A comparative study of biodegradation of vinyl acetate by environmental strains

Four Gram-negative strains, E3_2001, EC1_2004, EC3_3502 and EC2_3502, previously isolated from soil samples, were subjected to comparative studies in order to select the best vinyl acetate degrader for waste gas treatment. Comparison of biochemical and physiological tests as well as the results of fatty acids analyses were comparable with the results of 16S rRNA gene sequence analyses. The isolated strains were identified as Pseudomonas putida EC3_2001, Pseudomonas putida EC1_2004, Achromobacter xylosoxidans EC3_3502 and Agrobacterium sp. EC2_3502 strains. Two additional strains, Pseudomonas fluorescens PCM 2123 and Stenotrophomonas malthophilia KB2, were used as controls. All described strains were able to use vinyl acetate as the only source of carbon and energy under aerobic as well as oxygen deficiency conditions. Esterase, alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase were involved in vinyl acetate decomposition under aerobic conditions. Shorter degradation times of vinyl acetate were associated with accumulation of acetic acid, acetaldehyde and ethanol as intermediates in the culture fluids of EC3_2001 and KB2 strains. Complete aerobic degradation of vinyl acetate combined with a low increase in biomass was observed for EC3_2001 and EC1_2004 strains. In conclusion, P. putida EC1_2004 is proposed as the best vinyl acetate degrader for future waste gas treatment in trickle-bed bioreactors

Induction of aromatic ring: cleavage dioxygenases in Stenotrophomonas maltophilia strain KB2 in cometabolic systems

Stenotrophomonas maltophilia KB2 is known to produce different enzymes of dioxygenase family. The aim of our studies was to determine activity of these enzymes after induction by benzoic acids in cometabolic systems with nitrophenols. We have shown that under cometabolic conditions KB2 strain degraded 0.25–0.4 mM of nitrophenols after 14 days of incubation. Simultaneously degradation of 3 mM of growth substrate during 1–3 days was observed depending on substrate as well as cometabolite used. From cometabolic systems with nitrophenols as cometabolites and 3,4-dihydroxybenzoate as a growth substrate, dioxygenases with the highest activity of protocatechuate 3,4-dioxygenase were isolated. Activity of catechol 1,2- dioxygenase and protocatechuate 4,5-dioxygenase was not observed. Catechol 2,3-dioxygenase was active only in cultures with 4-nitrophenol. Ability of KB2 strain to induce and synthesize various dioxygenases depending on substrate present in medium makes this strain useful in bioremediation of sites contaminated with different aromatic compounds

Manipulating the Conformation of Single Organometallic Chains on Au(111)

The conformations of organometallic polymers formed via the bottom-up assembly of monomer units on a metal surface are investigated, and the relationship between the adsorption geometry of the individual monomer units, the conformational structure of the chain, and the overall shape of the polymer is explored. Iodine-functionalized monomer units deposited on a Au(111) substrate are found to form linear chain structures in which each monomer is linked to its neighbors via a Au adatom. Lateral manipulation of the linear chains using a scanning tunneling microscope allows the structure of the chain to be converted from a linear to a curved geometry, and it is shown that a transformation of the overall shape of the chain is coupled to a conformational rearrangement of the chain structure as well as a change in the adsorption geometry of the monomer units within the chain. The observed conformational structure of the curved chain is well-ordered and distinct from that of the linear chains. The structures of both the linear and curved chains are investigated by a combination of scanning tunneling microscopy measurements and theoretical calculations

Microbial transformation of xenobiotics

W wyniku działalności człowieka, do środowiska codziennie dostają się duże ilości różnych pod względem chemicznym ksenobiotyków. Właściwości fizykochemiczne tych związków przyczyniają się do akumulacji w środowisku, a ich toksyczność stanowi niebezpieczeństwo dla wszystkich żywych organizmów. W walkę z ksenobiotykami zostały zaangażowane mikroorganizmy, które na drodze procesów biodegradacji, mineralizacji lub transformacji przyczyniają się do zmniejszenia stężenia ksenobiotyków w środowisku naturalnym.As the result of human activity large amount of chemically different xenobiotics enter the environment every day. Physical and chemical properties of these compounds contribute to their accumulation in the environment, and their toxicity is dangerous for all living organisms. That's why microorganisms have been engaged for fight with xenobiotics through performing their biodegradation, mineralization or transformation. In this way microorganisms contribute to decrease the amount of xenobiotics in environment

