Порівняльна характеристика фізико-хімічних та реологічних властивостей екзополісахаридів, синтезованих ендофітними мікроорганізмами
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.2.1Ключові слова:
FTIR-спектроскопія, реологічні властивості, екстракція, біоплівки, антарктичні ендофіти, біополімери, екзополісахаридиАнотація
Мета. Встановити фізико-хімічні та реологічні характеристики екзополісахаридів (ЕПС), синтезованих планктонними та біоплівковими клітинами психротолерантних ендофітних мікроорганізмів, асоційованих з рослинами Антарктики, для подальшого використання у хімічних технологіях переробки полімерів.
Методика. Об’єктами дослідження були ЕПС, синтезовані штамами-ендофітами судинних рослин Антарктики Hafnia psychrotolerans 25.2, Pseudomonas sp. 39.4. Культивування мікроорганізмів проводили стаціонарно в поживному бульйоні (NB, HiMedia Ltd) за температури 25 °C протягом 6 діб. Для отримання ЕПС використовували планктонні клітини та сформовану біоплівку.
Екстракцію ЕПС здійснювали лужно-кислотним методом. Осаджені полімери висушували до сталої маси для гравіметричного визначення їх виходу. Фізико-хімічні властивості визначали за показниками pH, густини, відносної в’язкості, поверхневого натягу, вмісту вуглеводів та загального білка. Хімічну природу осаджених полімерів було досліджено методом FTIR-спектроскопії.
Результати. Доведено, що екзополісахариди, отримані з біоплівкової фракції, характеризувалися суттєво вищою відносною в’язкістю порівняно з планктонною формою, причому максимальні значення цього показника становили 2,76–2,813. FTIR-аналіз біоплівкових зразків підтвердив наявність характерних глікозидних зв’язків та супутніх білкових домішок (амід І та амід ІІ), що корелює з високими адгезивними властивостями.
Наукова новизна. Вперше для антарктичних ендофітних мікроорганізмів встановлено відмінності у фізико-хімічних та реологічних властивостях екзополісахаридів залежно від фенотипової форми існування продуцента – планктонної або біоплівкової. Виявлено особливості структурної організації та функціональних характеристик ЕПС, що синтезуються в умовах прикріпленого росту – біоплівки – порівняно з вільноіснуючими клітинами, що розширює уявлення про адаптаційні механізми антарктичної мікробіоти.
Практична значимість. Отримані результати є базою для розробки технології отримання біодеградабельних загусників для хімічної та косметичної промисловості. Також встановлені особливості зміни реологічних та фізико-хімічних властивостей екзополісахаридів при переході мікроорганізмів від планктонної до біоплівкової форми росту сприяють розумінню формування полімерного матриксу біоплівок та зміни фізико-хімічних властивостей біополімерів мікробного походження.
Завантаження
Посилання
Moradali, M. F., & Rehm, B. H. A. (2020). Bacterial biopolymers: from pathogenesis to advanced materials. Nature Reviews Microbiology, 18(4), 195–210. DOI: https://doi.org/10.1038/ s41579-019-0313-3.
Flemming, H.-C., van Hullebusch, E. D., Little, B. J. et al. (2025). Microbial extracellular polymeric substances in the environment, technology and medicine. Nature Reviews Microbiology, 23(2), 87–105. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-024-01098-y.
Nwodo, U. U., Green, E., & Okoh, A. I. (2012). Bacterial exopolysaccharides: functionality and prospects. International Journal of Molecular Sciences, 13(11), 14002–14015. DOI: https://doi.org/ 10.3390/ijms1311140 02.
Rana, S., & Upadhyay, L. S. B. (2020). Microbial exopolysaccharides: synthesis pathways, types and their commercial applications. International Journal of Biological Macromolecules, 157, 577–583. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.04.084.
Poli, A., Anzelmo, G., & Nicolaus, B. (2010). Bacterial exopolysaccharides from extreme marine habitats: production, characterization and biological activities. Marine Drugs, 8(6), 1779–1802.
Casillo, A., Lanzetta, R., Parrilli, M., & Corsaro, M. M. (2018). Exopolysaccharides from marine and marine extremophilic bacteria: structures, properties and applications. Marine Drugs, 16(2), Article 69.
West, T. P. (2020). Production of the polysaccharide curdlan by Agrobacterium species on processing coproducts and plant lignocellulosic hydrolysates. Fermentation, 6(1), Article 16.
Wang, L. L., Wang, L. F., Ren, X. M. et al. (2012). pH dependence of the structure and surface properties of microbial EPS. Environmental Science & Technology, 46(2), 737–744.
Revin, V. V., Liyaskina, E. V., Parchaykina, M. V. et al. (2023). Production of bacterial exopolysaccharides: xanthan and bacterial cellulose. International Journal of Molecular Sciences, 24(19), Article 14608.
Lahiri, D., Nag, M., Dutta, B. et al. (2021). Bacterial cellulose: production, characterization, and antimicrobial applications. International Journal of Molecular Sciences, 22(23), Article 12984.
Karsavran, K., Yaşar Yıldız, S., Radchenkova, N. et al. (2025). Exopolysaccharides from Antarctic bacteria as cryoprotectants. International Journal of Biological Macromolecules, 278, Article 134567.
Ibrahim, H. A. H., El-Sayed, W. S., El-Sayed, A. M. et al. (2022). Potential functions and applications of diverse microbial exopolysaccharides. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 20, Article 432.
Netrusov, A. I., Botina, S. G., Shcherbakov, P. N. et al. (2023). Exopolysaccharides producing bacteria: a review. Microorganisms, 11(6), Article 1541. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms11061541.
Znój, A., Grzesiak, J., Gawor, J. et al. (2022). Root-associated bacteria community characteristics of Colobanthus quitensis and Deschampsia antarctica. Frontiers in Microbiology, 13, Article 9622554.
Biswas, B., Rogers, K., McLaughlin, F. et al. (2025). Enhanced production and structural characterization of exopolysaccharides from Antarctic bacteria. Scientific Reports, 15, Article 10392.
Iungin, O. S., Kalinichenko, O. O., Morin, V. V., Reznik, D. I., & Okhmat, O. A. (2025). Otsinka funktsionalnoho potentsialu ekzopolisakharydiv antarktychnykh ekstremofiliv, ekstrahovanykh riznymy metodamy [Assessment of the functional potential of exopolysaccharides of Antarctic extremophiles extracted by various methods]. In: O. R. Mokrousova & V. P. Plavan (eds.), Innovatsiini materialy ta tekhnolohii: biotekhnolohiia, prykladna khimiia, ekolohiia: monohr. [Advanced materials and technologies: biotechnology, applied chemistry, ecology: monograph] (Vol. 1, pp. 162–166). Kyiv: KNUTD [in Ukrainian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Олександр КАЛІНІЧЕНКО, Ольга ЮНГІН
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
