The health of soil ecosystem as self-maintenance and sustainable bioproductivity review article

In the review traditional characteristics of the soil quality are discussed. Soil health (SH) along with its soil quality and fertility, is considered as the most important, functional characteristic of any soil ecosystem (SE). The consistent patterns and results of the study of structure and functions of the microbial community (MC) of the soil ecosystem were generalized to substantiate the quantitative parameters of soil health. The author’s developments for definitions of soil and soil health are given. The prospects of using the parameters of SH for diagnostics at recovery and biological rehabilitation of technogenically disturbed soils are proposed

Особенности синтеза триамилцитрата

Objectives. To find an effective way for obtaining triamyl citrate, an environmentally friendly, biodegradable citric acid ester used as a plasticizer for PVC-based polymer compositions.Methods. The possibilities of heterogeneous catalysis were analyzed using the case study of three commercial samples of macroporous sulfocationites (Amberlyst™ 15, Amberlyst™ 70, and TULSION® 66). Homogeneous catalysis was studied using the example of orthophosphoric acid (H3PO4), while self-catalysis was investigated during esterification of citric acid with amyl alcohol (ROH). The syntheses were carried out under identical conditions: T = 110 °C, the ratio of CA:ROH = 1:5 (mol) amount of catalyst 1 wt % on the reaction mass in a thermostatically controlled reactor of ideal mixing with continuous distillation of the resulting water.Results. It was found that in all variants (even under self-catalysis conditions), the conversion of citric acid in 180 min reached 94–99%. Triamyl citrate was formed after 9 h with a yield of 90% only when using a homogeneous catalyst (H3PO4) and in the presence of a heterogeneous catalyst sample (Amberlyst ™ 15).Conclusions. The revealed differences in the reactivity of the studied sulfocationites (Amberlyst™ 15, Amberlyst ™ 70, and TULSION® 66) confirm the well-known theoretical positions, according to which the kinetic pseudo-homogeneous model of the esterification process of hydroxy acids in excess of aliphatic alcohols is based on the law of acting masses and depends on the specific surface area of the catalyst, which for Amberlyst ™ 15 is of the greatest importance as compared to Amberlyst ™ 70 and TULSION® 66 (m2/g): 53:36:35, respectively.Цели. Поиск эффективного метода получения триамилцитрата – экологически чистого, биоразлагаемого сложного эфира лимонной кислоты, используемого в качестве пластификатора полимерных композиций на основе поливинилхлорида.Методы. Выявлены возможности гетерогенного катализа на примере трех коммерческих образцов макропористых сульфокатионитов (Амберлист™ 15, Амберлист™ 70 и Тулсион® 66); гомогенного катализа на примере ортофосфорной кислоты (H3PO4) и самокатализа при этерификации лимонной кислоты (ЛК) амиловым спиртом (ROH). Синтезы проводили в одинаковых условиях: T = 110 °С отношение ЛК:ROH = 1:5 (мольн.) количество катализатора 1 мас. %. на реакционную массу в термостатированном реакторе идеального смешения с непрерывным отгоном образующейся воды.Результаты. Установлено, что во всех вариантах конверсия лимонной кислоты за 180 мин достигает 94–99%. Триамилцитрат с выходом 90% образуется через 9 ч только при использовании гомогенного катализатора (H3PO4) и в присутствии образца гетерогенного катализатора – Амберлист™ 15.Выводы. Выявленные различия в реакционной способности исследованных сульфокатионитов Амберлист™ 15, Амберлист™ 70 и Тулсион® 66 подтверждают известные теоретические положения, в соответствии с которыми кинетическая псевдогомогенная модель процесса этерификации гидроксикислот в избытке алифатических спиртов основывается на законе действующих масс и зависит от удельной поверхности катализатора, которая для Амберлист™ 15 имеет наибольшее значение по сравнению с Амберлист™ 70 и Тулсион® 66 (м2/г): 53:36:35 соответственно

