surfactantilor microbieni fata de cei chimici este faptul ca sunt biodegradabili si nu sunt toxici pentru mediul natural. Biosurfactantii au devenit un produs biotehnologic important cu aplicatii in industrie si medicina. Motivul popularitatii lor ca produsi microbieni foarte valorosi consta in activitatea lor specifica, toxicitatea scazuta, relativ usor de obtinut si domeniile variate de aplicabilitate. Pot fi utilizati ca emulsifianti, de-emulsifianti, agenti de inmuiere, agenti de dispersare, agenti de spumare, ingredienti alimentari activi si detergenti in diferite sectoare industriale cum ar fi: petrol si petrochimie, chimie organica, alimentara si a bauturilor, cosmetica si farmaceutica, miniera si metalurgica, agrochimie si fertilizanti, protectia si managementul mediului, etc. Numeroase specii de bacterii, levuri si fungi filamentosi produc macromolecule care au proprietati tensioactive - surface-active. Biosurfactantii produsi de microorganisme au un potential comercial mare, putand fi utilizati in numeroase aplicatii precum: bioremediere, recuperarea titeiului, formularea erbicidelor si pesticidelor, produse cosmetice (ex. detergenti si cosmetice), formularea lubrifiantilor si inhibitori ai cresterii microorgansimelor. Soforolipidele, substante de natura glicolipidica sintetizate de mai multe specii de Candida sau alte specii de levuri inrudite, contin diglucide legate de acizi grasi hidroxilati prin legaturi glicozidice. Soforolipidele sunt un grup de biosurfactanti cu aplicatii potentiale si produse noi (Solaiman, 2004).

1.2. Importanta stiintifica a temei Importanta stiintifica a temei propuse poate fi subliniata si demonstrata de urmatoarele aplicatii ale acestor substante (biosurfactanti) in protectia si stimularea cresterii plantelor si in combaterea poluarii mediului:

1.2.1. Rolul biosurfactantilor in mecanismele de inhibare a fungilor fitopatogeni. Se cunosc relativ putine lucruri despre mecanismele utilizate de bacteria Bacillus subtilis implicate in capacitatile ei de agent de combatere biologica a bolilor plantelor. Au fost realizate studii pentru crearea unui model de infectie a unei plante sensibile in scopul demonstrarii faptului ca tulpina bacteriana de tip salbatic B. subtilis 6051 are capacitatea de a inhiba pe Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 prin producerea unor substante de natura lipopeptidica numite surfactin. Astfel, a fost utilizata bacteria fitopatogena Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 care este capabila sa infecteze radacinile plantei test Arabidopsis atat in vitro cat si in in vivo. Suprafata radacinilor plantei test Arabidopsis tratate cu suspensie de B.subtilis au fost analizate cu ajutorul unui microscop confocal laser scanning pentru a evidentia in imagini tridimensionale biofilmul format de aceasta bacterie. Se stie ca formarea biofilmului de catre B.subtilis este un proces complex care include si secretia de surfactin, biosurfactant cu rol de agent antimicrobian de natura lipopeptidica. Pentru a stabili rolul surfactinului in capacitatea de biocontrol a acestei bacterii a fost testata o tulpina mutanta, numita M1, care prezenta o deletie la nivelul genei implicate in sinteza surfactinului, fiind astfel incapabila sa produca surfactin. Tulpina B.subtilis M1 a fost incapabila sa protejeze planta test Arabidopsis fata de infectia produsa de P.syringae si de asemeni, nu a putut forma biofilm nici pe suprafata radacinilor plantei si nici pe o suprafata inerta (in vitro). Activitatea antibacteriana a surfactinului fata de P.syringae a fost determinata in prin cultivarea simultana a bacteriilor atat in mediu lichid cat si pe mediu solid, si de asemeni a fost evidentiata prin metode de colorare specifice. Desi concentratia minima inhibitorie determinata a fost relativ mare (25 µg mL-1), nivelul lipopeptidelor in radacinile colonizate de B.subtilis a fost suficient ca sa-l omoare pe P.syringae. Aceste rezultate indica faptul ca dupa colonizarea radacinilor tulpina B. subtilis 6051 formeaza un biofilm stabil, extensiv si secreta surfactin, care actioneaza impreuna pentru a proteja planta fata de atacul bacteriilor patogene (Bais, 2003). Bacteriile prezente pe radacinile plantelor - rizobacteriile benefice plantelor (PR beneficial plant rizobacteria) sunt asociate cu suprafata radacinilor plantei si pot influenta cresterea plantei prin mecanisme care imbunatatesc aportul de substante nutritive minerale, combaterea bolilor sau producerea de fitohormoni (Klopper si colab., 1991; Lutenberg si colab., 1991; Costacurta si Vanderleyden, 1995; Defago si Keel, 1995; Mateescu si colab.,;Grebenisan si colab.,). O caracteristica importanta a rizobacteriilor benefice este capacitatea lor de a coloniza efectiv rizosfera si de a mentine o relatie stabila cu suprafata radacinilor plantei (Lutenberg and Dekkers, 1999). Rizobacteriile pot de asemeni sa interactioneze cu o serie de microorganisme din sol care sunt prezente in mod normal in rizosfera plantelor si in unele cazuri sa actioneze ca agenti de biocontrol fata de bacterii patogene (Pinton si colab., 2001). Interesant de subliniat este faptul ca o colonizare scazuta a radacinilor plantelor de catre rizobacteriile benefice poate duce la o scadere a activitatii de biocontrol (Schippers si colab., 1987). Una dintre bacteriile din aceasta categorie este Bacillus subtilis un microorganism ubicvitar in sol, care are capacitatea de a stimula cresterea plantelor si de a proteja plantele fata de atacul fungilor fitopatogeni (Utkhede si Smith, 1992; Asaka si Shoda, 1996; Emmert si Handelsman, 1999; Grebenisan si colab.,) si de asemeni are rol in degradarea polimerilor organici prezenti in sol (Emmert and Handelsman, 1999). Tulpinile comerciale B. subtilis au fost puse in vanzare ca agenti de control biologic impotriva micozelor plantelor de cultura (Emmert and Handelsman, 1999; Warrior et al., 2002). Biofungicidele comerciale Serenade, care contin tulpini de B. subtilis, sunt folosite impotriva a numeroase bacterii patogene inclusiv a tulpinilor Erwinia, Pseudomonas si Xanthomonas (http://www.agraquest.com/). Mecanismul acestor efecte antibacteriene este nesigur, cu toate ca este stiut ca B. subtilis poate produce o varietate de agenti antibacterieni, inclusiv un larg spectru de lipopeptide, ca surfactin, care este un potential biosurfactant (Zuber et al., 1993; Peypoux et al., 1999). Hidrofobinele. Fungi filamentosi secreta proteine de dimensiuni mici bogate in cisteina denumite hidrofobine care se formeaza la interfata hidrofila-hidrofoba in membrane amfipatice, foarte insolubile. Prin formarea lor la interfata dintre suprafata mediului de cultura si aer scad foarte mult tensiunea superficiala ceea ce permite formarea conidioforilor si corpilor de fructificare in aer. Prin formarea la interfata dintre peretele celular hidrofob si aer sau orice alt mediu hidrofob aceste structuri emergente sunt acoperite cu o membrana formata de hidrofobine. Aceste proprietati fac ca hidrofobinele sa indeplineasca un spectru larg de functii in dezvoltarea fungilor. Ele sunt implicate in formarea de structuri aeriene (reproductive), in dispersia aeriana a sporilor, de asemenea ele traseaza canale aeriene in interiorul fructelor cu acoperire hidrofobica, probabil servind ca shimbator de gaze. De asemenea, hidrofobinele mediaza atasarea hifelor fungilor de suprafetele hidrofobe ale plantelor (radacini, frunze, tulpini, etc.) Mai mult ele se pare ca sunt implicate in interactiile complexe interhifale si in interactiile cu algele din asociatiile ce formeaza lichenii. Rezistenta lor mare la tratamentele cu substante chimice, enzime sugereaza ca hidrofobinele protejeaza structurile emergente ale fungilor fata de factorii de mediu. Clasa I si clasa II de hidrofobine sunt proteine fungice mici care sunt secretate la interfata hidrofila-hidrofoba si formeaza filme amfipatice. Hidrofobinele din clasa I sunt foarte insolubile, in timp ce acelea din clasa a II a se pot dizolva intr-o varietate mare de solventi. Proprietatile hidrofobinelor fac din ele candidate interesante pentru a fi utilizate intr-o gama mare de aplicatii tehnice si medicale.