Zróżnicowanie mieszanych populacji mikroorganizmów po skriningu w obecności wybranych lotnych związków organicznych

Biological methods of productive gases treatment from Volatile Organic Compounds are based on the catalytic activities of degradative enzymes from environmental microorganisms. That is why screening for microorganisms able to degrade xenobiotics is performed. In order to isolate microorganisms able do degrade selected VOCs (vinyl acetate and styrene), soil sampling was performed in the area of Synthos S.A. in Oswiecim (Poland) (formerly Chemical Company “Dwory” S.A.) in August 2006. Two independent localizations were chosen for the collection of samples, and they were the outlet of gases arising during polymerisation of polyvinyl acetate and polystyrene. Different selection media were applied. They consisted of mineral salts solution, buffer components, and selective factor. As the selective factor increasing concentrations (50÷4000 mg/dm3) of vinyl acetate or constant concentration of styrene (100 mg/dm3) were applied. There was no increase of styrene concentration due to the significant drop in the amount of mixed population of microorganisms after application of that selective factor. Isolation, determination of microorganisms’ amount on the grounds of colony morphology and results of the Gram staining of cells, were carried out after introduction of vinyl acetate in the concentrations of 1500, 2000, 2500, 3000 and 3500 mg/dm3, and at the end of 6 weeks adaptation to styrene. Presence of selected VOCs caused significant changes in the amount and composition of mixed population of microorganisms. Both, vinyl acetate and styrene, resulted in the decrease of the initial number of populations. The ratio of Gram-negative to Gram-positive cells was changing in the presence of selected VOCs. In the beginning Gram-negative bacteria predominated. Increasing concentrations of vinyl acetate brought about gradual decrease in the number of Gram-positive bacteria, and finally after application of 3000 mg/dm3 of vinyl acetate mixed populations consisted of only Gram-negative bacteria. Different chemical structure of styrene probably caused almost complete decay of Gram-negative bacteria in the presence of that selective factor. Differences in the structure of the bacterial cell envelopes are most likely the reason of increased survivability of Gram-positive bacteria, mainly filiform cells of Actinomycetes.Biologiczne metody oczyszczania gazów poprodukcyjnych z lotnych związków organicznych wykorzystują zdolności katalityczne enzymów degradacyjnych szczepów środowiskowych. W tym celu poszukuje się w środowisku mikroorganizmów zdolnych do rozkładu różnych substancji o charakterze ksenobiotycznym. W celu pozyskania szczepów zdolnych do rozkładu wybranych lotnych związków organicznych (VOC), to jest octanu winylu i/lub styrenu, pobrano próbki glebowe w sierpniu 2006 roku na terenie firmy Synthos S.A. w Oświęcimiu (dawniej Dwory S.A.) z dwóch niezależnych stanowisk, będących miejscami wylotu różnych rodzajów zanieczyszczeń poprodukcyjnych w procesie syntezy polioctanu winylu oraz polistyrenu. Zastosowano różne podłoża selekcyjne, w których obok roztworu soli mineralnych i składników buforujących jako czynnik selekcyjny wykorzystano albo wzrastające stężenia octanu winylu (50÷4000 mg/dm3), albo stałe stężenie styrenu (100 mg/dm3). Nie zwiększano wprowadzonej dawki styrenu, gdyż od pierwszego tygodnia adaptacji zaobserwowano drastyczne zmniejszanie liczebności mieszanej populacji po zastosowaniu tego czynnika selekcyjnego. Izolację szczepów, określanie ich liczebności na podstawie różnic morfologicznych kolonii wyrosłych na podłożu z agarem odżywczym oraz komórek barwionych metodą Grama wykonano po zastosowaniu dawek 1500, 2000, 2500, 3000 i 3500 mg/dm3 octanu winylu oraz po 6 tygodniach prowadzenia adaptacji do obecności styrenu. Obecność wybranych lotnych związków organicznych spowodowała znaczne zmiany w liczebności i składzie mieszanych populacji mikroorganizmów. Obydwa związki przyczyniły się do spadku wyjściowej liczebności populacji. Różnice w działaniu obu związków ujawniły się w zmianie stosunku bakterii Gram-dodatnich do Gram-ujemnych badanych populacji, który w momencie rozpoczęcia hodowli adaptacyjnych był przesunięty w kierunku szczepów Gram-ujemnych. Wzrastające stężenia octanu winylu przyczyniły się do zmniejszenia liczebności szczepów Gram-dodatnich aż do całkowitego ich zaniku po zastosowaniu dawki 3000 mg/dm3 octanu winylu. Zupełnie odmienna struktura chemiczna styrenu spowodowała praktycznie całkowity zanik szczepów Gram-ujemnych. Odmienna budowa kompleksu ścianowo-błonowego bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych jest prawdopodobnie przyczyną zwiększonej przeżywalności szczepów Gram-dodatnich, wśród których przeważały nitkowate formy mikroorganizmów należących do promieniowców