ЭТЕРИФИКАЦИЯ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ АЛИФАТИЧЕСКИМИ СПИРТАМИ С2-С5

There is an ever increasing interest in the production and use of bio-based chemical substances for the preparation of polymeric materials designed to obtain children's toys, medical equipment and materials that are in contact with food. Trifunctional esters of citric acid - trialkyl citrates - obtained by esterification of citric acid with aliphatic alcohols C2-C5 are of hazard class 4, good plasticizing ability, compatibility with the polymer, a high flash temperature. Citric acid (global production of 0.85-1 mtpa) is a readily available raw material obtained from the waste of sugar production. The purpose of the study is to develop a model of citric acid esterification with linear alcohols C2-C5 in the presence of homogeneous acidic catalysts for the creation of a domestic technology for the synthesis of plasticizing compositions based on renewable raw materials. The selected catalyst is sulfuric acid. The correlation of reactivity of the aliphatic alcohols C2-C5 with their structure in the esterification of citric acid was studied. Some kinetic parameters (lnk0, Ea) were estimated. Synthesis modes were proposed. The reaction time of the preparation of trialkyl citrates at 96% conversion of citric acid (t = 90 °C) was calculated. Laboratory samples were obtained and tested. Some operational characteristics were determined.Существует постоянно растущий интерес к производству и использованию биовозобновляемых химических веществ в производстве полимерных материалов, предназначенных для получения детских игрушек, медицинского оборудования, находящихся в контакте с пищевыми продуктами. Тризамещенные эфиры лимонной кислоты - триалкилцитраты, получаемые этерификацией лимонной кислоты алифатическими спиртами C2-C5, имеют 4 класс опасности, хорошую пластифицирующую способность, совместимость с полимером, высокую температуру вспышки. Лимонная кислота (объем мирового производства 0.85-1 млн. т/год) является доступным сырьем, получаемым из отходов сахарных производств. Цель исследования - разработка модели этерификации лимонной кислоты линейными спиртами С2-С5 на гомогенных кислотных катализаторах для создания отечественной технологии синтеза пластифицирующих композиций на основе возобновляемого сырья. Выбран катализатор - серная кислота; изучена связь реакционной способности алифатических спиртов С2-С5 с их строением в реакции этерификации лимонной кислоты, оценены некоторые кинетические параметры (lnk0, Eакт), предложены режимы синтеза, рассчитано время реакции получения триалкилцитратов при конверсии лимонной кислоты 96% (t = 90 ºС). Наработаны лабораторные образцы и определены некоторые эксплуатационные характеристики

ВЫДЕЛЕНИЕ АДИПИНОВОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ВОДНО-КИСЛЫХ СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА КАПРОЛАКТАМА

The organic waste generated in the caprolactam production contains a complex mixture of mono- and dicarboxylic acids. It is shown that using two-step oxidation by aqueous hydrogen peroxide allows to isolate adipic acid of high quality. In case if the yield of acids is up to 95% of the nominal value the production of chemicals with high added value can be up to 10 kilotons per year. Retrieving adipic acid from industrial waste will help to solve both economic and environmental issues.П редставлены результаты исследований по выделению адипиновой кислоты из водных стоков производства капролактама. Показано, что при использовании двухстадийного окисления перекисью водорода можно выделить до 95% адипиновой кислоты, содержащейся в стоках

