Effects of the anionactive surfactant sodium dodecyl sulfate on the adhesion of cells of the strain Micrococcus luteus 1-i to the surface of carbon materials

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The adhesion of microorganisms on various surfaces plays a crucial role in many biotechnological processes. A widespread component of wastewater is the anion-active surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS). Surfactants have a significant influence on all interfacial reactions, including those occurring in microbial fuel-cell technology. The work set out to study the effect of sodium dodecyl sulfate on the sorption of cells of the Micrococcus luteus 1 strain (which has electrogenic activity in microbial fuel cells) on the surface of various carbon-containing electrode materials used in biological fuel cell technology: 1) carbon tissue; 2) carbon felt; 3) crushed graphite contact trolleybus inserts (summer); 4) birch activated carbon. Using spectrophotometry and microscopy methods, the presence of sodium dodecyl sulfate in the concentration range of 10–200 mg/l was shown to increase the sorption of Micrococcus luteus 1-i cells on the surfaces of the tested carbon materials under experimental conditions. The maximum increase in sorption during 2 hours of exposure was detected when 100 mg/l of this surfactant was applied: for birch activated carbon – 21%; for carbon fabric – 26%; for carbon felt relative to the control (without surfactant) – 24%. The results demonstrate a sufficiently effective adhesion of Micrococcus luteus 1-i cells to various carbon materials, including in the presence of fairly high concentrations of sodium dodecyl sulfate, confirming the prospects of this strain for use in various types of microbial fuel cells.

Sobre autores

M. Saksonov

Irkutsk State University

Email: msaksonov@mail.ru

G. Zhdanova

Irkutsk State University

Email: zhdanova86@ya.ru

D. Stom

Irkutsk State University; Baikal Museum of the SB RAS; Irkutsk National Research Technical University

Email: stomd@mail.ru

S. Alferov

Tula State University

Email: s.v.alferov@gmail.com

A. Kupchinsky

Baikal Museum of the SB RAS

Email: albor67@mail.ru

Yu. Petrova

Surgut State University

Email: petrova_juju@surgu.ru

S. Sasim

Irkutsk State University

Email: sasimserg@mail.ru

M. Tolstoy

Irkutsk National Research Technical University

Email: tolstoi@istu.edu

A. Stom

Irkutsk State University

Email: apatania@yandex.ru

A. Chesnokova

Irkutsk National Research Technical University

Email: chesnokova@istu.edu

B. Kukshinov

FSBI “Center of Agrochemical Service “Irkutsk”

