Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Synergistic degradation of bacterial consortia and application of immobilized cells in degradation of petroleum hydrocarbons
Year (A.D.)
2021
Document Type
Thesis
First Advisor
อรฤทัย ภิญญาคง
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Microbiology (fac. Science) (ภาควิชาจุลชีววิทยา (คณะวิทยาศาสตร์))
Degree Name
วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาเอก
Degree Discipline
จุลชีววิทยาและเทคโนโลยีจุลินทรีย์
DOI
10.58837/CHULA.THE.2021.598
Abstract
การบำบัดน้ำมันรั่วไหลด้วยวิธีทางชีวภาพ เป็นวิธีการรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการทำงานเสริมกันของกลุ่มแบคทีเรียในย่อยสลายน้ำมันปิโตรเลียม และพอลิไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (polycyclic aromatic hydrocarbons; PAHs) และพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์รูปแบบ กลุ่มแบคทีเรียตรึง โดยพบว่ากลุ่มแบคทีเรีย OPK ซึ่งประกอบด้วย Mycolicibacterium spp. PO1 และ PO2 Novoshingobium pentaromativorans PY1 และ Bacillus subtilis FW1 ทำงานเสริมกันในการย่อยสลายไพรีน PAHs ผสม อัลเคนสายสั้นและสายยาว และน้ำมันดิบ และสามารถคงประสิทธิภาพสูงภายใต้การแปรผันค่า pH (5.0-9.0) อุณหภูมิ (30-40 องศาเซลเซียส) ความเค็ม (20-60‰) ข้อมูลจีโนมจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ ร่วมกับการทดสอบประสิทธิภาพการย่อยสลาย การทดสอบการสร้างสารลดแรงตึงผิว และ/หรือการวิเคราะห์ ทรานส์คริปโตมิกส์ บ่งชี้ว่า Mycolicibacterium เป็นแบคทีเรียที่มีบทบาทหลักในการย่อยสลาย PAHs และน้ำมันดิบ โดย NidAB เป็นเอนไซม์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายสารผสมไพรีนและฟลูออแรนทีนซึ่งเป็นตัวแทนของ PAHs มวลโมเลกุลสูง นอกจากนี้ ribosomal protein, iron transporter, ABC transporters และ stress response proteins อาจมีบทบาททำให้สายพันธุ์ PO1 และ PO2 อยู่รอดในสภาวะกดดัน Novosphingobium มีส่วนช่วยในการย่อยสลายสารตัวกลางในวิถีการย่อยสลาย และ Bacillus สร้างสารลดแรงตึงผิว ซึ่งคาดว่าช่วยทำให้แบคทีเรียหลักเข้าถึงสารมลพิษได้ดีขึ้น นอกจากนี้การวิเคราะห์ข้อมูลจีโนมเพิ่มเติม พบยีน alkB และ CYP153 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการย่อยสลายอัลเคนในแบคทีเรียทุกสายพันธุ์ของกลุ่มแบคทีเรีย การพัฒนาต่อยอดกลุ่มแบคทีเรีย OPK ตรึงบนซีโอไลท์สำหรับบำบัดสิ่งแวดล้อมปนเปื้อนน้ำมันดิบ พบว่า กลุ่มแบคทีเรียตรึงสามารถกำจัดน้ำมันดิบความเข้มข้น 1,000 มิลลิกรัมต่อลิตรในน้ำทะเลได้ 74 เปอร์เซ็นต์ใน 96 ชั่วโมง และสามารถใช้ซ้ำได้อย่างน้อย 5 รอบ การเติมกลุ่มแบคทีเรียตรึง OPK ในระบบนิเวศจำลองดินทรายช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกำจัดน้ำมันดิบ (ความเข้มข้น 10,000 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมดิน) จาก 45 เป็น 80.67 เปอร์เซ็นต์ใน 21 วัน และกระตุ้นการเพิ่มจำนวนของ Alcanivorax ซึ่งเป็นแบคทีเรียประจำถิ่นที่คาดว่ามีบทบาทในการย่อยไฮโดรคาร์บอน ทำให้อาจเกิดการทำงานเสริมกันและส่งเสริมการกำจัดน้ำมันดิบในระบบนิเวศจำลองดินทราย ผลการวิจัยนี้ทำให้ได้ต้นแบบของผลิตภัณฑ์สำหรับบำบัดสิ่งแวดล้อมปนเปื้อนน้ำมันดิบ
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Oil-spill bioremediation is an eco-friendly and sustainable approach towards the environment. This study aims to examine the synergistic interactions of bacterial consortium in crude oil and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) degradation and to develop an immobilized bacterial consortium as a ready-to-use bioproduct. The consortium OPK containing Mycolicibacterium strains PO1 and PO2, Novosphingobium pentaromativorans PY1 and Bacillus subtilis FW1, exhibited synergistic interaction in the biodegradation of pyrene, a mixture of PAHs, short- and long-chain alkanes, and crude oil. It maintained high degradation capacity degradation over a wide range of pH values (5.0–9.0), temperatures (30–40°C), and salinities (20–60‰). The whole genome sequencing results of our previous study combined with the degradation performance, biosurfactant producing ability and/or transcriptome analysis indicated that Mycolicibacterium plays an important role in the PAH and crude oil degradation. NidAB was the major enzyme involved in the degradation of pyrene and fluoranthene mixture which are the representative of high molecular weight (HMW) PAHs. Moreover, ribosomal proteins, an iron transporter, ABC transporters and stress response proteins may play a role in the survival of strains PO1 and PO2 under stress conditions. Furthermore, Novosphingobium strain contributed to intermediate degradation and Bacillus produced a biosurfactant that facilitates the assimilation of pollutants by the main degraders. In addition, the alkB and CYP153 genes involved in alkane degradation were detected in the genome of OPK members. Zeolite-immobilized OPK was developed as a ready-to-use bioproduct for the bioremediation of crude oil-contaminated environment. The results showed that the immobilized OPK removed 74% of 1000 mg L−1 crude oil within 96 h in sterilized seawater and could be reused for at least 5 cycles. Bioaugmentation using immobilized OPK in sandy soil microcosms significantly increased crude oil (10,000 mg kg−1 soil) removal from 45% to 80.67% within 21 days and stimulated an increase in the relative abundances of Alcanivorax, indigenous hydrocarbon-degrading bacteria, which in turn enhanced crude oil removal from soil. This finding provides ideal bio-based product for bioremediation of crude oil-polluted environments.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
เหล่าธรรมทีป, ณัฐริกา, "การย่อยสลายเสริมกันของกลุ่มแบคทีเรียและการประยุกต์ใช้เซลล์ตรึงในการย่อยสลายปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอน" (2021). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 5140.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/5140