Загрязнение почв – это загрязнение нашего будущего

02/05/2018

Почва – это невозобновляемый ресурс, т.е. в случае утраты или деградации ее невозможно восстановить в срок, сопоставимый с продолжительностью человеческой жизни. Состояние почв оказывает влияние на пищу, которую мы едим, воду, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, на наше здоровье и на здоровье всего живого на Земле. Без здоровых почв мы не сможем выращивать продовольствие. Ведь, по оценкам, 95 процентов того, что мы едим, прямо или косвенно производится на почвах.

Здоровые почвы – это ключевой фактор продовольственной безопасности и залог нашего устойчивого будущего. Они помогают поддерживать производство продовольствия, способствуют смягчению последствий изменения климата и адаптации к ним, они участвуют в процессе фильтрации воды, повышают устойчивость к наводнениям и засухам и еще многое, многое другое. Но существует невидимая угроза, которая ставит под удар и почвы, и все то, что они могут дать.

Загрязнение почвы вызывает цепную реакцию. Оно сказывается на почвенном биоразнообразии, снижает запасы органического вещества почвы и ее фильтрующую способность.  Из-за загрязнения почвы происходит загрязнение почвенной влаги и грунтовых вод, нарушается баланс питательных веществ в почве. К числу наиболее распространенных загрязнителей почвы относятся тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители и новые загрязнители, такие как фармацевтические препараты и средства личной гигиены. 

Загрязнение почвы разрушительно для окружающей среды и влечет негативные последствия для всех форм жизни, которые с ним сталкиваются. Неустойчивые методы ведения сельского хозяйства, сокращающие запасы органического вещества почвы, могут способствовать переносу загрязнителей в пищевую цепь. Так, например, из загрязненной почвы загрязнители могут попасть в грунтовые воды; затем они накапливаются в тканях растений и передаются пастбищным животным, птицам и, наконец, людям, которые эти растения и животных едят.

Загрязняющие вещества в почве, грунтовых водах и пищевой цепи могут вызывать целый ряд болезней и повышенную смертность у людей; это могут быть как острые последствия краткосрочного характера – например, различные виды интоксикаций или диарея, – так и хронические заболевания, в том числе онкологические.

Помимо воздействия на окружающую среду загрязнение почв сопряжено с высокими экономическими издержками, обусловленными снижением урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Предотвращение загрязнения почв должно быть одной из приоритетных задач во всем мире.  Подавляющее большинство загрязняющих веществ является результатом деятельности человека, поэтому мы несем прямую ответственность за то, чтобы изменить ситуацию, обеспечив сокращение масштабов загрязнения и безопасное будущее нашей планеты.

Необходимо признать ценность почв, их производственный потенциал и вклад в продовольственную безопасность и поддержание ключевых экосистемных услуг. Вот лишь несколько причин, по которым проблему загрязнения почв нельзя недооценивать:

1. Загрязнение почв оказывает влияние на все вокруг. Пища, которую мы едим, вода, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, – наше здоровье и здоровье всего живого на планете зависит от здоровья почв. Содержание питательных веществ в тканях растений напрямую связано с их содержанием в почве и ее способностью обмениваться питательными веществами и водой с корнями растений.

2. Загрязнение почвы невидимо. Сегодня треть почв планеты умеренно или сильно деградированы вследствие эрозии, потери почвенного органического углерода, засоления, уплотнения, закисления и химического загрязнения.  На формирование одного сантиметра верхнего слоя почвы уходит около тысячи лет; это значит, что за свою жизнь увеличить почвенный слой нам не удастся. Есть только то, что мы видим сейчас. Несмотря на все это, масштабы загрязнения почв продолжают расти. Нынешние темпы деградации почв ставят под угрозу возможность будущих поколений удовлетворить свои самые насущные потребности.

3. Загрязнение почв сказывается на их фильтрующей способности. Для загрязняющих веществ почвы действуют как фильтр и буфер. Но возможности почв, позволяющие им справляться с давлением загрязнителей, не безграничны. Если защитный потенциал почв будет исчерпан, загрязняющие вещества начнут проникать (и уже проникают) в окружающую среду, в частности, в пищевую цепь.

Аварийно химические опасные вещества

Аварийно химические опасные вещества (аммиак, хлор). Их воздействие на организм человека. Предельно допустимые и поражающие концентрации

Растет ассортимент применяемых в промышленности, сельском хозяйстве и быту химических веществ. Некоторые из них токсичны и вредны. При проливе или выбросе в окружающую среду способны вызвать массовые поражения лю­дей, животных, приводят к заражению воздуха, почвы, воды, растений. Их на­зывают аварийно химические опасные вещества(АХОВ). Определенные виды АХОВ находятся в больших количествах на предприятиях, их производя­щих или использующих в производстве. В случае аварии может произойти по­ражение людей не только непосредственно на объекте, но и за его пределами, в ближайших населенных пунктах.

Крупными запасами опасных веществ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатывающей и не­фтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промыш­ленности минудобрений.

Значительные их количества сосредоточены на объектах пищевой, мясо-мо­лочной промышленности, холодильниках, торговых базах, различных АО, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Наиболее распространенными из них являются хлор, аммиак, сероводород, двуокись серы (сернистый газ), нитрил акриловой кислоты, синильная кислота, фосген, метилмеркаптан, бензол, бромистый водород, фтор, фтористый водо­род.

Хлор

При нормальных условиях газ желто-зеленого цвета с резким раздражающим специфическим запахом. При обычном давлении затвердевает при -101 °С и сжи­жается при -34° С. Тяжелее воздуха примерно в 2,5 раза. Вследствие этого сте­лется по земле, скапливается в низинах, подвалах, колодцах, тоннелях.

Ежегодное потребление хлора в мире достигает 40 млн. т.

Используется он в производстве хлорорганических соединений (винил хло­рида, хлоропренового каучука, дихлорэтана, хлорбензола и др.). В большинстве случаев применяется для отбеливания тканей и бумажной массы, обеззаражи­вания питьевой воды, как дезинфицирующее средство и в различных других отраслях промышленности.

Хранят и перевозят его в стальных баллонах и железнодорожных цистернах под давлением. При выходе в атмосферу дымит, заражает водоемы.

В первую мировую войну применялся в качестве отравляющего вещества уду­шающего действия. Поражает легкие, раздражает слизистые и кожу.

Первые признаки отравления — резкая загрудинная боль, резь в глазах, сле­зоотделение, сухой кашель, рвота, нарушение координации, одышка. Сопри­косновение с парами хлора вызывает ожоги слизистой оболочки дыхательных путей, глаз, кожи.

Воздействие в течение 30 — 60 мин при концентрации 100 — 200 мг/м³ опас­но для жизни.

Если все-таки произошло поражение хлором, пострадавшего немедленно вы­носят на свежий воздух, тепло укрывают и дают дышать парами спирта или воды.

При интенсивной утечке хлора используют распыленный раствор каль­цинированной соды или воду, чтобы осадить газ. Место разлива заливают ам­миачной водой, известковым молоком, раствором кальцинированной соды или каустика с концентрацией 60 —80% и более (примерный расход — 2л раствора на 1 кг хлора).