Новые технологические решения в производстве циклогексанона высокого качества

Objectives. The intensification of modern large-tonnage Russian technologies requires a deep investigation into the theoretical foundations of these processes and searching for ways that would significantly reduce the time and cost of their development, as well as to ensure the access of high-quality products on the world market. The aim of the work was to study the options regarding technological changes in the process of obtaining cyclohexanone at two stages: 1) oxidate (cyclohexane oxidation product after the stage of neutralization and removal of the main amount of unreacted cyclohexane) saponification and 2) end product rectification. The changes should ensure the high quality of the product without requiring significant energy and investment costs.Methods. Studies of heterophase alkaline hydrolysis with NaOH solutions were carried out at 30–80 °C in the presence of and without a phase transfer catalyst (PTC) (saponification conditions in the industry are 70 °C). The homophase process was studied in the presence of KOH at 120 °C (industrial conditions for raw cyclohexanone rectification are 90–130 °C) on artificial mixtures based on industrial samples of the oxidate with the addition of model substances (oxygencontaining impurities with a main substance content of no less than 95%). Analysis of the initial and obtained products was carried out using gas-liquid chromatography and chromatographymass spectrometry.Results. The totality of the obtained data provides theoretical justification for the fact: 50– 70% of esters and unsaponifiable impurities can be removed by using heterophase alkaline saponification in industrial environments. The post-treatment of crude cyclohexanone by rectification in the presence of KOH decreases the ester number by a factor of 3–5, however, the number of cyclohexanone condensation products in the bottom sharply increases. The amount of these substances varies from 10 to 20 kg/t of cyclohexanone depending on compliance with the conditions. In the presence of PTC, the conversion of esters at the saponification stage is 95–100%, aldehydes 100%, and unsaturated ketones 80%.Conclusions. If the proposed technology for saponification in the presence of PTC is adopted there will be no need to use an alkali during the process of cyclohexanone rectification. This makes the process more stable, reduces the losses of cyclohexanone, reduces the amount of tars, and normalized indicators of cyclohexanone quality are attained.Цели. Интенсификация современных многотоннажных отечественных технологий требует глубокой проработки теоретических основ этих процессов и поиска путей, которые позволили бы существенно сократить сроки и затраты на их освоение и обеспечить выход на мировой рынок продукции высокого качества. Цель работы заключалась в исследовании вариантов технологических изменений процесса получения циклогексанона на стадиях омыления оксидата (продукта окисления циклогексана пос ле отгонки основной части непрореагировавшего циклогексана) и ректификации целевого продукта, обеспечивающих его высокое качество, не требующих значительных энергетических и инвестиционных затрат.Методы. Исследования гетерофазного щелочного гидролиза водными растворами NaOH проводили в интервале температур 30–80 ºС в присутствии и без катализатора межфазного переноса (КМФП) (режим омыления в промышленности 70 ºС); гомофазный процесс изучали в присутствии KOH при температуре 120 ºС (промышленный режим ректификации циклогексанона-сырца 90–130 ºС) на искусственных смесях, составленных на основе промышленных образцов оксидата с добавлением модельных веществ (кислородсодержащих примесей с содержанием основного вещества не менее 95%). Анализ исходных и полученных продуктов проводили с использованием газо-жидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии.Результаты. Совокупность полученных данных дает теоретическое обоснование реальному факту: при гетерофазном щелочном омылении в промышленных условиях сложные эфиры и неомыляемые примеси могут быть удалены на 50–70%. Доочистка сырого циклогексанона при ректификации в присутствии KOH в 3–5 раз уменьшает эфирное число, однако в кубе резко возрастает количество продуктов конденсации циклогексанона, которое в зависимости от соблюдения режимов колеблется от 10 до 20 кг/т циклогексанона. В присутствии КМФП конверсия эфиров на стадии омыления составляет 95–100%, альдегидов 100%, непредельных кетонов 80%.Заключение. В случае внедрения предложенной технологии омыления оксидата в присутствии КМФП отпадает необходимость использования щелочи в процессе ректификации сырого циклогексанона, что делает процесс более стабильным, сокращаются потери циклогексанона, уменьшается количество смол и достигаются нормированные показатели качества циклогексанона