1.2.2. Utilizarea microorganismelor in recuperarea titeiului. Un domeniu cu considerabile potentiale aplicatii ale biosurfactantilor (BS) este recuperarea titeiului – “microbial enhanced oil recovery” (MEOR). Microorganismele din rezervoare sunt stimulate sa produca polimeri si surfactanti care ajuta prin scaderea tensiunii superficiale la interfata dintre titei si roca. Pentru a produce biosurfactanti in situ, microorganismelor din rezervoare li se furnizeaza substraturi ieftine, precum melasa sau substante anorganice, pentru stimularea cresterii si producerea biosurfactantilor. Pentru a putea fi utile in recuperarea titeiului in situ, bacteriile trebuie sa fie capabile sa creasca in conditiile extreme din rezervoarele de titei: temperatura ridicata, presiune, salinitate si un nivel scazut de oxigen. Au fost izolate cateva bacterii aerobe si anaerobe termofile tolerante la presiune si salinitate moderata, care sunt capabile sa mobilizeze titei nerafinat in experimente de laborator. Clark si colab. au estimat ca 27% din rezervoarele de titei din USA sunt influentate de cresterea microorganismelor si pot fi folosite in recuperarea titeiului. Eficacitatea acestei tehnici a fost raportata in studii in camp care s-au realizat in USA, Cehia, Slovacia, Romania, Ungaria, Polonia si Olanda.

1.2.3. Degradarea hidrocarburilor in sol. Degradarea depinde de prezenta in sol a speciilor de microorganisme care degradeaza hidrocarburi, de compozitia hidrocarburilor, disponibilitatea oxigenului, apa, temperatura, pH-ul si substantele anorganice. Natura fizica a hidrocarburilor poate de asemenea influenta biodegradarea. Adaugarea surfactantilor sintetici sau biosurfactantilor duce la cresterea mobilitatii si solubilitatii hidrocarburilor, fapt foarte important pentru o degradare microbiana eficace. Utilizarea biosurfactantilor in degradarea hidrocarburilor a dat rezultate diferite. Lindley si Heydeman au utilizat tulpina fungica Cladosporium resiuae care crescut pe un amestec de alcani a produs acizi grasi extracelular si fosfolipide, in principal acid dodecanoic si fosfatidilcolina. Suplimentarea mediului de cultura cu fosfatidilcolina a imbunatatit degradarea alcanilor cu 30%. Foght si colab. au raportat ca emulsifiantul Emulsan stimuleaza mineralizarea compusilor aromatici de o cultura pura bacteriana, dar inhiba procesul de degradare cand este utilizata o cultura mixta de bacterii. Oberbremer si Muller-Harting au utilizat populatii de mixte de microorganisme din sol pentru testarea degradarii hidrocarburilor continute de titei. In prima faza a degradarii hidrocarburilor a fost folosit naftalenul; in timpul celei de-a doua faze au fost degradate alte componente ale titeiului, dupa producerea biosurfactantilor de anumite microorganisme care au scazut tensiunea interfaciala. O metoda de indepartare a contaminantilor cu hidrocarburi din sol este adaugarea biosurfactantilor in solul contaminat pentru a creste astfel mobilitatea acestora. Hidrocarburile astfel emulsionate pot fi apoi recuperate cu o sonda si apoi biodegradate. A fost studiata spalarea solului in situ cu doi surfactanti sintetici Adsee 799 si Hyonic NP-90. Indepartarea hidrocarburilor din sol prin adaugarea surfactantilor la apa de spalare a avut un oarecare succes. Mai multe tulpini de bacterii anaerobe produc biosurfactanti care reduc tensiunea superficiala de la 27 la 50 mN/m ceea ce permite “solubilizarea” hidrocarburilor. Biosurfactantii au fost utilizati si pentru recuperarea substantelor xenobiotice. Astfel, Berg si colab. au utilizat surfactanti produsi de o tulpina de Pseudomonas aeruginosa UG2, care au crescut solubilitatea hexaclorobifenilului adaugat unei probe de slam permitand recuperarea acestuia in proportie de 30% in faza apoasa. Comparativ cu utilizarea unui surfactant chimic - ligninsulfonat de sodiu, acest procent a fost de 3 ori mai mare (9,3%). Adaugarea simultana a surfactantului biologic si a celui chimic a avut un efect sinergic solubilizarea hexaclorobifenilului fiind de 41,5%. Un alt exemplu de bacterie il reprezinta Pseudomonas ceparia AC1100 care produce un emulsifiant ce formeaza o suspensie stabila cu 2,4,5,-T si de asemenea prezinta o activitate de emulsifiere fata de clorofenoli, putand fi folosit in degradarea bacteriana a compusilor organoclorurati.