Аммиак

При нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом («нашатырного спирта»), почти в два раза легче воздуха. При выходе в атмос­феру дымит. При обычном давлении затвердевает при температуре -78°С и сжижается при -34°С. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах 15 — 28 объемных процентов.

Растворимость его в воде больше, чем у всех других газов: один объем воды поглощает при 20°С около 700 объемов аммиака, 10%-й раствор аммиака посту­пает в продажу под названием «нашатырный спирт». Он находит применение в медицине и в домашнем хозяйстве (при стирке белья, выведении пятен и т.д.). 18-20%-й раствор называется аммиачной водой и используется как удобрение.

Жидкий аммиак — хороший растворитель большинства органических и не­органических соединений.

Мировое производство аммиака ежегодно составляет около 90 млн.т. Его используют при получении азотной кислоты, азотосодержащих солей, соды, мочевины, синильной кислоты, удобрений, диазотипных светокопировальных материалов. Жидкий аммиак широко применяется в качестве рабочего веще­ства (хладагента) в холодильных машинах и установках.

Перевозится в сжиженном состоянии под давлением. Предельно допустимые концентрации (ПДК) в воздухе населенных мест: среднесуточная и максималь­но разовая — 0,2 мг/м³, в рабочем помещении промышленного предприятия — 20 мг/м³.

Если же его содержание в воздухе достигает 500 мг/м³, он опасен для вдыхания (возможен смертельный исход).

Вызывает поражение дыхательных путей. Признаки: насморк, кашель, зат­рудненное дыхание, удушье, учащается сердцебиение, нарастает частота пуль­са. Пары сильно раздражают слизистые оболочки и кожные покровы, вызыва­ют жжение, покраснение и зуд кожи, резь в глазах, слезотечение. При сопри­косновении жидкого аммиака и его растворов с кожей возникает обмороже­ние, жжение, возможен ожог с пузырями, изъязвления.

Если поражение аммиаком все же произошло, следует немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух. Транспортировать надо в лежачем положе­нии. Необходимо обеспечить тепло и покой, дать увлажненный кислород. При отеке легких искусственное дыхание делать нельзя.

В случае аварии необходимо опасную зону изолировать, удалить людей и не допускать никого без средств защиты органов дыхания и кожи. Около зоны следует находиться с наветренной стороны.

Место разлива нейтрализуют сла­бым раствором кислоты, промывают большим количеством воды. Если про­изошла утечка газообразного аммиака, то с помощью поливомоечных машин, авторазливочных станций, пожарных машин распыляют воду, чтобы погло­тить пары.

Зоны заражения АХОВ

В большинстве случаев при аварии и разрушении емкости давление над жид­кими веществами падает до атмосферного, АХОВ вскипает и выделяется в атмосферу в виде газа, пара или аэрозоля. Облако газа (пара, аэрозоля) АХОВ, образовавшееся в момент разрушения емкости в пределах первых 3 минут, называется первичным облаком зараженного воздуха. Оно распространяется на большие расстояния. Оставшаяся часть жидкости (особенно с температу­рой кипения выше 20°С) растекается по поверхности и также постепенно ис­паряется. Пары (газы) поступают в атмосферу, образуя вторичное облако зараженного воздуха, которое распространяется на меньшее расстояние.

Таким образом, зона заражения АХОВ — это территория, зараженная ядо­витыми веществами в опасных для жизни людей пределах (концентрациях).

Глубина зоны распространения зараженного воздуха зависит от концентрации АХОВ и скорости ветра. Например, при ветре 1 м/с за один час облако от места аварии удалится на 5 — 7 км, при 2 м/с — на 10 — 14, а при З м/с — на 16 — 21 км. Значительное увеличение скорости ветра (6-7 м/с и более) способствует его быстрому рассеиванию. Повышение температуры почвы и воздуха ускоряет ис­парение АХОВ, а следовательно, увеличивает концентрацию его над заражен­ной территорией. На глубину распространения АХОВ и величину его концент­рации в значительной степени влияют вертикальные перемещения воздуха, как мы говорим, погодные условия.

Форма (вид) зоны заражения АХОВ в значительной мере зависит от скорости ветра. Так, например, при скорости менее 0,5 м/с она принимается за окружность, при скорости от 0,6 до 1 м/с — за полуокружность, при скорости от 1,1 м/с до 2 м/ с — за сектор с углом в 90°, при скорости более 2м/с — за сектор с углом в 45°.

Надо иметь в виду, что здания и сооружения городской застройки нагреваются солнечными лучами быстрее, чем расположенные в сельской местности. По­этому в городе наблюдается интенсивное движение воздуха, связанное обычно с его притоком от периферии к центру по магистральным улицам. Это способ­ствует проникновению АХОВ во дворы, тупики, подвальные помещения и со­здает повышенную опасность поражения населения. В целом можно считать, что стойкость АХОВ в городе выше, чем на открытой местности.

Вот почему все население, проживающее вблизи химически опасного объекта, должно знать, какие АХОВ используются на этом предприятии, какие ПДК уста­новлены для рабочей зоны производственных помещений и для населенных пун­ктов, какие меры безопасности требуют неукоснительного соблюдения, какие средства и способы защиты надо использовать в различных аварийных ситуаци­ях.

Защита от АХОВ

Защитой от АХОВ служат фильтрующие промышленные и гражданские проти­вогазы, промышленные респираторы, изолирующие противогазы, убежища ГО.

Промышленные противогазы надежно предохраняют органы дыхания, глаза и лицо от поражения. Однако их используют только там, где в воздухе содер­жится не менее 18% кислорода, а суммарная объемная доля паро- и газообразных вредных примесей не превышает 0,5%.

Недопустимо применять промышленные противогазы для защиты от ни­зкокипящих, плохо сорбирующихся органических веществ (метан, ацетилен, эти­лен и др.)

Если состав газов и паров неизвестен или их концентрация выше максимально допустимой, применяется только изолирующие противогазы ИП-4 и ИП-5.

    

Коробки промышленных противогазов строго специализированы по на­значению (по составу поглотителей) и отличаются окраской и маркировкой. Некоторые из них изготавливаются с аэрозольными фильтрами, другие без них. Белая вертикальная полоса на коробке означает, что она оснащена филь­тром.

Рассмотрим несколько примеров по основным АХОВ. Для защиты от хлора можно использовать промышленные противогазы марок А (коробка ко­ричневого цвета), БКФ (защитного), В (желтого), Г (половина черная, пол­овина желтая), а также гражданские противогазы ГП-5, ГП-7 и детские.

          

А если их нет? Тогда ватно-марлевую повязку, смоченную водой, а лучше 2%-м раствором питьевой соды.

От аммиака защищает противогаз с другой коробкой, марки КД (серого цве­та) и промышленные респираторы РПГ-67КД, РУ-60МКД.

      

У них две сменных коробки (слева и справа). Они имеют ту же маркировку, что и противогазы. Надо помнить, что гражданские противогазы от аммиака не защищают. В крайнем случае надо воспользоваться ватно-марлевой повязкой, смоченной водой или 5%-м раствором лимонной кислоты.

Для защиты от АХОВ в очаге аварии используются в основном средства ин­дивидуальной защиты кожи (СИЗК) изолирующего типа, общевой­сковой защитный комплект ОЗК.