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ОСНОВЕ ТРИМЕТИЛОЛПРОПАНА

Polyhydric alcohols - neopolyols and their derivatives due to the nature of the structure have a row of unique properties - high thermal stability, moisture resistance, chemical resistance and are widely used in the production of synthetic oils, resins, varnishes, surfactants and plasticizers. Esters of neopolyols with several ester groups have excellent characteristics at low temperatures, as well as high environmental friendliness, which meets modern requirements. The variation in the production of esters of neopolyols, alcohol and acid components in various combinations allows to obtain a wide range of products with different characteristics and consumer properties. Currently, neopolyol esters are not produced in Russia. However, the technical capabilities of the development of R-Oxo technology based on natural gas are not in doubt, which will allow in the near future to organize its own production of neopolyol esters for the production of high-tech materials. In the present work, the possibility of obtaining plasticizers based on trimethylolpropane esters and C2-C5 acids of various structures was investigated. Samples of 7 trimethylolpropane triesters were synthesized and their certain physicochemical properties were determined. It is shown that the most promising is the synthesis of a plasticizer using acetic acid. Conducted kinetic studies on the esterification of trimethylolpropane with acetic acid. A differential method was used to estimate the reaction rate from the initial consumption rates of acetic acid. The first orders of reaction are determined by alcohol and catalyst under the conditions studied; the value of the observed activation energy of the obtained reaction of the pseudo-second order, in the temperature range of 80-115 °C, was 57.9±8.1 kJ/mol. The results obtained allow us to recommend the conditions for the implementation of the process in the industry.Многоатомные спирты - неополиолы и их производные - в силу особенностей структуры обладают рядом уникальных свойств: высокой термостабильностью, влагоустойчивостью, химической стойкостью и находят широкое применение в производстве синтетических масел, смол, лаков, поверхностно-активных веществ и пластификаторов. Сложные эфиры неополиолов с несколькими сложноэфирными группами обладают прекрасными характеристиками при низких температурах, а также высокой экологичностью, что отвечает современным требованиям. Варьирование при производстве эфиров неополиолов спиртового и кислотного компонентов в различном сочетании позволяет получить широкий спектр продуктов с различными характеристиками и потребительскими свойствами. В настоящее время сложные эфиры неополиолов в России не производятся. Однако технические возможности освоения технологии R-Oxo на базе природного газа не вызывают сомнений, что позволит в ближайшее время организовать собственное производство сложных эфиров неополиолов для производства высокотехнологичных материалов. В представленной работе исследована возможность получения пластификаторов на основе сложных эфиров триметилолпропана и кислот С2-С5 различного строения. Синтезированы образцы 7 триэфиров триметилолпропана и определены их некоторые физико-химические свойства. Показано, что наиболее перспективным является синтез пластификатора с использованием уксусной кислоты. Проведены кинетические исследования по этерификации уксусной кислоты триметилолпропаном. Использовали дифференциальный метод оценки скорости реакции по начальным скоростям расходования уксусной кислоты. Определены первые порядки реакции по спирту и катализатору в изученных условиях; значение наблюдаемой энергии активации изученной реакции псевдовторого порядка в температурном интервале 80-115 °С составило 57.9±8.1 кДж/моль. Полученные результаты позволяют рекомендовать условия для реализации процесса в промышленности

A Dual Origin of the Xist Gene from a Protein-Coding Gene and a Set of Transposable Elements

X-chromosome inactivation, which occurs in female eutherian mammals is controlled by a complex X-linked locus termed the X-inactivation center (XIC). Previously it was proposed that genes of the XIC evolved, at least in part, as a result of pseudogenization of protein-coding genes. In this study we show that the key XIC gene Xist, which displays fragmentary homology to a protein-coding gene Lnx3, emerged de novo in early eutherians by integration of mobile elements which gave rise to simple tandem repeats. The Xist gene promoter region and four out of ten exons found in eutherians retain homology to exons of the Lnx3 gene. The remaining six Xist exons including those with simple tandem repeats detectable in their structure have similarity to different transposable elements. Integration of mobile elements into Xist accompanies the overall evolution of the gene and presumably continues in contemporary eutherian species. Additionally we showed that the combination of remnants of protein-coding sequences and mobile elements is not unique to the Xist gene and is found in other XIC genes producing non-coding nuclear RNA