Email: kukshinov1@mail.ru

Bibliografia

  1. Lobakova E.S., Aleskerova L.E., Orlova A.A., Vasil’eva S.G., Ismailov A.D. Effect of polyethyleniminebased sorbents on the luminescence of photobacteria. Microbiology. 2017;86:155-157. https://doi.org/10.1134/S002626171701009X.
  2. Hurtado-Gallego J., Pulido-Reyes G., González-Pleiter M., Fernández-Piñas F. Luminescent microbial bioassays and microalgal biosensors as tools for environmental toxicity evaluation. In: Handbook of Cell Biosensors. Springer, Cham; 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23217-7_89.
  3. Hussain F., Ashun E., Jung S.P., Kim T., Lee S.-H., Kim D.-J., et al. A direct contact bioassay using immobilized microalgal balls to evaluate the toxicity of contaminated field soils. Journal of Environmental Management. 2022;321:115930. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115930.
  4. Hamimed S., Mahjoubi Y., Abdeljelil N., Gamraoui A., Othmani A., Barhoum A., et al. Chemical sensors and biosensors for soil analysis: principles, challenges, and emerging applications. Elsevier; 2023, p. 669-698. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90222-9.00014-5.
  5. Habermüller K., Mosbach M., Schuhmann W. Electron-transfer mechanisms in amperometric biosensors. Fresenius Journal of Analytical Chemistry. 2000;366:560-568. https://doi.org/10.1007/s002160051551.
  6. Goswami P. Advanced materials and techniques for biosensors and bioanalytical applications. Boca Raton, CRC Press, 2020. 314 р. https://doi.org/10.1201/9781003083856.
  7. Mohan J.M., Amreen K., Javed A., Dubey S.K., Goel S. Emerging trends in miniaturized and microfluidic electrochemical sensing platforms. Current Opinion in Electrochemistry. 2022;33:100930. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2021.100930.
  8. Andriukonis E., Celiesiute-Germaniene R., Ramanavicius S., Viter R., Ramanavicius A. From microorganism-based amperometric biosensors towards microbial fuel cells. Sensors. 2021;21(7):2442. https://doi.org/10.3390/s21072442.
  9. Schachinger F., Chang H., Scheiblbrandner S., Ludwig R. Amperometric biosensors based on direct electron transfer enzymes. Molecules. 2021;26(15):4525. https://doi.org/10.3390/molecules26154525.
  10. Alvarino T., Lema J., Omil F., Suárez S. Trends in organic micropollutants removal in secondary treatment of sewage. Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2018;17:447-469. https://doi.org/10.1007/s11157-018-9472-3.
  11. Stom D.I., Konovalov A.S., Butyrin M.V., Tyutyunin V.V., Saksonov M.V., Penzina T.A. Change in toxicity of model arsenic contaminant in the presence of humates and activated zeolites. Modern Applied Science. 2015;9(1):223-230. https://doi.org/0.5539/mas.v9n1p223.
  12. Kureel M.K., Geed S.R., Giri B.S., Rai B.N., Singh R.S. Biodegradation and kinetic study of benzene in bioreactor packed with PUF and alginate beads and immobilized with Bacillus sp. M3. Bioresource Technology. 2017;242:92-100. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.03.167.
  13. Scaffaro R., Lopresti F., Catania V., Santisi S., Cappello S., Botta L., et al. Polycaprolactone-based scaffold for oil-selective sorption and improvement of bacteria activity for bioremediation of polluted water: porous PCL system obtained by leaching melt mixed PCL/PEG/NaCl composites: oil uptake performance and bioremediation efficiency. European Polymer Journal. 2017;91:260-273. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.04.015.
  14. Chen Y., Yu B., Lin J., Naidu R., Chen Z. Simultaneous adsorption and biodegradation (SAB) of diesel oil using immobilized Acinetobacter venetianus on porous material. Chemical Engineering Journal. 2016;289:463-470. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.01.010.
  15. Lin J., Gan L., Chen Z., Naidu R. Biodegradation of tetradecane using Acinetobacter venetianus immobilized on bagasse. Biochemical Engineering Journal. 2015;100:76-82. https://doi.org/10.1016/j.bej.2015.04.014.
  16. Khandaker Sh., Das S., Hossain Md.T., Islam A., Miah M.R., Awual Md.R. Sustainable approach for wastewater treatment using microbial fuel cells and green energy generation – a comprehensive review. Journal of Molecular Liquids. 2021;344:117795. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117795.
  17. Boas J.V., Oliveira V.B., Simões M., Pinto A.M.F.R. Review on microbial fuel cells applications, developments and costs. Journal of Environmental Management. 2022;307:114525. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114525.
  18. Ramya M., Kumar P.S. A review on recent advancements in bioenergy production using microbial fuel cells. Chemosphere. 2022;288:132512. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132512.
  19. Thapa B.S., Kim T., Pandit S., Song Y.E., Afsharian Y.P., Rahimnejad M., et al. Overview of electroactive microorganisms and electron transfer mechanisms in microbial electrochemistry. Bioresource Technology. 2022;347:126579. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126579.
