ИСТИНА

В настоящее время при исследовании полимеров приоритет имеют материалы, производимые из возобновляемого сырья и подвергающиеся деградации в окружающей среде. Примерами таких соединений являются разнообразные полимеры на основе поли- ε-капролактона (PCL) или полилактида (PLA). Эти полимеры благодаря их физико- химическим свойствам (биоразлагаемость, прочность, эластичность и др.) нашли широкое применение в биомедицине, производстве упаковки, в моделировании и др. Микроорганизмы, разрушающие PCL и PLA в естественных местообитаниях, отличаются биоразнообразием. Они способны деградировать полимеры с помощью различных гидролитических ферментов, которые осуществляют разрыв цепи полимера до растворимых в воде низкомолекулярных олигомеров, димеров, мономеров и минерализовывать их. Однако физико-химические свойства полимеров (площадь поверхности, гидрофильные и гидрофобные свойства, молекулярный вес, полидисперсность, кристалличность и др.) играют важную роль в процессах биодеградации. Цель данного исследования  отбор активных агентов биодеградации новых образцов PCL, PLA, а также пленок полипропилена, модифицированных DL-PLA среди мезофильных грибов из различных таксонов. Образцы полиэфиров были получены в нашей лаборатории при раскрытии цикла L-лактида или ε-капролактона в присутствии каталитических количеств комплексов алюминия. Пленки полипропилена, содержащие около 5 мас.% DL-полилактида (PP1 и PP2), получали полимеризацией пропилена в среде жидкого мономера, в присутствии DL-PLA по методам описанным ранее. Поиск агентов биодеградации полимеров был проведен среди грибов из родов Aspergillus, Fusarium, Penicillium и Parengyodontium, известных как бидеграданты полимеров. Штаммы были получены из Всероссийской коллекции микроорганизмов ИБФМ РАН им. Г.К. Скрябина (ВКМ) и кафедры Биологии почв МГУ. Биодеградацию образцов PCL изучали в модифицированной среде Чапека-Докса, а образцов PLA, DL-PLA - в трех средах. Эксперименты проводили в течение 30 сут при температуре 26±1оС; биодеградацию пленок РР1, РР2 и PCL4 проводили на поверхности агаризованных сред при 26±1оС в течение 6 месяцев. Биодеградацию полимеров оценивали по уменьшению веса образцов полимеров после инкубации с грибами, а также с помощью масс-спектрометрии образцов, оставшихся после разложения. Отбор наиболее активного биодеграданта поликапролактона проводили среди 7 штаммов грибов с использованием образца PCL2 (Mw 25900 г/моль). Обнаружено, что все изученные штаммы были способны деградировать полимер, но скорость биодеградации была различна и определялась физиолого-биохимическими особенностями штаммов. Наибольшую скорость деградации полимера показал F. solani ВКМ F-4202 (0.026 мг/мг·сут, за 30 сут деградация 90%). Грибы F. verticillioides ВКМ F-1980, P. chrysogenum ВКМ F-227 и F. solani ВКМ F-2316 за это время смогли деградировать 40, 34 и 24% полимера, соответственно. Деградация полимера другими штаммами была ниже (около 10%). При биодеградации полимеров PCL1, PCL2, PCL3, грибом F. solani ВКМ F-4202 обнаружено, что за 30 сут степень разложения PCL1, PCL2, PCL3 составила 66, 90 и 18%, соответственно. Наибольшая скорость биодеградации наблюдалась для полимера PCL2, имеющего меньшую молекулярную массу и полидисперсность. Была изучена биодеградация пленки PCL4 грибом A. calidoustus ВКМ F-2909. Через полтора месяца инкубации наблюдали образование желтоватого налета, потерю эластичности и деформацию края пленки. При микроскопии обнаружено развитие темноокрашенного мицелия в толще материала. Спустя 6 месяцев пленка полностью разложилась. Известно, что на биодеградацию полилактидов существенное влияние оказывает состав питательной среды культивирования. Было обнаружено, что биоразложение полимера штаммами происходило только в среде 5/5. Наибольшую скорость деградации образца PLA1 имели штаммы Parengyodontium аlbum ВКМ F-3028 и A. calidoustus ВКМ F-2909 (за 30 сут деградировано около 30% полимера, удельная скорость биодеградации составила 0.015 и 0.017 мг/мг·сут, соответственно). При биодеградации полилактидов PLA1-3, DL-PLA грибом Parengyodontium аlbum ВКМ F-3028 установлено, что наиболее биодеградабельным является образец DL-PLA, что объясняется аморфной структурой. Образцы PLA1, PLA2 и PLA3 имели различные молекулярные массы, полидисперсность и кристалличность. Образцы PLA1 и PLA2 подвержены биоразложению примерно одинаково, а PLA3 − менее биодеградабельный образец, что связано с его высокой кристалличностью. Была проведена оценка биодеградации грибом Parengyodontium album двух пленок полипропилена, содержащих около 5 мас.% DL-полилактида (РР1, РР2). Через 1 месяц культивирования наблюдали процесс колонизации пленок грибом: помутнение пленок и тонкий ветвящийся мицелий на их поверхности. В течение полугода наблюдения существенных изменений в массе и структуре пленок не отмечены. Таким образом, в процессе скрининга были отобраны мезофильные штаммы грибов, которые способны биоразлагать PCL и РLA - F. solani ВКМ F-4202 и Parengyodontium album ВКМ F-3028, соответственно. Обнаружена зависимость биодеградации PCL и РLA от молекулярной массы, полидисперсности, кристалличности полимеров. Наиболее деградабельными оказались образцы PCL-2 (низкая молекулярная масса) и DL-PLA (низкая кристалличность). Масс-спектральный анализ остатков полимеров после биоразложения показал, что биодеградация полилактидов прошла хуже, чем поликапролактонов. Наблюдалась колонизация пленок PP1 и РР2 Parengyodontium album.