ДНК-ДИАГНОСТИКА АНАПЛАЗМОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Objective of research: The purpose of our research was to develop a DNA diagnostic method for anaplasmosis in cattle. Materials and methods: Blood samples were obtained from the tail vein with the use of ethylenediaminetetraacetic acid as an anticoagulant. The extraction of DNA was performed with the kit Sorb-M. To analyze the gene msp4 the following sequences belonging to different isolates Anaplasma marginale were used. To select primers the conserved elements of sequences were detected with the server СlustalW2. The specificity of primers was checked by a BLASTN search. The results of polymerase chain reaction (PCR) were estimated using 2% agarose gel electrophoresis. Electrophoresis was performed within 40 minutes at the field intensity 5 V/cm. Fragments of gene msp4 obtained as a results of polymerase chain reaction (PCR) were purified, ligated and cloned in E. coli cells. Transformation was performed using the heat shock method. Search for E. coli colonies containing pGEM-msp4 plasmid was conducted by the PCR method using standard M13 primers with the following analysis of PCR results by electrophoresis. Target colonies of E. coli were cultured overnight at 37 °С in 2 ml LB medium containing ampicillin in a 100 mcg /ml concentration. Sequencing of received plasmids pGEM-msp4 was carried out by Sanger method and the genetic analyzer Applied Biosystems 3130.  Results and discussion: Development and approbation of primers on the basis of the MSP4 gene of Anaplasma marginale to perform DNA diagnostics of anaplasmosis in cattle by PCR method were described. Due to PCR sensitivity along with the use of primers, it is possible to identify 100 and more gene copies. TheЦель исследования – разработка метода ДНК-диагностики анаплазмоза крупного рогатого скота.  Материалы и методы. Пробы крови отбирали из хвостовой вены с использованием ЭДТА в качестве антикоагулянта. ДНК выделяли с помощью набора Sorb-M. Для анализа гена msp4 были использованы соответствующие последовательности, принадлежащие разным изолятам Anaplasma marginale. Выявление консервативных участков последовательностей для подбора праймеров проводили с помощью сервера СlustalW2. Видоспецифичность праймеров проверяли с использованием алгоритма BLASTN. Результаты полимеразной цепной реакции (ПЦР) оценивали методом электрофореза в 2%-ном агарозном геле. Электрофорез проводили в течение 40 минут при напряженности поля 5 В/см. Полученные в результате ПЦР фрагменты гена msp4 были очищены, лигированы и клонированы в клетках E. coli. Трансформацию проводили методом теплового шока. Поиск колоний E. coli DH5α, содержащих плазмиду pGEM-msp4, проводили методом ПЦР с использованием стандартных праймеров M13 с последующим анализом результатов ПЦР методом электрофореза. Целевые колонии наращивали в течение ночи при 37 °С в 2 мл среды LB, содержащей ампициллин в концентрации 100 мкг/мл. Секвенирование полученных плазмид pGEM-msp4 осуществляли по методу Сэнгера и генетического анализатора Applied Biosystems 3130. Результаты и обсуждение. Описаны разработка и апробация праймеров к гену msp4Anaplasma marginale для ДНК-диагностики анаплазмоза крупного рогатого скота методом ПЦР. Чувствительность ПЦР с использованием этих праймеров позволяет выявить 100 и больше копий гена. Проведенные испытания свидетельствуют о 100%-ной повторяемости и воспроизводимости данного метода