1.2.4. Degradarea pesticidelor. Datorita proprietatilor biodegradative a biosurfactantilor acestia pot fi utilizati in aplicatii de bioremediere pentru protectia mediului, in special pentru indepartarea pesticidelor. Studiind literatura de specialitate se poate remarca faptul ca aplicarea biosurfactantilor in domeniul degradarii pesticidelor este inca la inceput comparativ cu domeniul degradarii hidrocarburilor. In India cateva laboratoare au initiat studii in acest sens, remarcandu-se lucrarile cercetatorilor: Banarjee si colab. pe 2,4,5-acid tricloroacetic, Patel si Gopinath pe Fenthion, Anu Appaiah si Karanth pe a HCH, care au fost sustinute la diferite simpozioane. Hexaclorociclohexanul HCH este un pesticid inca foarte mult utilizat in numeroase tari. Dintre cei opt izomeri cunoscuti ai HCH, forma a constituie mai mult de 70% din produsul tehnic, care nu are efect insecticid si se presupune ca este carcinogenic. In India utilizarea HCH, care este un amestec izomeric, continua datorita pretului mai scazut cu de 10 pana 12 ori fata de Lindan care contine ? HCH pur. Trebuie subliniat faptul ca poluarea mediului cu HCH ameninta toate formele de viata. Solubilitatea mica a acestuia este unul dintre factorii limitativi in degradarea microbiana a a HCH. Prezenta celor 6 ioni de clor in molecula HCH este un alt factor care face ca acesta sa fie persistent in biosfera. Desi exista cateva cercetari in legatura cu biodegradarea izomerilor specifici ai HCH in animale, plante, sol si sisteme microbiene, datele referitoare la metabolizarea a HCH de catre microorganisme este limitata. Mai mult, mecanismul exact al translocarii HCH-lui la locul descompunerii si degradarii a HCH in bacterii nu este foarte bine inteles. In cursul experimentelor realizate de cercetatori din India care au avut ca scop degradarea bacteriana a HCH au fost izolate mai multe tulpini bacteriene capabile sa degradeze HCH. Una dintre tulpini care este eficace in degradarea HCH a fost identificata ca apartinand genului Pseudomonas Ptm+. Aceste tulpini produc biosurfactanti extracelular in mediu mineral ce contine HCH. Biosurfactantii obtinuti emulsioneaza organoclorura HCH solida intr-o masura mai mare decat alte substante organoclorurate ca DDT si ciclodienele, sugerand astfel specificitatea surfactantilor in dispersarea HCH. De asemenea, a fost demonstrat faptul ca cea mai mare cantitate de emulsifianti se sintetizeaza inainte de inceperea degradarii HCH de catre tulpina de Pseudomonas crescuta in mediu lichid. Rolul biosurfactantilor in degradarea HCH a fost descoperit utilizand biosurfactanti partial purificati. Biosurfactantii extracelulari sunt substante macromoleculare de natura lipoglicoproteica. Componenta glucidica a fost identificata ca fiind ramnoza prin diferite metode analitice. Aceasta componenta este stabila si este necesara activitatii surfactantului. Cercetari minutioase au relevat faptul ca fractia proteica reprezinta enzime din metabolismul HCH. In prezenta biosurfactantilor HCH este convertit prin actiunea isomerazei si declorinazei la tetraclorohexan si apoi la clorofenol. Productia biosurfactantilor pe Fenthion un insecticid lichid a starnit de asemenea interesul cercetatorilor. Bacillus subtilis secreta biosurfactanti atat in timpul fermentatiei in mediu lichid cat si pe mediu solid. Surfactantii microbieni produsi de aceste doua tulpini prezinta proprietati de agenti de curatare pentru indepartarea pesticidelor din containerele utilizate, tancurile de amestecare si de pastrare. S-au facut testari pentru standardizarea parametrilor productiei biosurfactantilor in ambele sisteme de fermentatie lichid si solid. Un alt sudiu a relevat faptul ca biosurfactantii produsi de tulpina Pseudomonas Ptm+ au permis marirea gradului de dispersare a HCH in apa de 250 de ori. Adaugarea fie a microorgansimelor fie a biosurfactantilor produsi de acestea pe fructe, legume si seminte a indepartat reziduurile de HCH foarte bine. Studii de laborator au aratat ca biosurfactantii sunt foarte eficienti in curatarea containerelor in care reziduurile de HCH sunt aderate de perete. Au fost realizate studii pentru producerea la scara industriala a biosurfactantilor produsi de tulpina Pseudomonas Ptm+ si se preconizeaza bioformularea acestora pentru utilizarea in indepartarea HCH din soluri contaminate.