Для населения рекомендуются подручные средства защиты кожи в комплекте с противогазами. Это могут быть обычные непромокаемые накидки и плащи, а также пальто из плотного толстого материала, ватные куртки. Для ног — рези­новые сапоги, боты, калоши. Для рук — все виды резиновых и кожаных перча­ток и рукавицы.

В случае аварии с выбросом АХОВ убежища обеспечивают надежную за­щиту. Во-первых, если неизвестен вид вещества или его концентрация слиш­ком велика, можно перейти на полную изоляцию (третий режим), можно также какое-то время находиться в помещении с постоянным объемом воздуха. Во-вторых, фильтропоглотители защитных сооружений препятствуют проникно­вению хлора, фосгена, сероводорода и многих других ядовитых веществ, обес­печивая безопасное пребывание людей.

В крайнем случае при распространении газов, которые тяжелее воздуха и сте­лются по земле, как хлор и сероводород, можно спасаться на верхних этажах зда­ний, плотно закрыв все щели в дверях, окнах, задраив вентиляционные отверстия.

Выходить из зоны заражения нужно в одну из сторон, перпендикулярную на­правлению ветра, ориентируясь на показания флюгера, развевание флага или любого другого куска материи, наклон деревьев на открытой местности.

Первая помощь пораженным АХОВ

Она складывается из двух частей. Первая — обязательная для всех случаев поражения, вторая — специфическая, зависящая от характера воздействия вред­ных веществ на организм человека.

Итак, общие требования. Надо как можно скорее прекратить воздействия АХОВ. Для этого необходимо надеть на пострадавшего противогаз и вынести его на свежий воздух, обеспечить полный покой и создать тепло. Расстегнуть ворот, осла­бить поясной ремень. При возможности снять верхнюю одежду, которая может быть заражена парами хлора, сероводорода, фосгена или другого вещества.

Специфические. Например, при поражении хлором, чтобы смягчить раздра­жение дыхательных путей, следует дать вдыхать аэрозоль 0,5%-го раствора пи­тьевой соды. Полезно также вдыхать кислород. Кожу и слизистые промывать 2%-м содовым раствором не менее 15 мин. Из-за удушающего действия хлора пострадавшему передвигаться самостоятельно нельзя. Транспортируют его толь­ко в лежачем положении. Если человек перестал дышать, надо немедленно сде­лать искусственное дыхание методом «изо рта в рот».

При поражении аммиаком пострадавшему следует дышать теплыми водяными парами 10%-го раствора ментола в хлороформе, дать теплое молоко с боржоми или содой. При удушье необходим кислород, при спазме голосовой щели — тепло на область шеи, теплые водяные ингаляции. Если произошел отек легких, искусственное дыхание делать нельзя. Слизистые и глаза промывать не менее 15 мин водой или 2%-м раствором борной кислоты. В глаза закапать 2-3 капли 30%-го раствора альбуцида, в нос — теплое оливковое, персиковое или вазели­новое масло. При поражении кожи обливают чистой водой, накладывают при­мочки из 5%-го раствора уксусной, лимонной или соляной кислоты.

Запах нового автомобиля опасен для здоровья

• Джим Трейверс
• BBC Autos

5 апреля 2016

Автор фото, Thinkstock

Запах нового автомобиля в автосалоне способен соблазнять и даже опьянять. И это неспроста, подчеркивает корреспондент BBC Autos. Источники запаха новой машины – разнообразные химические вещества¸ некоторые из которых очень ядовиты.

Букет этих запахов, который манит многих покупателей, составляют выделения различных растворителей, клеев, пластика, резины и синтетических тканей, используемых в конструкции автомобиля.

Многие из них содержат летучие органические вещества (ЛОВ), которые в определенных количествах бывают смертельны. Другие просто вредны для человека.

«Это – химический коктейль, состоящий из множества токсинов», — убежден Джеф Гирхарт, директор по исследованиям в Центре экологии американского штата Мичиган.

Центр экологии отслеживает и тестирует уровни химического загрязнения в салонах машин на протяжении многих лет и в последнее время отмечает определенные улучшения.

Но, по словам Гирхарта, и сейчас еще есть над чем поработать.

«В машинах содержится более 200 химических соединений, — говорит он. – Поскольку их применение никак не регулируется, потребители не имеют возможности узнать, каким опасностям подвергаются».

Одно только чтение списка этих субстанций способно вызвать испуг. Они превращают салон вашего автомобиля в некое подобие зала славы опасных веществ и материалов.

Бензол, толуол, тяжелые металлы — все это только малая часть компонентов адской смеси. А последствия ее воздействия на организм пугают еще сильнее.

Первые симптомы могут варьироваться от боли в горле до головной боли, головокружения, аллергических реакций и тошноты — в зависимости от восприимчивости того или иного индивида.

По данным Агентства по охране окружающей среды США, долговременное воздействие некоторых из этих веществ на организм способно привести к гормональным нарушениям, негативно повлиять на репродуктивную систему и нанести вред печени, почкам и центральной нервной системе.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Не поддавайтесь эйфории, чаще проветривайте свой новый автомобиль

«В своей машине люди проводят в среднем по часу в день, — говорит Гирхарт. – Нас тревожит длительное воздействие химических веществ на всех, кто находится в автомобиле, будь то взрослые, дети или домашние животные».

Опасность новизны

Самую серьезную опасность таит в себе новая машина, и в таком автомобиле запах более ощутим.

Именно в это время – вскоре после схода машины с конвейера — химические соединения особенно нестабильны и в них происходит процесс отвода газов, в результате которого высвобождаются химические пары и появляется запах.

Нагрев автомобиля, оставленного на солнце, усугубляет положение дел и ускоряет химические реакции.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

По мере того, как ваш новый автомобиль стареет, опасность ослабевает

С течением временем опасность ослабевает. По словам специалистов, уровень угрозы самый высокий в течение примерно полугода.

А есть ли хорошие новости?

Автопроизводители, c которыми мы говорили, в частности, Fiat/Chrysler, Ford, General Motors и Honda, в один голос уверяют, что принимают меры для снижения уровня ЛОВ и других вызывающих опасения веществ в своих машинах.

Они говорят, что добились этого в первую очередь благодаря применению других материалов, покрытий и клеев в производстве.

Все они заявляют, что продолжают искать способы снизить содержание потенциально вредных химических соединений в своих автомобилях.

Похоже, что как минимум один канцероген стал уже кандидатом на вылет – поливинилхлорид (ПВХ), который, по данным Центра экологии, в 2006 году использовался в салонах практически всех новых автомобилей.

К 2012 году количество машин с отделкой из ПВХ сократилось до 73%.

Как заявляют автопроизводители, масштабы применения ПВХ продолжают сокращаться, а Honda утверждает, что полностью устранила этот материал из салонов большинства своих моделей.

Автомобильные концерны говорят, что усовершенствовали системы вентиляции и фильтрации воздуха в салонах.

Некоторые, такие, как Ford, сообщили, что переключились на использование более натуральных волокон и пены на основе сои для подушек сидений.

Тем самым они убивают двух зайцев: сокращают применение химических веществ и увеличивают долю возобновляемых ресурсов в производстве.