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИЗОЛЯТОВ Anaplasmamarginale, ОБНАРУЖЕННЫХ В КРОВИ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА НА ТЕРРИТОРИИ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Objective of research: To detect and identify by molecular and genetic methods isolates Anaplasma marginale circulating on the territory of Moscow region. Materials and methods: Blood samples were taken from cattle on the territory of Moscow region in 2015. DNA was isolated from whole blood by the kit «Sorb-M». Identification of animals infected with A. marginale and estimation of the parasitemia level were carried out by real-time PCR methods. Typing of A. marginale strains was performed by modifying the primer structure. The received gene fragments were cloned in Escherichia сoli cells. Targeted selection of recombinant clones of E. coli was conducted by PCR methods using standard primers M13 with the following analysis of reaction products by 1,5% agarose gel electrophoresis. Results and discussion: It was shown that seven of thirty animals were carriers of A. marginale strains; levels of parasitemia range from 3,6 × 103 to 5,4 × 105 per 1 ml blood. The analysis of msp4 gene sequence of A. marginale isolates shows their belonging to two already known genotypes. The results obtained can be used for epidemiological monitoring of anaplasmosis on the territory of Moscow region as well as taken into account for development of vaccines.Цель исследования - выявить и идентифицировать с помощью молекулярно-генетических методов изоляты Anaplasma marginale, циркулирующие на территории Московской области. Материалы и методы. Образцы крови крупного рогатого скота были отобраны в 2015 г. на территории Московской области. ДНК выделяли из цельной крови с помощью набора Sorb-M. Выявление животных, инфицированных A. marginale , и оценку уровня паразитемии проводили методом ПЦР в реальном времени, разработанным нами ранее. Типирование штаммов A. marginale осуществляли на основе метода с модификацией в части структуры праймеров. Полученные фрагменты гена были клонированы в клетках Escherichia сoli . Поиск целевых рекомбинантных клонов E. coli проводили методом ПЦР с использованием стандартных праймеров M13 с последующим анализом продуктов реакции электрофорезом в 1,5%-ном агарозном геле. Результаты и обсуждение. Показано, что семь из тридцати исследованных животных являлись носителями A. marginale с уровнем паразитемии в пределах 3,6 × 103-5,4 × 105 на 1мл крови. Типирование обнаруженных изолятов на основе нуклеотидных последовательностей гена msp4 выявило их принадлежность к двум уже известным генотипам. Полученные результаты могут быть использованы при проведении эпидемиологического мониторинга анаплазмоза на территории Московской области, а также учитываться при разработке вакцин

Primate TNF Promoters Reveal Markers of Phylogeny and Evolution of Innate Immunity

Background. Tumor necrosis factor (TNF) is a critical cytokine in the immune response whose transcriptional activation is controlled by a proximal promoter region that is highly conserved in mammals and, in particular, primates. Specific single nucleotide polymorphisms (SNPs) upstream of the proximal human TNF promoter have been identified, which are markers of human ancestry. Methodology/Principal findings. Using a comparative genomics approach we show that certain fixed genetic differences in the TNF promoter serve as markers of primate speciation. We also demonstrate that distinct alleles of most human TNF promoter SNPs are identical to fixed nucleotides in primate TNF promoters. Furthermore, we identify fixed genetic differences within the proximal TNF promoters of Asian apes that do not occur in African ape or human TNF promoters. Strikingly, protein-DNA binding assays and gene reporter assays comparing these Asian ape TNF promoters to African ape and human TNF promoters demonstrate that, unlike the fixed differences that we define that are associated with primate phylogeny, these Asian ape-specific fixed differences impair transcription factor binding at an Sp1 site and decrease TNF transcription induced by bacterial stimulation of macrophages. Conclusions/significance. Here, we have presented the broadest interspecies comparison of a regulatory region of an innate immune response gene to date. We have characterized nucleotide positions in Asian ape TNF promoters that underlie functional changes in cell type- and stimulus-specific activation of the TNF gene. We have also identified ancestral TNF promoter nucleotide states in the primate lineage that correspond to human SNP alleles. These findings may reflect evolution of Asian and African apes under a distinct set of infectious disease pressures involving the innate immune response and TNF