1.2.5. Importanta biosurfactantilor pentru arhitectura celulara. A fost recent raportata pentru cateva bacterii. Aceasta include rolul surfactinului in formarea sporilor la Bacillus subtilis, rolul ramnolipidului in formarea biofilmelor la Pseudomonas aeruginosa si rolul streptofactinului in formarea miceliilor aeriene la Streptomyces tendae. Din punct de vedere structural biosurfactantii sunt molecule amfifile, contin parti polare si nonpolare distincte care le confera capacitatea de a se acumula la suprafata si la interfata. Biosurfactantii sunt produsi de bacterii din diferite genuri. Genele care codifica pentru biosinteza biosurfactantilor sunt diferite si ca rezultat structura moleculara asociata fiecarei clase de surfactanti este foarte variata, ceea ce confera acestora proprietati fizico-chimice diferite. Gruparile nonpolare – ”coada” sunt in general asemanatoare la biosurfactanti, ceea ce ii diferentiaza sunt gruparile polare – ”capul”, de aceea biosurfactantii sunt clasificati in functie de capul polar in urmatoarele clase: glicolipide, fosfolipide, saruri ale acizilor grasi si surfactanti polimerici.

1.3. Stadiul actual al cunoasterii

1.3.1. Producerea microbiana a biosurfactantilor si importanta. Numeroase microorganisme produc substante tensioactive, biosurfactanti, care variaza in ceea ce priveste proprietatile chimice si dimensiunea moleculei. In general surfactantii cu masa moleculara mica sunt de natura glicopilidica, iar cei cu masa moleculara mare sunt fie heteropoliglucide polianionice care contin o parte hidrofoba legata prin legaturi covalente sau complexe constituite din poliglucide si proteine. Productia de biosurfactanti depinde foarte mult de mediul de crestere al microorganismelor. Marea diversitate a biosurfactantilor face din ei un grup interesant de substante cu aplicatii in multe domenii cum ar fi agricultura, sanatatea, industria alimentara, conbaterea poluarii mediului (de ex. in degradarea hidrocarburilor prezente in sol). Biosurfactantii sunt compusi amfifili produsi la suprafata celulelor microbiene sau secretati in mediu fiind formati dintr-o parte hidrofila si una hidrofoba, care reduc tensiunea superficiala si interfaciala dintre doua molecule diferite la suprafata si respectiv interfata. Deoarece biosurfactantii si bioemulsifiantii manifesta proprietati de emulsionare, bioemulsifiantii sunt adesea categorisiti ca biosurfactanti, desi acestia pot sa nu scada tensiunea superficiala. Un biosurfactant poate avea una dintre urmatoarele structuri: acid micolic, glicoplipide, complex lipopolizaharidic, lipoproteine sau lipopeptide, fosfolipide sau suprafata celulara in sine. O atentie considerabila s-a acordat producerii moleculelor active de origine biologica datorita utilizarii potentiale in prelucrarea alimentelor, farmacologie si industria petrolului. Desi tipul si cantitatea de surfactanti microbieni produsa depinde in primul rand de organismul producator, factori precum sursa de carbon, azot, microelementele, temperatura, gradul de aerare afecteaza de asemenea productia organismului. Poluantii hidrofobi prezenti in hidrocarburile din petrol, sol si mediu acvatic necesita o solubilizare inainte de a fi degradate de microorganisme. Mineralizarea este guvernata de desorbtia hidrocarburilor din petrol. Surfactantii pot mari suprafata materialelor hidrofobe, cum ar fi pesticidele din sol si mediul acvatic, astfel crescandu-le solubilitatea in apa. Astfel, prezenta surfactantilor poate creste gradul de degradare de catre microorganime al poluantilor.

