شماره ركورد
34325
پديد آورنده
ليلي دوستي
عنوان
غربالگري باكتريهاي احياكننده گوگردي و آناليز فلاكسهاي متابوليك در آنها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/28
استاد راهنما
فرشته نعيم پور
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
با توجه به اهميت باكتريهاي احياكننده سولفات (SRB) در تصفيه زيستي پسابها، در اين پژوهش به غربالگري آنها از پسابها و آناليز فلاكسهاي متابوليك در آنها پرداخته شد. مطالعات در دو بخش تجربي و مدلسازي متابوليكي صورت گرفته است. در بخش تجربي، سه نوع پساب شامل چرمسازي تبريز، چشمهي گوگردي سرعين و درياچهي باباگرگر قروه مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه پساب چرمسازي با بازده حذف سولفات % 95/71 و توليد گوگرد عنصري به ميزان ppm 51/51 در طي day 8، بالاترين راندمان را دارد. غلظت بالاتر تركيبات آلي و حضور يونهاي Fe2+ موجب افزايش انتقال الكترون و تسريع مسيرهاي احيايي شد، درحاليكه در سرعين به دليل تركيب سادهتر و كمبود منابع آلي، حذف سولفات تنها % 72/39 بود. افزايش سريعتر pH و رشد بالاتر در چرمسازي، بيانگر فعاليت متابوليكي بيشتر SRB است. بررسي ميكروسكوپي نيز حضور باكتريهاي گرم منفي ميلهاي شكل را تأييد كرد. در بخش مدلسازي، از مدل ژنوم مقياس Desulfovibrio vulgaris Hildenborough با 1014 واكنش، 948 متابوليت و 744 ژن استفاده شد. نتايج آناليز فلاكسها نشان داد كه در نرخ لاكتات ثابت mmol/gDW.h 10- در شرايط هتروتروفي، با افزايش سولفات مصرفي متابوليسم از اكسيداسيون ناقص به كامل تغيير مسير ميدهد و حداكثر رشد h-1 6845/0 در نرخ سولفات mmol/gDW.h 1731/0 حاصل ميشود. نتايج نشان ميدهند كه نسبت مناسب بين منابع كربن، سولفات تعيينكنندهي تعادل ميان مسيرهاي اكسيداسيون كامل و ناقص است. با بيشينه كردن توليد H2S، لاكتات مصرفي صرف هر چه بيشتر احيا نمودن سولفات به سولفيد به ميزان mmol/gDW.h 11 شده ولي رشد متوقف ميشود كه نشاندهندهي عدم وابستگي توليد H2S به رشد سلولي است. اتوتروفي در حضور H2، استات و دياكسيد كربن (متاتروفي) غير محدود شده منجر به احيا سولفات همزمان با رشد سلولي ميشود اما حذف استات موجب توقف كامل رشد ميگردد كه اهميت استات در تعادل ردوكس را نشان ميدهد. كاهش سولفات مصرفي باعث كاهش مصرف هيدروژن، افزايش مصرف منابع كربني معدني و آلي و توليد كمتر سولفيد ميگردد و در نرخ مصرف سولفات mmol/gDW.h 4751/1 حداكثر رشد حاصل و با كاهش بيشتر سولفات، مصرف مواد كربني كاهش و در نتيجه رشد كاهش مييابد و همچنين توليد سولفيد متوقف ميگردد. يافتهها بيانگر انعطافپذيري متابوليكي بالاي SRB در تنظيم تراز انرژي و الكترون است كه زمينهساز مهندسي متابوليكي هدفمند براي بهينهسازي حذف سولفات و توليد زيستي H2S در سامانههاي زيست پالايي صنعتي است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/09
عنوان به انگليسي
Screening of sulfur-reducing bacteria and analysis of their metabolic fluxes
تاريخ بهره برداري
10/20/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ليلي دوستي
چكيده به لاتين
Given the importance of sulfate-reducing bacteria (SRB) in the bioremediation of wastewaters, this study focused on their screening from wastewater samples and on the analysis of their metabolic fluxes. The research was conducted in two sections: an experimental part and a metabolic modeling part. In the experimental section, three wastewater sources — the Tabriz leather industry, the Sarein sulfur hot spring, and Babagorgor Lake in Qorveh — were examined. The results showed that the leather industry effluent exhibited the highest performance, achieving 71.95% sulfate removal and 51.51 ppm elemental sulfur production within 8 days. The higher concentration of organic compounds and the presence of Fe2+ ions enhanced electron transfer and accelerated reductive pathways, whereas in the Sarein sample, due to its simpler composition and limited organic substrates, sulfate removal reached only 39.72%. The faster increase in pH and higher biomass growth in the leather effluent indicated a higher metabolic activity of SRB. Microscopic observations also confirmed the presence of Gram-negative, rod-shaped bacteria. In the modeling section, the genome-scale metabolic model of Desulfovibrio vulgaris Hildenborough comprising 1,014 reactions, 948 metabolites, and 744 genes was employed. Flux analysis results showed that under heterotrophic conditions with a fixed lactate uptake rate of −10 mmol/gDWh, increasing sulfate uptake caused a metabolic shift from incomplete to complete oxidation, and the maximum growth rate of 0.6845 h⁻¹ was achieved at a sulfate uptake rate of 0.1731 mmol/gDWh. The results indicated that an appropriate balance between carbon sources and sulfate is a determining factor in regulating the trade-off between complete and incomplete oxidation pathways. Under H2S-maximizing conditions, the consumed lactate was almost entirely directed toward sulfate reduction to sulfide (up to 11 mmol/gDWh), while cell growth was halted, indicating that H2S production occurs independently of biomass formation.
Under autotrophic conditions, in the presence of H2, acetate, and CO2 (mixotrophy) without substrate limitation, sulfate reduction occurred simultaneously with cell growth; however, the removal of acetate resulted in complete growth inhibition, highlighting the essential role of acetate in maintaining redox balance. Reducing sulfate uptake led to decreased hydrogen consumption, increased utilization of organic and inorganic carbon sources, and lower sulfide production. At a sulfate uptake rate of 1.4751 mmol/gDWh, maximum growth was achieved; further reduction in sulfate uptake decreased carbon consumption, thereby reducing growth and eventually stopping sulfide production.
Overall, the findings demonstrate the high metabolic flexibility of SRB in regulating cellular energy and electron balance, providing a basis for targeted metabolic engineering strategies to optimize sulfate removal and biological H2S production in industrial bioremediation systems.
كليدواژه هاي فارسي
باكتريهاي احياكننده سولفات , انتقال الكترون , هتروتروفي و اتوتروفي , تصفيه زيستي
كليدواژه هاي لاتين
Sulfate reducing bacteria , Electron transfer , Heterotrophy and Autotrophy , Bioremediation of wastewater
Author
Leili Doosti
SuperVisor
Fereshteh Naeimpoor