Конечно, нам еще только предстоит вынести вердикт о том, каковы будут последствия внедрения альтернативных материалов в долгосрочной перспективе.

Многие из этих нововведений стали ответом на ранее принятые меры регулирования в Европе, где уже действуют жесткие ограничения на использование химических веществ в производстве.

Автовладельцу на заметку

В Европейском союзе введена в действие программа регистрации, оценки, разрешения и ограничения на использование химических веществ, известная под аббревиатурой REACH (Registration, Evaluation, Authorization, and restriction of CHemical substances).

Ее главная цель состоит в защите людей и окружающей среды от воздействия опасных химических соединений и поиске менее токсичных веществ для производства транспортных средств, промышленных изделий и товаров народного потребления.

Сообщается, что и Китай разрабатывает свой собственный свод правил на этот счет.

В штате Калифорния, США, приняты законы, направленные на решение аналогичных задач.

На федеральном уровне в США, наблюдаются проволочки в этом деле – законодательные акты приняты, но их практическое применение пока пробуксовывает.

Тем временем эксперты советуют покупателям наиболее оптимальный, с их точки зрения, выход из положения: чтобы снизить вред от воздействия химических веществ на организм, следует хорошо проветривать салон новой машины, особенно в первые полгода владения.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Аромат хвои, тропических фруктов или корицы, возможно, заглушит химические запахи

Они советуют парковать автомобиль в тени и оставлять окна открытыми, если позволяют условия безопасности, или, по крайней мере, проветрить салон прежде, чем садиться за руль, особенно в жаркие дни.

Не рекомендуется сидеть в машине, когда она припаркована.

Есть прямой смысл использовать солнцезащитные щитки на ветровом стекле для минимизации нагрева стоящего автомобиля.

Центр экологии советует как можно чаще протирать салон тканью из микрофибра и обрабатывать его поверхности нетоксичными чистящими средствами, особенно, пока машина новая.

Людям, особенно восприимчивым к химикатам, Гирхарт предлагает как можно дольше посидеть за рулем во время тест-драйва, чтобы проверить, проявятся ли у них симптомы раздражения.

«Посидите в машине, прежде чем покупать ее, — говорит Гирхарт. – Или даже рассмотрите возможность приобретения автомобиля с пробегом».

В конце концов, есть и другие способы представить, что ты в новой машине — например, использовать ароматизатор с таким запахом.

Природные токсины в продуктах питания

Что такое природные токсины?

Природные токсины – это токсичные вещества природного происхождения, вырабатываемые некоторыми видами живых организмов. Эти токсины не опасны для вырабатывающих их организмов, но могут быть токсичны для других, в том числе для человека, в случае их приема с пищей. Эти химические вещества имеют разнообразную структуру и различаются по биологической функции и степени токсичности.

Некоторые токсины вырабатываются растениями и играют роль защитного механизма против хищников, насекомых или микроорганизмов или же образуются в результате поражения растений микроорганизмами, такими как плесневые грибы, вследствие климатического стресса (засуха или чрезвычайно высокая влажность). 

Другими источниками природных токсинов являются микроскопические водоросли и планктон, обитающие в океанах и иногда озерах и вырабатывающие химические вещества, токсичные для человека, но не для рыб или моллюсков, питающихся этими организмами. В случае употребления человеком рыбы или моллюсков, содержащих эти токсины, может быстро наступить неблагоприятная реакция. 

Ниже приводится описание некоторых природных токсинов, наиболее часто встречающихся в продуктах питания и создающих угрозу для нашего здоровья.   

Биотоксины, вырабатываемые водными организмами 

Токсины, вырабатываемые морскими и пресноводными водорослями, называются водорослевыми. Эти токсины продуцируются некоторыми видами водорослей в период цветения. Вероятность содержания этих токсинов в моллюсках, таких как мидии, устрицы и гребешки, выше, чем в рыбе. Водорослевые токсины могут вызывать диарею, рвоту, ощущение покалывания в конечностях, паралич и другие эффекты у человека, других млекопитающих и рыб. Они могут накапливаться в организме моллюсков и рыбы или заражать питьевую воду. Они не имеют цвета и запаха и не разрушаются в процессе термической обработки или при замораживании. 

Еще одним примером является сигуатера, или отравление в результате употребления в пищу рыбы, зараженной сигуатоксином – веществом, вырабатываемым динофлагеллятами – водными одноклеточными организмами. Сигуатоксин накапливается в организме таких рыб, как барракуда, черный групер, луциан-собака и королевская макрель. Симптомами сигуатеры являются тошнота, рвота и неврологические симптомы, такие как ощущение покалывания в пальцах рук и ног. В настоящее время лечения при отравлении сигуатоксином нет. 

Цианогенные гликозиды

Цианогенные гликозиды – это фитотоксины (т.е. токсические соединения, вырабатываемые растениями), встречающиеся в составе по меньшей мере 2000 видов растений, многие из которых употребляются в пищу в некоторых регионах мира. К наиболее массово потребляемым продуктам питания, содержащим цианогенные гликозиды, относятся кассава, сорго, ядра косточковых плодов, корни бамбука и миндаль. Токсический потенциал цианогенного растения зависит, главным образом, от того, насколько высокой будет концентрация цианида в организме человека в результате его употребления в пищу.  У человека острая интоксикация цианидами может иметь следующие клинические признаки: учащение дыхания, падение кровяного давления, головокружение, головная боль, боль в животе, рвота, диарея, спутанность сознания, цианоз, сопровождаемый фибриллярными мышечными сокращениями и судорогой, после чего наступает терминальная кома. Смерть в результате отравления цианидами может происходить при достижении ими концентраций, превышающих метаболические способности конкретного организма.   

Фуранокумарины

Эти токсины продуцируются разнообразными растениями, такими как пастернак (растение, родственное моркови и петрушке), корнеклубнях сельдерея, цитрусовых (лимон, лайм, грейпфрут, бергамот) и некоторые лекарственные растения. Фуранокумарины – токсины, вырабатываемые растением в ответ на раздражитель, например, физическое повреждение. У чувствительных людей эти токсины могут вызвать нарушения работы желудочно-кишечного тракта. Фуранокумарины обладают фотосенсибилизирующим действием и могут вызывать серьезные раздражения кожи под воздействием ультрафиолета. Чаще всего такие реакции возникают при попадания сока этих растений на кожу, однако описаны случаи аналогичного эффекта в результате употребления в пищу больших количеств овощей, богатых фуранокумаринами.  

Лектины 

Многие бобы содержат токсины, называемые лектинами. В наибольшей концентрации они присутствуют в фасоли, особенно красной. Всего 4 или 5 сырых бобов могут спровоцировать сильную боль в животе, рвоту и диарею. Лектины разрушаются при замачивании сушеных бобов в течение по меньшей мере 12 часов и их варке на сильном огне в течение не менее 10 минут. Консервированная фасоль уже подвергалась такой обработке и может употребляться в пищу в готовом виде.

Микотоксины

Микотоксины – это токсичные вещества природного происхождения, вырабатываемые некоторыми видами плесневых грибов. Плесневые грибы растут на целом ряде видов продовольственной продукции, таких как злаки, сухофрукты, орехи и специи.  Появление плесени может иметь место как до, так и после уборки урожая, на этапе хранения и/или на готовых продуктах питания в условиях благоприятной температуре и высокой влажности. 

