Аннотация

Аннотация

Рассматривается математическая модель формирования пленки бактерий рода Rhodococcus на границе раздела клеточной суспензии и жидкого углеводорода. Это формирование приводит к своеобразной временной зависимости межфазного натяжения, когда на ряду с участками плавного снижения имеется участок нерегулярной зависимости. В модели с использованием метода Монте-Карло эта зависимость объясняется на основе предположений о накоплении клеток на межфазной границе, об образовании единого кластера клеток и случайном разрушении его измерительным прибором.

Полный текст

Актинобактерии рода Rhodococcus являются представителями группы микроорганизмов, окисляющих природные и антропогенные углеводороды и, следовательно, участвующих в различных биогеохимических процессах и формировании углеводородной атмосферы Земли [1]. Бактерии рода Rhodococcus способны к окислению углеводородов нефти, смол, фенольных и полихлорированных соединений, гумусовых веществ, лигнина и его производных, восков, пестицидов и др. Некоторые родококки способны усваивать непредельные углеводородные соединения. Отдельные виды родококков, обладающие способностью ассимилировать в качестве единственного источника питания газообразные углеводороды, являются важным компонентом «бактериального фильтра» районов углеводородных скоплений. Они также находят широкое применение в качестве чувствительных индикаторных организмов при поиске газовых и нефтяных месторождений [1]. Способность родококков разлагать различные ксенобиотики эффективно используется в природоохранительных целях; на основе представителей рода Rhodococcus spp. создаются разичные биопрепараты для биоремедиации земель и воды [2]. Реализация биотехнологического потенциала родококков предусматривает всестороннее изучение механизмов их адгезии к различным веществам. При этом характерным явлением, которое в настоящее время интенсивно исследуется, оказывается формирование биопленок [3], в особенности на границе раздела жидких фаз [4-6]. В частности, в лаборатории алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (г. Пермь) изучаются закономерности адгезии клеток родококков к жидким н-алканам. С помощью установки Sigma 701 проведен эксперимент по измерению методом отрыва кольца межфазного натяжения в системе «н-гексадекан - клеточная суспензия R. ruber ИЭГМ 123». Эксперимент показывает, что с течением времени межфазное натяжение в среднем уменьшается (за счет адгезии клеток к межфазной границе), но в определенном временном интервале его изменение имеет случайный, быстроосциллирующий характер. Построена математическая модель, объясняющая эту своеобразную зависимость. По мере накопления клеток на межфазной границе межфазное натяжение постепенно уменьшается, причем процесс его измерения с помощью кольца не оказывает влияния на структуру скопления граничных клеток. При достаточно большой концентрации возникают качественно новые явления. Во-первых, за счет межклеточного взаимодействия формируются клеточные кластеры, которые при некотором критическом значении концентрации объединяются в один кластер (рис. 1). Это приводит к быстрому снижению межфазного натяжения. Во-вторых, измерительное кольцо при каждом измерении случайным образом разрушает этот кластер (рис. 2). В отсутствие измерений межфазное натяжение снижалось бы плавно. При наличии упомянутого случайного разрушения межфазное натяжение меняется случайно и скачкообразно. При дальнейшем увеличении концентрации кольцо уже не может разрушить кластер, и возобновляется плавное снижение межфазного натяжения. Рис. 1. Бактерии рода Rhodococcus и наибольший кластер (выделен черным цветом) Рис. 2. График разрушения наибольшего кластера кольцом измерения Практически моделирование указанных случайных процессов проводилось методом Монте-Карло. Полученная математическая зависимость полностью соответствует имеющимся экспериментальным данным. Дальнейшее развитие модели должно состоять уточнений механизма межклеточного взаимодействия, приводящего к образованию кластеров.