1.3.2. Microrganisme. Microorganismele utilizeaza o varietate mare de compusi organici ca sursa de carbon si energie pentru cresterea lor. Atunci cand sursa de carbon este un substrat insolubil de ex. o hidrocarbura (CxHy), microorganismele faciliteaza difuzia acestui compus in celula prin producerea biosurfactantilor. Unele bacterii si levuri secreta surfactanti ionici care emulsioneaza substratul – hidrocarbura in mediul de cultura. Cateva exemple de biosurfactanti din aceasta categorie sunt ramnolipidele care sunt produse de diferite specii de Pseudomonas sau soforolipidele care sunt produse de mai multe de specii de Torulopsis. Alte microorganisme sunt capabile sa-si modifice structura peretelui celular, care se traduce prin sintetizarea lipopolizaharidelor sau surfactantilor anionici in peretele celular. Ca exemple de microorganisme din aceasta categorie pot fi enumerate: Candida lipolytica si C. tropicalis care produc lipopolizaharide legate de peretele celular atunci cand sunt crescute pe n-alcani; Rhodococcus erytropolis si multe specii ale genului Mycobacterium; Arthrobacter sp. care sintetizeaza corinomicolat trehaloza anionica. Exista lipopolizaharide cum este Emulsanul sintetizat de Acinetobacter sp., lipoproteine sau lipopeptide cum sunt Surfactinul si Subtilinul produse de Bacillus subtilis. Alti biosurfactanti sunt: Micolatul si Corinomicolatul produse de Rhodococcus sp., Corynebacteria sp., Mycobacteria sp., Nocardia sp. si ornitinlipide care sunt produse de Pseudomonas rubescens, Gluconobacter cerinus si Thiobacillus ferroxidans.

1.3.3. Clasificarea si natura chimica a biosurfactantilor. Surfactantii microbieni sunt molecule comlexe cu structura foarte variata care include peptide, acizi grasi, fosfolipide, glicolipide, antibiotice, lipopeptide, etc. Microorganismele produc de asemenea surfactanti care pot fi combinatii de mai multe substante, acestia fiind numiti surfactanti microbieni polimerici (PMS). Multi dintre biosurfactanti au fost purificati si a fost descoperita structura chimica. Biosurfactantii cu masa moleculara mare sunt in general heteropolizaharide polianionice ce contin atat polizaharide cat si proteine, iar biosurfactantii cu masa moleculara mica sunt in general glicolipide. Cantitatea de biosurfactanti produsa de microorganisme variaza in functie de conditiile de mediu. Celulele microbiene intacte care au o suprafata puternic hidrofoba pot fi ele insele biosurfactanti. In unele cazuri, surfactantii pot avea un rol imporant in cresterea microorganismelor pe substraturi insolubile precum hidrocarburile si sulful. Surfactantii extracelulari au rol in aderenta, emulsifierea, dispersia, floculatia, agregarea celulelor si in fenomenul de desorbtie. In continuare vor fi descrise pe scurt tipurile de biosurfactanti in functie de natura lor chimica:

1.3.3.1. Glicolipidele - sunt cele mai obisnuite tipuri de biosurfactanti. Constituentii mono-, di-, tri- si tetraglucidi includ glucoza, manoza, galactoza, acidul glucuronic, ramnoza si sulfatul de galactoza. Componenta lipidica este constituita din acizi grasi asemanatori fosfolipidelor. Glicolipidele pot fi clasificate astfel: a) Trehalozolipide - cresterea in forma de serpentina observata la diferite specii ale genului Mycobacterium se datoreaza prezentei esterilor de trehaloza prezenti pe suprafata celulara. Factorii de legatura de la diferite specii de Mycobacteria, Corynebacteria, Nocardia si Brevibacteria difera in dimensiunea si strucutra esterilor acidului micolic. b) Soforolipidele - sunt produse de diferite tulpini de levuri din genul Torulopsis. Unitatea glucidica este diglucidul soforoza, care este constituit din doua unitati ß-1,2-glucoza. Gruparile hidroxi sunt in general acetilate. Soforolipedele reduc tensiunea superficiala dintre doua molecule diferite la suprafata, desi sunt agenti de emulsionare. Soforolipidele produse de Torulopsis au proprietati de stimulare, inhibare si nu au efect asupra cresterii levurilor pe substraturi insolubile in apa. c) Ramnolipidele – unele tulpini de Pseudomonas sp. produc cantitati mari de glicolipide constituite din doua molecule de ramnoza si doua molecule de acid ß hidroxidecanoic. Una din gruparile OH ale unuia dintre acizi este implicata in legatura glicozidica cu capatul reducator al ramnozei, iar alta grupare OH a celui de-al doilea acid este implicata in formarea esterului. Deoarece unul dintre acizii carboxilici este liber ramnolipidele au caracter acid pH=4. Ramnolipidele scad tensiunea superficiala, emulsifica hidrocarburile si stimuleaza crestrea celulelor de Pseudomonas pe mediu ce contine n-hexadecan. Sinteza ramnopilidelor este influentata in mare masura de limitarea sursei de azot. Ramnolipidele purificate scad tensiunea superficiala fata de n-hexadecan in apa cu 1 mN/m si au o concentratie micelara critica (cmc) de 10 pana la 30 mg/l in functie de pH si salinitate.