Большинство микотоксинов отличается химической стабильностью и не разрушается в процессе термической обработки. Присутствующие в продуктах питания микотоксины могут вызывать острую интоксикацию, симптомы которой развиваются вскоре после употребления сильно контаминированных продуктов питания и даже могут привести к летальному исходу.   Хроническое потребление микотоксинов с продуктами питания может оказывать долгосрочное негативное воздействие на здоровье, в частности, провоцируя онкологические заболевания и иммунодефицит. 

Соланин и чаконин

Все растения семейства пасленовых, к которому относятся томаты, картофель и баклажаны, содержат природные токсины соланин и чаконин (гликоалкалоиды). Как правило, концентрация этих веществ в растениях невысока. Тем не менее, в более высокой концентрации они присутствуют в побегах картофеля и кожуре и зеленоватых частях его клубней, имеющих горький привкус, а также в зеленых томатах. Растения вырабатывают токсин в ответ на внешний раздражитель, такой как механическое повреждение, ультрафиолетовое излучение, колонизация микроорганизмами и нападение со стороны насекомых-вредителей и травоядных животных. Для предупреждения возникновения соланина и чаконина в картофеле важно хранить клубни в темном, прохладном и сухом месте. Также не рекомендуется употреблять в пищу позеленевшие или пускающие ростки части клубней.  

Ядовитые грибы 

Дикорастущие грибы могут содержать ряд токсинов, например, мусцимол и мускарин, которые могут вызывать рвоту, диарею, спутанность сознания, нарушения зрения, повышенное слюноотделение и галлюцинации. Симптомы начинают проявляться через 6–24 часа после употребления грибов в пищу. Обычно для смертельного отравления характерно позднее развитие тяжелых симптомов, свойственных поражению печени, почек и нервной системы. Чистка и термическая обработка грибов не позволяют ликвидировать содержащиеся в них токсины. Рекомендуется избегать употребления в пищу любых дикорастущих грибов при отсутствии полной уверенности в их безвредности.

Пирролизидиновые алкалоиды 

Пирролизидиновые алкалоиды (ПА) – это токсины, которые вырабатывают около 600 растений. В наибольшем количестве их продуцируют растения семейств бурачниковые, астровые и бобовые. Многие из этих растений – сорняки, растущие на сельскохозяйственных угодьях и засоряющие продовольственные культуры.   ПА вызывают широкий спектр негативных эффектов. Они могут обладать острой токсичностью. В этой связи главным источником беспокойства является способность некоторых ПА повреждать ДНК клеток, что может провоцировать онкологические заболевания.

ПА не разрушаются в процессе термической обработки. Они обнаруживаются в травяных сборах, меде, ароматических травах и специях и других видах продовольственной продукции, таких как злаки и продукты на их основе.  Тем не менее, уровень их потребления людьми считается низким. Ввиду сложности вопроса и большого числа таких соединений общий риск для здоровья в полной мере еще не определен. Комитет Кодекса ФАО/ВОЗ по загрязняющим примесям в продуктах питания ведет разработку рекомендаций по предупреждению попадания содержащих ПА растений в продовольственную цепочку.

Что могу сделать я для снижения риска, связанного с природными токсинами?

Важно помнить, что природные токсины могут присутствовать в целом ряде культур и продуктах питания.   В нормальном сбалансированном здоровом рационе концентрация природных токсинов намного ниже порогов острого и хронического токсического действия. 
Для снижения риска для здоровья, связанного с присутствием природных токсинов в продуктах питания, рекомендуется: 

•             не думать, что все «природное» по определению безвредно;

•             выбрасывать поврежденные, мятые, изменившие цвет и, в частности, плесневые продукты питания;

•             выбрасывать продукты питания, которые на запах или вкус не являются свежими или имеют непривычный вкус;

•             употреблять в пищу только те грибы или дикие растения, которые точно не являются ядовитыми.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ в сотрудничестве с ФАО отвечает за оценку риска, который представляют природные токсины для человека в результате контаминации продуктов питания, и выработку рекомендаций по обеспечению необходимой защиты. 

Оценка риска в связи с присутствием природных токсинов в продуктах питания выполняется Комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам (JECFA) и используется правительствами стран и Комиссией Кодекс Алиментариус (нормативным межправительственным органом по пищевым стандартам) для определения предельных допустимых значений концентрации различных примесей в продуктах питания или выработки других рекомендаций по управлению рисками в интересах предотвращения или снижения контаминации. Стандарты Кодекса являются международным ориентиром для национальных производителей продовольствия и торговли продовольствием и призваны гарантировать потребителям во всем мире, что приобретаемые ими продукты питания соответствуют установленным стандартам безопасности и качества, где бы они ни были произведены. 

JECFA устанавливает предельно допустимые уровни потребления различных природных токсинов.
В состав JECFA или специальных научных экспертных групп ФАО/ВОЗ входят независимые международные эксперты, которые проводят научные обзоры всех опубликованных исследований и других данных по отдельным природным токсинам. По итогам этой работы по оценке риска для здоровья устанавливаются либо предельные допустимые уровни потребления или формулируются другие рекомендации для обозначения степени опасности для здоровья (например, пределы экспозиции). Выдвигаются рекомендации относительно управления рисками и мер по предотвращению и снижению контаминации, а также аналитических методов и мероприятий по мониторингу и контролю.
Во избежание нанесения ущерба здоровью людей содержание природных токсинов в продуктах питания должно быть максимально низким. Природные токсины не только являются источником риска для здоровья человека и животных, но и негативно воздействуют на ситуацию с продовольственной безопасностью и питанием, поскольку ограничивают доступ людей к здоровой пище. ВОЗ настоятельно рекомендует национальным органам власти вести мониторинг содержания наиболее значимых природных токсинов в продовольственной продукции, реализуемой на их рынке, и принимать меры для максимального его сокращения и обеспечивать соблюдение международных рекомендаций по предельно допустимым значениям, условиям хранения и законодательству.

 

Минеральные вещества клетки. Органические вещества. Углеводы

Химические вещества, входящие в состав организма, подразделяют на макро — и микроэлементы.

К макроэлементам относятся: кислород, углерод, водород, азот, фосфор, калий, сера, железо, магний, натрий и кальций.

К микроэлементам: бор, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, йод и бром.

Большая часть минеральных веществ клетки представлена в виде солей, диссоциированных на ионы, либо находится в твёрдом состоянии.

Ион — это частица, в которой общее число протонов не эквивалентно общему числу электронов.

Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд и называется катионом.

Ион, в котором общее число протонов меньше общего числа электронов, имеет отрицательный заряд и называется анионом.

Неорганические ионы, имеющие немаловажное значение для обеспечения процессов жизнедеятельности клетки, представлены катионами и анионами минеральных солей.

В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: газах, жидкостях, кристаллах и плазме.

Недостаток или отсутствие ионов некоторых металлов приводит к нарушению жизнедеятельности клеток. Например, ионы некоторых металлов (Мg, Са, Zе, Сu, Мn, Мо, Вr, Со) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов, или активируют их.