  20. Nielsen C.K., Kjems J., Mygind T., Snabe T., Meyer R.L. Effects of Tween 80 on growth and biofilm formation in laboratory media. Frontiers in Microbiology. 2016;22(7):1878. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01878.
  21. Vaccari L., Allan D.B., Sharifi-Mood N., Singh A.R., Leheny R.L., Stebe K.J. Films of bacteria at interfaces: three stages of behavior. Soft Matter. 2015;11:60626074. https://doi.org/10.1039/c5sm00696a.
  22. Qi L., Christopher G.F. Effects of non-ionic surfactant on the formation of pellicles by Pseudomonas aeruginosa. Rheologica Acta. 2022;61:59-68. https://doi.org/10.1007/s00397-021-01313-0.
  23. Zhang Y., Jiang J., Zhao Q., Gao Y.Zh., Wang K., Ding J., et al. Accelerating anodic biofilms formation and electron transfer in microbial fuel cells: role of anionic biosurfactants and mechanism. Bioelectrochemistry. 2017;117:48-56. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2017.06.002.
  24. Konovalova E.Yu., Barbora L., Chizhik K.I., Stom D.I. Micrococcus luteus and Serratia marcescens, as a new association of bioagents for microbial fuel cells. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;408:012080. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012080.
  25. Kuznetsov A.V., Khorina N.N., Konovalova E.Yu., Amsheev D.Yu., Ponamoreva O.N., Stom D.I. Bioelectrochemical processes of oxidation of dicarboxylic amino acids by strain Micrococcus luteus 1-I in a biofuel cell. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;808:012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/808/1/012038.
  26. Maksimov A.Yu., Maksimova Yu.G., KuznetsovaM.V., Olontsev V.F., Demakov V.A. Immobilization of Rhodococcus ruber Strain gt1, possessing nitrile hydratase activity, on carbon support. Applied Biochemistry and Microbiology. 2007;43(2):193-198. https://doi.org/10.1134/S000368380702007X. EDN: LKSIVV.
  27. Wu H., Liu X., Shi Ch., Yang J., Yang Z., Zhao Sh. Action modes of surfactants on biodegradation of Wudong low-rank coal by Pseudomonas aeruginosa. Research Square. 2022. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1410150/v1.
  28. Li Q., Logan B.E. Enhancing bacterial transport for bioaugmentation of aquifers using low ionic strength solutions and surfactants. Water Research. 1999;33(4):1090-1100. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(98)00291-7.
  29. Powelson D.K., Mills A.L. Water saturation and surfactant effects on bacterial transport in sand columns. Soil Science. 1998;163(9):694-704.
  30. Streger S.H., Vainberg S., Dong H., Hatzinger P.B. Enhancing transport of Hydrogenophaga flava ENV735 for bioaugmentation of aquifers contaminated with methyl tert-butyl ether. Applied and Environmental Microbiology. 2002;68(11):5571-5579. https://doi.org/10.1128/АЕМ.68.11.5571-5579.2002.
  31. Marchesi J.R., Russell N.J., White G.F., House W.A. Effects of surfactant adsorption and biodegradability on the distribution of bacteria between sediments and water in a freshwater microcosm. Applied and Environmental Microbiology. 1991;57(9):2507-2513. https://doi.org/0099-2240/91/092507-07$02.00/0.
  32. Janek T., Lukaszewicz M., Krasowska A. Antiadhesive activity of the biosurfactant pseudofactin II secreted by the Arctic bacterium Pseudomonas fluorescens BD5. BMC Microbiology. 2012;12:24. https://doi.org/10.1186/1471-2180-12-24.
  33. Koubali H., Latrache H., Zahir H., El Louali M. Kinetics of adhesion Staphylococcus aureus on glass in the presence of sodium lauryl sulfate. Journal of Surfactants and Detergents. 2021;24(3):483-490. https://doi.org/10.1002/jsde.12484.
  34. Sodagari M., Wang H., Newby B.Z., Ju L.K. Effect of rhamnolipids on initial attachment of bacteria on glass and octadecyltrichlorosilane-modified glass. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013;103:121-128. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.10.004.
  35. Gross M.J., Logan B.E. Influence of different chemical treatments on transport of Alcaligenes paradoxus in porous media. Applied and Environmental Microbiology. 1995;61(5):1750-1756. https://doi.org/10.1128/aem.61.5.1750-1756.1995.
  36. Shen Y., Li P., Chen X., Zou Y., Li H., Yuan G., et al. Activity of sodium lauryl sulfate, rhamnolipids, and N-acetylcysteine against biofilms of five common pathogens. Microbial Drug Resistance. 2020;26(3):290-299. https://doi.org/10.1089/mdr.2018.0385.
  37. Zhong H., Liu G., Jiang Y., Brusseau M.L., Liu Z., Liu Y., et al. Effect of low concentration rhamnolipid on transport of Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 in an ideal porous medium with hydrophilic or hydrophobic surfaces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2016;139:244-248. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2015.11.024.
  38. Liu G., Zhong H., Jiang Y., Brusseau M.L., Huang J., Shi L., et al. Effect of low-concentration rhamnolipid biosurfactant on Pseudomonas aeruginosa transport in natural porous media. Water Resources Research. 2017;53(1):361-375. https://doi.org/10.1002/2016WR019832.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».