Presence of some heavy metal ions: Bioremediation of an environment polluted with aromatic compounds

Szczepy bakterii Stenotrophomonas maltophilia KB2 oraz Pseudomonas putida N6 odznaczają się zwiększoną zdolnością do degradacji związków aromatycznych. W badaniach stwierdzono całkowity rozkład fenolu (3 mmol/dm3) w ciągu pięciu godzin przez oba badane szczepy. U szczepu KB2 po indukcji fenolem wykazano obecność 2,3-dio-ksygenazy katecholowej odpowiedzialnej za meta-rozszczepienie związków aromatycznych, natomiast u szczepu Pseudomonas putida N6 wykazano obecność 1,2-dioksygenazy katecholowej, charakterystycznej dla szlaku orto rozszczepienia pierścienia aromatycznego. W wyniku badań nad wrażliwością tych enzymów na obecność jonów metali wykazano, że jony Zn2+ aktywowały 2,3-dioksygenazę katecholową szczepu KB2. Wszystkie pozostałe jony były inhibitorami tego enzymu. Spośród przebadanych jonów metali najsilniejszym inhibitorem obu wyizolowanych dioksygenaz okazał się jon Cu2+, natomiast w mniejszym stopniu aktywność 1,2-dioksygenazy katecholowej szczepu N6 hamowały Cd2+ i Zn2+. Wzrost aktywności tego enzymu zaobserwowano w obecności Co2+. Pozostałe jony metali nie wpłynęły znacząco na aktywność 1,2-dioksygenazy katecholowej szczepu N6. Stwierdzona w badaniach częściowa aktywność obu badanych dioksygenaz po zastosowaniu soli metali sugeruje możliwość wykorzystania szczepów bakterii Stenotrophomonas maltophilia KB2 oraz Pseudomonas putida N6 do oczyszczania środowisk skażonych związkami aromatycznymi.The strains of Stenotrophomonas maltophilia KB2 and Pseudomonas putida N6 are characterized by an enhanced capacity for degrading aromatic compounds: within five hours of incubation both the strains were found to provide a complete degradation of phenol (3 mmol/dm3). Upon induction with phenol, catechol 2,3-dioxygenase, an enzyme responsible for the meta-cleavage of aromatic compounds, was detected in the Stenotrophomonas maltophilia KB2 strain, whereas in the Pseudomonas putida N6 strain the presence was revealed of catechol 1,2-dioxygenase, an enzyme characteristic of the pathway for the orthofission of the aromatic ring. Tests on the sensitivity of the enzymes to metal ions have demonstrated that Zn2+ ions activated catechol 2,3-dioxygenase in the KB2 strain. The other metal ions were found to be inhibitors of this enzyme. Among the metal ions tested, the Cu2+ ion was the strongest inhibitor of the two isolated dioxynases. Slightly weaker was the inhibition of catechol 1,2-dioxygenase induced by Cd2+ and Zn2+ ions in the N6 strain. The activity of this enzyme increased in the presence of Co2+ ions. The other ions had no significant influence on the activity of the catechol 1,2-dioxygenase isolated from the N6 strain. The partial activity of both dioxygenases observed upon the application of metal salts suggests that both the strains, Stenotrophomonas maltophilia KB2 and Pseudomonas putida N6, may contribute much to the remediation of an environment polluted with aromatic compounds