Ион железа, например, входит в состав молекулы гемоглобина крови, а ион Мg в состав молекулы хлорофилла — пигмента, окрашивающего хлоропласты растений в зелёный цвет.

Кристаллические включения содержатся в цитоплазме практически любой клетки. Эти включения состоят, как правило, из слаборастворимых солей кальция и фосфора.

Кристаллические включения используются для образования опорных структур клетки, например, минерального скелета радиолярий, одноклеточных планктонных организмов, обитающих преимущественно в тёплых океанических водах.

Соли кальция входят в состав костной ткани, раковин моллюсков и хитина — основного экзоскелета членистоногих и ряда других беспозвоночных.

Органические вещества

Органические вещества — это класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).

Основные классы органических соединений биологического происхождения — это белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты. Они, помимо углерода, содержат преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор.

Углеводы, или сахариды, — это органические соединения, входящие в состав клеток всех живых организмов. Являются основными источниками энергии.

В природе углеводы образуются из углекислого газа при фотосинтезе. В процессе, идущем в зелёных растениях под действием солнечного света.

Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды.

Углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахаридами, две единицы — дисахаридами, от двух до десяти единиц — олигосахаридами, а более десяти — полисахаридами.

Моносахариды — это бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза.

Рибоза — это моносахарид из группы пентоз. Представлен бесцветными кристаллами, легко растворимыми в воде и имеющими сладкий вкус.

Рибоза является компонентом РНК и используется при генетической транскрипции.

Также входит в состав АТФ, имеющей большое значение в обмене энергии и веществ в организмах, витаминов группы Б и ряда ферментов.

Дезоксирибоза — это моносахарид, входящий в состав ДНК.

Молекула дезоксирибозы очень схожа с молекулой рибозы. Отличие составляет лишь отсутствие одного из атомов кислорода, отсюда и название этого углевода.

Глюкоза — виноградный сахар, органическое соединение класса моносахаридов. Самый распространённый углевод, содержится в свободном состоянии в различных органах растений и животных.

Глюкоза является мономером полисахаридов (крахмала, гликогена, целлюлозы).

Основными (но не единственными) её источниками являются продукты питания, богатые углеводами.

Глюкоза образуется при распаде углеводных соединений. Она всасывается тонким кишечником.

Для человеческого организма крайне важно, чтобы количество «сахара» поддерживалось на постоянном нормальном уровне, так как он поставляет энергию для клеток. Снижение количества глюкозы в крови влечёт за собой нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда сопровождаемое судорогами или обморочным состоянием.

У здорового человека нормальный уровень сахара в крови натощак равен от 3,2 до 5,5 ммоль/л (мегамоль на литр). После употребления еды допускается уровень глюкозы в крови до 7,8 ммоль.

Фруктоза (плодовый, или фруктовый, сахар) — это моносахарид сладкого вкуса (слаще сахарозы в 1,5 раза).

Фруктоза широко распространена в природе. В большом количестве в свободном виде встречается в плодах, поэтому её часто называют плодовым сахаром. Особенно много фруктозы в мёде и сахарной свёкле.

Путь распада фруктозы в организме короче, чем у глюкозы, что имеет важное значение при питании больного сахарным диабетом, когда глюкоза очень слабо усваивается клетками.

Олигосахариды — это углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды:

сахароза (тростниковый сахар),

мальтоза (солодовый сахар),

лактоза (молочный сахар).

Сахароза, в быту называется просто «сахар», — это дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов — α—глюкозы и β—фруктозы.

Сахароза встречается во многих фруктах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.

Сахароза, попадая в кишечник, быстро распадается на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь.

Мальтоза — это солодовый сахар, природный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Содержится мальтоза в проросших зёрнах ячменя, ржи и других зерновых; обнаружена также в томатах, в пыльце и нектаре ряда растений.

Лактоза (или молочный сахар) — углевод группы дисахаридов, состоящий из остатков молекул галактозы и глюкозы. Лактоза содержится в молоке и молочных продуктах.

Интересный факт

Несмотря на употребление лактозы в лечебных целях, у некоторых людей она не усваивается и вызывает нарушения в работе пищеварительной системы (различные расстройства желудочно-кишечного тракта) после употребления молочных продуктов. У этих людей отсутствует или производится в недостаточном количестве фермент лактаза. Который расщепляет молекулу лактозы.

Непереносимость молочного сахара довольно распространена. Так, в Финляндии и Швейцарии непереносимость лактозы встречается примерно у 16 % взрослых лиц.

В Англии — около 30 %, во Франции приблизительно у 42 %, а в странах Юго-Восточной Азии и у афроамериканцев в США — почти у 100 % (процентов).

Также непереносимость лактозы часто встречается среди коренного населения Африки, Америки и ряда стран Азии.

Непереносимость лактозы связана с отсутствием в этих регионах традиционного молочного животноводства. То есть в генотипе попросту нет гена, который кодировал бы белок (фермент лактазу), расщепляющий лактозу.

Полисахариды (греч. poly — много) являются полимерами и состоят из неопределённо большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединённых ковалентными связями.

К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза и др.

Они играют важную роль в живых организмах, построены из мономеров глюкозы, но связи в их молекулах различны.

С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус.

Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с белками (или гликопротеинами) и липидами (или гликолипидами). Такие углеводы образуют структуру клеточных мембран.

Углеводы — достаточно обширный класс органических соединений. Среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Что позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах.

Функции углеводов

Энергетическая функция. Считается основной функцией углеводов. При ферментативном расщеплении и окислении их молекул выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

Запасающая функция углеводов.

Растения запасают углеводы в виде крахмала, а животные и грибы — в виде гликогена.

Углеводы используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе и других функциях, требующих больших затрат энергии.

Структурная, или строительная, функция углеводов. Также считается важной функцией для организма.

Так как углеводы используются в качестве строительного материала. Например, целлюлоза состоит из большого числа линейно расположенных мономеров — остатков глюкозы. Благодаря особому строению она нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

Она входит в состав клеточных стенок, где представлена микрофибриллами. Которые образуют каркас, состоящий из гемицеллюлоз, пектинов и гликопротеидов.

Эластичный целлюлозный скелет придаёт клеточной оболочке механическую прочность.

В клеточной стенке молодой растительной клетке число микрофибрилл, образованных молекулами целлюлозы, невелико, но с возрастом оно увеличивается и клетка теряет способность к растяжению.

Волокна хлопка — это почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Хитин — это природное соединение из группы азотсодержащих полисахаридов. Выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая жёсткость клеток.

Хитин входит в состав клеточных стенок грибов. В качестве важного компонента наружного скелета хитин встречается у отдельных групп животных, например у членистоногих.

Защитная функция углеводов.

Углеводы могут препятствовать проникновению в трещины растений болезнетворных микроорганизмов. Например, камедь — высокомолекулярный углевод — выделяется растениями при механических повреждениях коры или заболеваниях.

