Importanța și aplicabilitatea biosurfactanților

Cercetarile din domeniul biosurfactantilor (BS) au inceput sa se intensifice in ultimii ani datorita potentialului mare de utilizare a acestora in diferite ramuri ale economiei cum ar fi: agricultura, industriile alimentara, farmaceutica, petrochimica, a titeiului si hartiei. Dezvoltarea acestei directii de cercetare este foarte importanta in principal datorita preocuparii actuale pentru protectia mediului inconjurator. Cel mai mare avantaj al surfactantilor microbieni fata de cei chimici este faptul ca sunt biodegradabili si nu sunt toxici pentru mediul natural. Biosurfactantii au devenit un produs biotehnologic important cu aplicatii in industrie si medicina. Motivul popularitatii lor ca produsi microbieni foarte valorosi consta in activitatea lor specifica, toxicitatea scazuta, relativ usor de obtinut si domeniile variate de aplicabilitate. Pot fi utilizati ca emulsifianti, de-emulsifianti, agenti de inmuiere, agenti de dispersare, agenti de spumare, ingredienti alimentari activi si detergenti in diferite sectoare industriale cum ar fi: petrol, chimie organica, alimentara, cosmetica si farmaceutica, miniera si metalurgica, fertilizanti, protectia mediului, etc.

Numeroase specii de bacterii, levuri si fungi filamentosi produc macromolecule care au proprietati tensioactive. Biosurfactantii produsi de microorganisme au un potential comercial mare, putand fi utilizati in numeroase aplicatii precum: bioremediere, recuperarea titeiului, formularea erbicidelor si pesticidelor, produse cosmetice, formularea lubrifiantilor si inhibitori ai cresterii microorgansimelor.

Soforolipidele, substante de natura glicolipidica sintetizate de mai multe specii de Candida sau alte specii de levuri inrudite, contin diglucide legate de acizi grasi hidroxilati prin legaturi glicozidice.

Importanta stiintifica a protectiei mediului poate fi subliniata si demonstrata de urmatoarele aplicatii ale acestor substante (biosurfactanti) in protectia si stimularea cresterii plantelor si in combaterea poluarii mediului inconjurator.

Utilizarea microorganismelor in recuperarea titeiului este un domeniu cu potentiale aplicatii ale biosurfactantilor– “microbial enhanced oil recovery” (MEOR). Microorganismele din rezervoare sunt stimulate sa produca polimeri si surfactanti care ajuta prin scaderea tensiunii superficiale la interfata dintre titei si roca. Pentru a produce biosurfactanti in situ, microorganismelor din rezervoare li se furnizeaza substraturi ieftine, precum melasa sau substante anorganice, pentru stimularea cresterii si producerea biosurfactantilor. Pentru a putea fi utile in recuperarea titeiului in situ, bacteriile trebuie sa fie capabile sa creasca in conditiile extreme din rezervoarele de titei: temperatura ridicata, presiune, salinitate si un nivel scazut de oxigen. Au fost izolate cateva bacterii aerobe si anaerobe termofile tolerante la presiune si salinitate moderata, care sunt capabile sa mobilizeze titei nerafinat in experimente de laborator. Clark si colab. au estimat ca 27% din rezervoarele de titei din USA sunt influentate de cresterea microorganismelor si pot fi folosite in recuperarea titeiului. Eficacitatea acestei tehnici a fost raportata in studii in camp care s-au realizat in USA, Cehia, Slovacia, Romania, Ungaria, Polonia si Olanda.

Biosurfactantii au rol si in mecanismele de inhibare a fungilor fitopatogeni, desi

se cunosc relativ putine lucruri despre mecanismele utilizate de bacteria Bacillus subtilis implicate in capacitatile ei de agent de combatere biologica a bolilor plantelor. Au fost realizate studii pentru crearea unui model de infectie a unei plante sensibile in scopul demonstrarii faptului ca tulpina bacteriana de tip salbatic B. subtilis 6051 are capacitatea de a inhiba pe Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 prin producerea unor substante de natura lipopeptidica numite surfactin. Astfel, a fost utilizata bacteria fitopatogena Pseudomonas syringae pv tomato DC3000 care este capabila sa infecteze radacinile plantei test Arabidopsis atat in vitro cat si in in vivo. Suprafata radacinilor plantei test Arabidopsis tratate cu suspensie de B.subtilis au fost analizate cu ajutorul unui microscop confocal laser scanning pentru a evidentia in imagini tridimensionale biofilmul format de aceasta bacterie. Se stie ca formarea biofilmului de catre B.subtilis este un proces complex care include si secretia de surfactin, biosurfactant cu rol de agent antimicrobian de natura lipopeptidica. Pentru a stabili rolul surfactinului in capacitatea de biocontrol a acestei bacterii a fost testata o tulpina mutanta, numita M1, care prezenta o deletie la nivelul genei implicate in sinteza surfactinului, fiind astfel incapabila sa produca surfactin. Tulpina B.subtilis M1 a fost incapabila sa protejeze planta test Arabidopsis fata de infectia produsa de P.syringae si de asemeni, nu a putut forma biofilm nici pe suprafata radacinilor plantei si nici pe o suprafata inerta (in vitro). Activitatea antibacteriana a surfactinului fata de P.syringae a fost determinata in prin cultivarea simultana a bacteriilor atat in mediu lichid cat si pe mediu solid, si de asemeni a fost evidentiata prin metode de colorare specifice. Desi concentratia minima inhibitorie determinata a fost relativ mare (25 µg mL-1), nivelul lipopeptidelor in radacinile colonizate de B.subtilis a fost suficient ca sa omoare P.syringae. Aceste rezultate indica faptul ca dupa colonizarea radacinilor tulpina B. subtilis 6051 formeaza un biofilm stabil, extensiv si secreta surfactin, care actioneaza impreuna pentru a proteja planta fata de atacul bacteriilor patogene (Bais, 2003). Bacteriile prezente pe radacinile plantelor - rizobacteriile benefice plantelor sunt asociate cu suprafata radacinilor plantei si pot influenta cresterea plantei prin mecanisme care imbunatatesc aportul de substante nutritive minerale, combaterea bolilor sau producerea de fitohormoni. Rizobacteriile pot de asemeni sa interactioneze cu o serie de microorganisme din sol care sunt prezente in mod normal in rizosfera plantelor si in unele cazuri sa actioneze ca agenti de biocontrol fata de bacterii patogene (Pinton si colab., 2001). Interesant de subliniat este faptul ca o colonizare scazuta a radacinilor plantelor de catre rizobacteriile benefice poate duce la o scadere a activitatii de biocontrol. Una dintre bacteriile din aceasta categorie este Bacillus subtilis un microorganism ubicvitar in sol, care are capacitatea de a stimula cresterea plantelor si de a proteja plantele fata de atacul fungilor fitopatogeni. Tulpinile comerciale B. subtilis au fost puse in vanzare ca agenti de control biologic impotriva micozelor plantelor de cultura. Biofungicidele comerciale Serenade, care contin tulpini de B. subtilis, sunt folosite impotriva a numeroase bacterii patogene inclusiv a tulpinilor Erwinia, Pseudomonas si Xanthomonas. Mecanismul acestor efecte antibacteriene este nesigur, cu toate ca este stiut ca B. subtilis poate produce o varietate de agenti antibacterieni, inclusiv un larg spectru de lipopeptide, ca surfactin, care este un potential biosurfactant (Zuber et al., 1993; Peypoux et al., 1999).