1.3.3.2. Acizii grasi – produsi din alcani de catre microorganisme pe cale oxidativa au o atentie deosebita ca biosurfactanti. Pe langa lantul de acizi, microorganismele produc un complex de acizi grasi care contin grupari OH si ramificari alchil. Unii dintre acesti acizi sunt de exemplu, acizii corinomucolici, care sunt surfactanti.

1.3.3.3. Fosfolipidele – sunt o componenta importanta a membranelor microbiene. Cand anumite bacterii care degradeaza hidrocarburi sau levuri sunt crescute pe substrat de alcani, nivelul fosfolipidelor creste foarte mult. Fosfolipidele secretate de o tulpina de Acinetobacter cultivata pe substrat cu hexadecan prezinta proprietati de potentiali surfactanti. Fosfolipidele produse de Thiobacillus thiooxidans sunt responsabile de solubilizarea sulfului necesar cresterii.

1.3.3.4. Antibiotice a) Gramicidin S – multe bacterii produc un antibiotic decapeptid, gramicidin S. Un preparat obtinut din spori de la Brevibacterium brevis contine o cantitate foarte mare de gramicidin S puternic legat de suprafata externa a sporilor. Mutantele carora le lipseste gramicidinul S germineaza rapid si nu au o suprafata lipofilica. Activitatea antibacteriana a gramicidin S se datoreaza activitatii de suprafata mari. b) Polimixinele – acest grup de antibiotice produs de Brevibacterium polymyxa si alti bacili inruditi. Polimixin B este un decapeptid in care aminoacidul din pozitia 3 pana la cel din pozitia 10 formeaza o octapeptida ciclica. Un lant ramificat de acizi grasi este legat la acidul terminal 2,4-diaminobutiric. Polimixinele sunt capabile sa solubilizeze (degradeze) anumite enzime din membrana celulara. c) Surfactinul (subtilisinul) – unul dintre cei mai activi biosurfactanti produsi de Bacillus subtilis este un lipopetid ciclic surfactin. Cantitatea de surfactin produsa de B. Subtilis poate fi imbunatatita pana la 0,8 g/l prin indepartarea continua a surfactinului prin fractionarea spumei si adaugarea unei saruri cu fier sau magneziu la mediul de cultura. d) Antibioticul TA – Myxococcus xanthus produce antibioticul TA care inhiba sinteza peptidoglicanului prin interferarea cu polimerizarea pentapeptidelor lipodizaharidice. Acest antibiotic este folosit in aplicatii chemoterapeutice.