Лабораторная диагностика мочи в СЗДЦМ

 Одно из рутинных медицинских исследований — лабораторный анализ мочи. Эта методика широко применяется в виду легкости забора биоматериала и информативности. Исследование мочи позволяет подтвердить или исключить целый ряд состояний и заболеваний. Благодаря изучению анализа можно не только оценить работу почек но и деятельность всего организма, так как моча является продуктом жизнедеятельности и носит отпечаток большинства процессов в организме.

Все вещества, уровень которых в организме повышен, выводятся вместе с мочой, на чем и построена лабораторная диагностика. Общий анализ мочи назначается практически каждому пациенту и входит в число обязательных исследований. Есть другие методы исследования биоматериала, которые назначаются, чаще всего, при патологии почек и выделительной системы. Особенность анализа мочи заключается в том, что методика чувствительна к изменениям в организме, когда симптомов еще нет, что важно для постановки диагноза на ранних этапах.

Виды лабораторной диагностики мочи

Различают такие виды анализа мочи:

Перейти к анализам

В зависимости от патологии назначается тот или иной вид исследования. Общий анализ мочи показан при любом заболевании, так как это общий клинический метод исследования, который является рутинным. Анализы мочи необходимо оценивать комплексно, исходя из данных анализа крови, инструментальных методов исследования, общего состояния пациента. При необходимости, анализ назначают в динамике. особенно это актуально для пациентов урологического, нефрологического профиля. Большое значение анализ мочи имеет для тех, кто перенес оперативное вмешательство, проходит дезинтоксикацию. Регулярная проверка данных анализа мочи актуальна при оценке лечения, для его коррекции, при необходимости.

Рассмотрим каждую методику более подробно.

Общий анализ мочи

Один из основных методов исследования, который применяется в медицинской практике. Основан на том факте, что моча — сложный раствор минералов, солей и органических веществ. В воде, которая составляет большую часть мочи, растворены тысячи веществ. В большей степени с мочой выделяется мочевина и хлорид натрия. В остальном, даже у здоровых людей состав мочи постоянно меняется. В общий анализ входит оценка прозрачности, кислотности, плотности. Изучается количество базовых элементов осадка — уровень белка, глюкозы, кетоновых тел, форменных элементов крови, пигментов.

Общий анализ мочи позволяет контролировать и корректировать лечение, дает исчерпывающую информацию о том, какие процессы происходят в организме. Он быстрый в выполнении и не требует сложной аппаратуры, потому распространен и часто применяется.

Общий анализ мочи не требует особой подготовки. В ургентных случаях проводится сбор, независимо от подготовки пациента.

Анализ мочи по Нечипоренко

Методика предложена специалистом урологом, Нечипоренко А.З. Особенность методики — подсчет исследуемых параметров проводится не в поле зрения, как при общем анализе, а в единице мочи. Методика имеет высокую информативность, не требует значительных затрат и времени, возможна при небольшом количестве мочи и не требует особой подготовки.

Применяется, как уточнение общего анализа, если он показал отклонения. Некоторые показатели общий анализ не освещает досконально и требуется более детальное исследование. Он не заменяет общий анализ, а дополняет его. Широко применяется в урологии, терапии, хирургии и нефрологии.

Анализ мочи по Нечипоренко назначается, если в общем анализе найдены следы крови, лейкоциты, следы белка. Методика информативна при диагностике и лечении различных заболеваний почек и мочевыводящей системы. С помощью анализа изменяется количество эритроцитов, лейкоцитов, цилиндров. Оценивается состав цилиндров, их строение.

Измерение уровня белка в моче

Белок, который выводится из организма в составе мочи — это только следы всего количества белка, который ежедневно фильтруется и реабсорбируется обратно в структурах почки. Иногда, белок повышается на основе функциональных изменений, даже у здоровых людей. Это наблюдается при изменениях показателей кровообращения, острых заболеваниях, изменениях температуры. Функциональная протеинурия проходит одновременно с причиной, которая её вызвала.

Протеинурия — содержание белка в моче, говорит о снижении нормальной функции почек задерживать белок в организме. Это может быть повышенная фильтрация или сниженная реабсорбция. Также, белок может быть изначально повышен в организме, а с мочой выводится его излишек.

Микроскопический анализ мочи

Данный метод позволяет изучить организованный и неорганизованный осадок мочи, оценить количество и качество цилиндров. Речь идет о более чем десяти показателях. Во внимание берутся эпителиальные клетки и цилиндры, форменные элементы крови. Из неорганизованного осадка, измеряется уровень солей, ионов, минералов. Чаще всего, изучается уровень уратов, фосфатов и оксалатов. Повышение данных показателей может говорить о серьезных обменных нарушениях и заболеваниях.

Под цилиндрами имеются в виду слепки мочевыводящих путей, которые формируются из различных веществ — гиалина, эритроцитов, эпителия. Они формируются в почечных канальцах и говорят о нарушениях работы почек, а также об общих изменениях в организме.

Оценка уровня глюкозы в моче

В норме, моча содержит низкую концентрацию глюкозы. Она не выявляется при стандартной методике исследования, потому нормы показателей соответствуют отсутствию глюкозы в моче. Если глюкозу определяют в моче, это называется глюкозурией. Чаще всего, это сопряжено с повышением глюкозы в организме (гипергликемией). Не страшно, если глюкоза повышается при высоком употреблении углеводов, приеме некоторых медикаментов. Бывает, что глюкоза в крови находится на нормальном уровне, но в моче её концентрация повышена — это происходит при некоторых патологиях, во время вынашивания плода. Обязательно учитывается потребление углеводов и объем мочи, который вывелся из организма за сутки, это делает анализ более объективным.

Основные свойства мочи и патологии, при которых они меняются

К основным показателям мочи относятся:

Рассмотрим эти показатели подробнее.

Объем

В норме, объем порции мочи составляет 100-300 мл. Низкое количество объема мочи говорит о недостаточности почек, обезвоживании. Полиурия — увеличение объема мочи, которое может говорить о наличии диабета, пиелонефрита и других состояниях. Различают олигурию — суточное количество мочи до 500 мл. Она возникает при патологиях сердца, почек. Есть также анурия — суточное количество мочи до 200 мл. Это серьезное состояние, которое встречается при онкологических заболеваниях, менингите, острой недостаточности почек.

Кроме объема мочи оценивается характер мочеиспускания. Это может быть преобладание ночного диуреза над дневным, хотя в норме должно быть наоборот. К отклонениям относят небольшие и частые порции мочи, болезненное мочеиспускание, непроизвольные акты и ложные позывы. Необходимо оценивать эти показатели комплексно, ведь они формируют полноценную клиническую картину.

Цвет

Нормальная моча имеет соломенно-желтый цвет. По изменению цвета можно сказать многое. К примеру, оранжевый оттенок придают желчные пигменты, которые повышаются в моче при гепатитах, циррозе, нарушениях оттока желчи. Красный цвет наблюдается при повышении эритроцитов в моче. Это сопровождает пиелонефрит, прохождение почечных камней, рак, туберкулез. Зеленовато-белый цвет наблюдается при вкраплениях гноя. Черный цвет мочи бывает при отравлениях. интоксикациях. Моча может быть коричневой, её еще сравнивают с цветом пива — это происходит при нарушениях обмена желчных пигментов, обезвоживании, употреблении некоторых продуктов и химических веществ.

