Интенсификация процесса биодеструкции ибупрофена с использованием факторного анализа и кинетического моделирования

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf
Опубликован: дек 15, 2023
DOI: https://doi.org/10.17072/1994-9952-2023-4-328-336
Ключевые слова:
ибупрофен актинобактерии Rhodococcus биодеструкция факторный анализ кинетическое моделирование

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Григорий Андреевич Бажутин
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия
Елена Александровна Тюмина
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия
Александр Анатольевич Селянинов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
Елена Владимировна Вихарева
Пермская государственная фармацевтическая академия, Пермь, Россия

Аннотация

Ибупрофен – один из наиболее часто детектируемых фармполлютантов в сточных водах очистных сооружений многих стран. В ранее проведенных исследованиях подобраны условия актинобактериальной деструкции ибупрофена и разработана методика хроматографического анализа, позволяющая определять остаточные количества вещества в процессе биодеструкции. Однако влияние комплекса взаимодействующих факторов на динамику процесса биодеструкции ибупрофена изучено недостаточно. Цель настоящей работы – интенсификация этого процесса на основе многофакторного эксперимента с использованием управляемых параметров ключевых факторов, а также прогноз изменения содержания данного вещества и времени окончания оптимизированного процесса с применением кинетического моделирования. Варьирование концентраций глюкозы, н-гексадекана, инокулята и значения рН позволило уменьшить продолжительность процесса биодеструкции ибупрофена (0.1 г/л) с 10 до 2 сут. при использовании косубстратов в количестве 1.0 г/л, 10.0 мл/л и стандарта мутности БАК-5 соответственно, а также стабилизации рН на уровне 6.5. С использованием кинетического уравнения минус первого порядка dx/dt = –k x-1 определены значения параметра k скорости процесса биодеструкции ибупрофена 138.88÷146.84%2/ч, период полураспада t1/2 - 25.54÷27.00 ч и уточнено время окончания процесса t1/100 - 34.05÷36.00 ч в оптимизированных условиях.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Бажутин, Г. А. ., Тюмина, Е. А. ., Селянинов, А. А. ., & Вихарева, Е. В. . (2023). Интенсификация процесса биодеструкции ибупрофена с использованием факторного анализа и кинетического моделирования. Вестник Пермского университета. Серия Биология, (4), 328–336. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2023-4-328-336
Выпуск
№ 4 (2023): Вестник Пермского университета. Серия Биология
Раздел
Микробиология

Лицензионный договор на право использования научного произведения в научных журналах, учредителем которых является Пермский государственный национальный исследовательский университет

Скачать лицензионный договор

Текст Договора размещен на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета http://www.psu.ru/, а также его можно получить по электронной почте в «Отделе научных периодических и продолжающихся изданий ПГНИУ»: YakshnaN@psu.ru или в редакциях научных журналов ПГНИУ.

Биографии авторов

Григорий Андреевич Бажутин, Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия

Инженер лаборатории алканотрофных микроорганизмов, инженер Rhodococcus-центра

Елена Александровна Тюмина, Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия

Кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории алканотрофных организмов, старший преподаватель кафедры микробиологии и иммунологии

Александр Анатольевич Селянинов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Доктор технических наук, профессор кафедры теоретической механики с курсом биомеханики

Елена Владимировна Вихарева, Пермская государственная фармацевтическая академия, Пермь, Россия

Доктор фармацевтических наук, профессор, зав. кафедрой аналитической химии

Библиографические ссылки

Сергиенко В.И., Бондарева И.Б. Математическая статистика в клинических исследованиях. М: ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 2000. 256 с.

Anteneh Y.S., Franco C.M.M. Whole cell actinobacteria as biocatalysts // Frontiers in Microbiology. 2019. Vol. 10. P. 77. DOI: 10.3389/fmicb.2019.00077.

Catalogue of Strains of Regional Specialized Collection of Alkanotrophic Microorganisms. URL: http://www.iegmcol.ru/strains/index.html. (Дата обращения: 01.11.2023).

Chopra S., Kumar D. Ibuprofen as an emerging organic contaminant in environment, distribution and re-mediation // Heliyon. 2020. Vol. 6, № 6. P. e04087. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e04087.

Girardot F. et al. Bacterial diversity on an abandoned, industrial wasteland contaminated by polychlorin-ated biphenyls, dioxins, furans and trace metals // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 748. P. 141242. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141242.

Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Krivoruchko A.V. Hydrocarbon-oxidizing bacteria and their potential in eco-biotechnology and bioremediation // Microbial Resources. From Functional Existence in Nature to Applications / ed. I.B. Kurtböke. Academic Press, 2017. Р. 121–148. DOI: 10.1016/B978-0-12-804765-1.00006-0

Ivshina I.B. et al. Drotaverine hydrochloride degradation using cyst-like dormant cells of Rhodococcus ruber // Current Microbiology. 2015. Vol. 70, № 3. P. 307–314. DOI:10.1007/s00284-014-0718-1.

Ivshina I.B. et al. Features of diclofenac biodegradation by Rhodococcus ruber IEGM 346 // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. P. 9159. DOI: 10.1038/s41598-019-45732-9.

Ivshina I.B. et al. Response of Rhodococcus cerastii IEGM 1278 to toxic effect of ibuprofen // PLoS ONE. 2021. Vol. 16, № 11. P. e0260032. DOI: 10.1371/journal.pone.0260032.

Karpenko Yu.N. et al. Chromatographic determination of drotaverine hydrochloride and kinetic model-ing of the process of its biodestruction in a R. rhodochrous culture liquid // Journal of Analytical Chemistry. 2014. Vol. 69, № 7. P. 681–685. DOI: 10.1134/S1061934814070077.

Khrenkov A.N. et al. Chromatographic analysis of acetylsalicylic acid in Rhodococcus cultural fluids // Moscow University Chemistry Bulletin. 2020. Vol. 61, № 5. P. 309–314. DOI: 10.3103/S0027131420050053

Patel M. et al. Pharmaceuticals of emerging concern in aquatic systems: Chemistry, occurrence, effects, and removal methods // Chemical Reviews. 2019. Vol. 119, № 6. P. 3510–3673. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00299.

Plotnikov A.N. et al. Determination of codeine phosphate in the culture fluid of Rhodococcus by high-performance liquid chromatography // Moscow University Chemistry Bulletin. 2017. Vol. 72, № 6. P.328–332. DOI: 10.3103/S0027131418010054.

Sánchez-Aceves L. et al. Long-term exposure to environmentally relevant concentrations of ibuprofen and aluminum alters oxidative stress status on Danio rerio // Comparative Biochemistry and Physiology Part C Toxicology & Pharmacology. 2021. Vol. 248. P. 109071. DOI: 10.1016/j.cbpc.2021.109071.

Vikhareva E.V. et al. Chromatographic determination of ibuprofen in Rhodococcus culture media and kinetic modeling of its biodegradation process // Journal of Analytical Chemistry. 2023. Vol. 78, № 2. P. 241–246. DOI: 10.1134/S1061934823010136.