1.3.3.5. Surfactantii microbieni polimerici – multi dintre acestia sunt heteroglucide polimerice ce contin proteine. a) Emulsanul – Acinetobacter calcoaceticus RAG-1 (ATTC 31012) a fost izolata in timpul investigarii unui factor care limita degradarea petrolului in apa marina. Aceasta bacterie emulsifia eficient hidrocarburile in apa si a fost folosita mai tarziu cu succes pentru curatarea compartimentelor cargourilor unui tanc petrolier. Acest fenomen s-a datorat producerii extracelulare a unui factor emulsifiant cu greutate molecular mare, emulsanul. b) Complexul poliglucid proteic – o mutanta a tulpinii A. calcoaceticus BD413, secreta cantitati mari de poliglucide impreuna cu proteine. Activitatea de emulsifiere necesita ambele substante atat poliglucidele cat si proteinele. c) Alti emulsifianti produsi de Acinetobacter – producerea de emulsifianti extracelulari este larg raspandita printre speciile genului Acinetobacter. In urma unui screening 8 din 16 tulpini de A. calcoaceticus produceau cantitati mari de emulsifianti dupa crestrea pe mediu cu etanol. Aceasta fractiune extracelulara a fost foarte activa in deemulsifierea unei emulsii formata din cherosen si apa stabilizata cu o mixtura de Tween 60 si Span 60. d) Complexe poliglucide-lipide produse de levuri – un emulsifiant, liposan, partial purificat ce contine 95% glucide si 5% proteine este produs de specia Endomycopsis lypolitica YM pe mediu cu CxHy. Torulopsis petrophilum produce diferite tipuri de surfactanti in functie de mediul de cultura. Pe substraturi insolubile aceasta levura produce glicolipide care sunt incapabile sa stabilizeze emulsii, dar daca este folosita glucoza ca substrat levura sintetizeaza un potential emulsifiant. e) Proteine emulsifiante – bacteria Pseudomonas aeruginosa produce proteine emulsifiante. Aceasta proteina PA este produsa pe substraturi ce contin n-alcani cu catena mare, 1-hexadecan si alcool acetic, dar nu si substraturi precum glucoza, glicerolul sau acidul palmitic. Proteina are masa moleculara de 14.000 Da si contine multi aminoacizi serina si treonina. f) Surfactanti produsi de Pseudomonas PG-1 – Pseudomonas PG-1 este o bacterie care produce surfactanti foarte eficienti, ea utilizeaza diferite hidrocarburi inclusiv alcani, alchene si benzen-alchil sub forma gazoasa si lichida. g) Biofloculanti produsi de Cyanobacterium phormidium J-1 – modificarile starii hidrofobe a suprafetelor celulare ale cianobateriei Cyanobacterium phormidium a foat corelata cu producerea unui agent emulsifiant numit emulcian. Emulcianul partial purificat are o greutate moleculara mai mare de 10.000 Da si contine glucide, proteine si esteri ai acizilor grasi. Adaugarea emulcianului la celulele hidrofobe modifica aceasta stare facandu-le hidrofile a permitant detasarea de picaturile de hexadecan sau bilele de fenil sefaroza.

1.3.3.6. Surfactanti particulati a) Vezicule extracelulare produse de Acinetobacter sp. H01-N – Acinetobacter sp. cand creste pe mediu cu hexadecan acumuleaza vezicule extracelulare cu diametru de 20 pana la 50 mm diametru cu o densitate de 1,158 g/cm3. Aceste vezicule par a avea rol in utilizarea alcanilor de catre Acinetobacter sp. H01-N. b) Celule microbiene cu suprafata celulara hidrofoba foarte mare – majoritatea microorganismelor care pot degrada hidrocarburi, multe dintre cele care nu degradeaza hidrocarburile, unele specii ale genului Cyanobacteria si multe microorganisme patogene au o puternica afinitate pentru interfetele hidrocarburi-apa si aer-apa. In aceste cazuri celulele microbiene sunt ele insele surfactanti.

Bibliografie selectiva

1. Bernal, Giuliano, Illanes, Andres, Ciampi, Luigi.2002. Isolation and partial purification of a metabolite from a mutant strain of Bacillus sp. With antibiotic activity against plant pathogenic agents, Journal of Biotechnology;

2. Drobota, S., Voicu, A., Stefanescu, M., Petrisor, I.G., Lazaroaie, M., Lazar, I., 2002, Activitatea de dezemulsionare a unor surfactanti microbieni, Lucrari stiintifice USAMVB Biotehnologii, seria F, vol. VII, p. 23-32;

3. Lazar, I., 2004, Bioremedierea mediului contaminat cu poluanti organici persistenti (pesticide, bifenili policlorurati-PCBs, hidrocarburi aromatice policiclice-PAHs, dioxine, furani,etc.), Lucrari stiintifice USAMVB Biotehnologii, seria F, vol. VIII/IX, p.79-89;

4. Janiyani, K.L., Purchit, H.J., Shanker, R., Khanna, P., 1994, Deemulsification of oil in water emulsions by Bacillus subtilis , World Journal of Microbiology and Biotechnology, 10, 452-456;

5. Ramsay, B.A., Cooper, DG., Margaritis, A., Zajic, J.E., 1983, Rhodococcus bacteria, biosurfactant production and demulsifying ability, Microbial enhanced oil recovery, Ed. by J.E.Zajic, D.G. Cooper, T.R. Jack and N. Kosaric, PennWell Books Tulsa, Oklahoma; Voicu, A., Dbrota, S., Petrisor, IG., Lazaroaie, M., Stefanescu, M., Lazar, I., 2002, Dinamica biosintezei unor agenti tensioactivi bacterieni de interes biotehnologic, Lucrari stiintifice USAMVB Biotehnologii, seria F, vol. VII, p.15-22;