Цвет мочи может меняться в зависимости от продуктов питания, медикаментов. Нормальный цвет не исключает изменений и патологии, но нарушение этого показателя отчетливо говорит о проблеме.

Запах

При некоторых состояниях моча меняет свой запах. К примеру, при воспалении она пахнет аммиаком. У пациентов с диабетом наблюдается легкий запах ацетона. Нормальный запах мочи — специфический, но не резкий, без дополнительных оттенков. Этот показатель не специфический и не используется широко. Это, скорее, показатель, который может насторожить пациента и послужить поводом обращения к врачу.

Наличие пены

Пены в моче быть не должно. Она может появляться при желтухах, повышенном количестве белка, диабете и других нарушениях обмена веществ.

Прозрачность

В норме, моча должна быть прозрачной. Она становится мутной, если имеет примеси гноя, солей, большое количество слизи или форменных элементов. Это наблюдается при инфекционных заболеваниях. В лабораторных условиях используют различные реагенты и изучают, какой из них сделает мочу прозрачной. Для этого применяются кислоты, спирт, нагревание. Эффективность определенного метода говорит о том, что послужило причиной помутнения мочи.

Плотность

Повышение показателя говорит о снижении воды в организме, а снижение — о патологии почек. Норма — 1018-1025 единиц. На уровень плотности влияет количество белка, глюкозы, осадка, наличие бактерий. Низкая плотность наблюдается при диабете, почечной недостаточности, гипертонии, использовании диуретиков. Высокая плотность наблюдается при различных интоксикациях, отеках.

Кислотность мочи

Норма рН мочи 5-7, то есть слабокислая или нейтральная. Более кислая среда наблюдается при туберкулезе, нефрите, подагре, ацидотических изменениях в организме. Также, кислая моча наблюдается при повышенном употреблении белков животного происхождения, некоторых медикаментов.

Щелочная реакция сопровождает высокое количество овощей в рационе, употребление щелочных минеральных вод, гиперкалиемию, алкалоз, воспалительные заболевания.

Нормы и расшифровка результатов исследования

Белок

Норма — до 0,033 г/л

Причины повышения: диабет, патология сердечнососудистой системы, амилоидоз, обменные нарушения.

Глюкоза

Норма — отсутствует

Повышена при диабете, нарушении мочевыводящих путей, воспалительных процессах в почках.

Билирубин

В норме — отсутствует

Повышен при патологии печени, желчевыводящих путей.

Кетоновые тела

В норме — отсутствуют. Появляются при диабете.

Эритроциты

Норма — не больше 2 в поле зрения

Появляются при мочекаменной болезни, пиелонефрите, инфекционных заболеваниях, системных патологиях и отравлениях.

Лейкоциты

В норме, в поле зрения может присутствовать 3-5 клеток.

Повышение показателя происходит при цистите, простатите, уретрите и других воспалительных процессах.

Гиалиновые цилиндры

В норме не должны быть обнаружены.

Появляются при почечной патологии, сердечнососудистых заболеваниях, гипертермии.

Зернистые цилиндры

В норме отсутствуют.

Появляются при пиелонефрите, гломерулонефрите, нефропатии при диабете, некоторых инфекциях и отравлениях.

Соли

В норме, их быть не должно.

Появляются при изменениях рациона, выраженных физических нагрузках, подагре, недостаточности почек.

Как подготовиться к диагностике

Для исследования используется утренняя порция мочи. Необходимо провести тщательный туалет наружных половых органов, так как это делает диагностику более точной. Не проводится сбор мочи во время менструаций. Накануне необходимо ограничить употребление овощей, фруктов, которые имеют яркий цвет. С вечера нельзя есть острые маринады, соусы, копчености, мед. Также, стоит ограничить употребление некоторых медикаментов. Заранее посоветуйтесь об этом с лечащим врачом. Перед сбором мочи желательно избегать сильных физических нагрузок. Ограничьте потребление алкоголя, крепкого чая, кофе.

Как правильно собрать материал для исследования?

После соответствующей подготовки мочу собирают в сухую стерильную посуду. Для этого нужно использовать специальный контейнер, предназначенный для одноразового использования. Лучше не собирать первую порцию мочи, так как в ней могут содержаться следы смыва с наружных половых органов. Лучше начать сбор с чистой, второй порции мочи. Контейнер не должен касаться тела во время забора материала. Сбор лучше прекратить до конца акта мочеиспускания. После сбора необходимой порции контейнер плотно закрывают крышкой.

Обратите внимание, что сбор мочи необходимо проводить незадолго до исследования. Не храните контейнер дольше, чем 2 часа и следите за тем, чтобы он находился в прохладном месте.

Сбор суточной мочи

Если вам назначили сбор суточной мочи, следуйте своему обычному образу жизни и привычному питьевому режиму. Первая утренняя порция выливается, а собирается вся остальная моча в течении дня. Необходимо проводить сбор в посуду с широким горлом и достаточным объемом. Все время в течении дня посуда должна стоять в прохладном месте, однако нельзя допускать её перемерзания. Время начала сбора и его конца должно совпадать.

Анализ по Нечипоренко

Для анализа необходимо собрать среднюю порцию первой утренней мочи. Мужчина во время мочеиспускания должен оттянуть кожную складку над половым членом и освободить отверстие мочеиспускательного канала. Женщинам необходимо раздвинуть половые губы.

Начало мочеиспускания происходит в первый канал, следующая порция собирается во второй, а последняя — в третий. Вторая порция должна преобладать по объему.

Анализ для бактериологического исследования

Сбор проводится утром, после тщательного туалета половых органов. Собирается вторая, средняя порция.

Общие правила для любого анализа — чистая сухая посуда, надлежащие условия хранения и быстрая доставка в лабораторию.

Сроки готовности результатов

Результаты анализов мочи могут быть готовы уже на следующий день. Может понадобиться время на действие химических реагентов, но, в целом, анализ мочи не требует значительных затрат времени.

Желательно сдавать анализы в одной и той же лаборатории, особенно, если есть хроническая патология и необходимо отслеживать состояние.

Электроника из воздуха? В уникальных материалах соединяется, казалось бы, несовместимое.

September 02, 2013 5:38pm

В свете ультрафиолетовой лампы (ее используют для проверки подлинности дензнаков) тонкие прутки из полимера светятся разными цветами — выглядит очень красиво.

Сделали их, конечно, не забавы ради — они применяются в физике высоких энергий, таможенных порталах, медицине. А вот тонкая фольга, похожая на ту, в которую заворачивают конфеты, только не серебряная, а коричневая. На самом деле это полимерный полупроводник. Удивительно, но оба эти материала — так называемые сопряженные полимеры, они широко используются в органической электронике — бурно развивающемся направлении современной науки и техники. Ученые совместили, казалось бы, несовместимое: органику и электронику. Выходит, есть как бы “живая” электроника?! Как им это удалось, каковы перспективы удивительных материалов? С этими вопросами “Поиск” обратился к заведующему лабораторией Института синтетических полимерных материалов им. Н.С.Ениколопова РАН члену-корреспонденту РАН Сергею ПОНОМАРЕНКО.

— Химики еще в XIX веке доказали, — рассказывает Сергей Анатольевич, — что органика не обязательно связана только с живой материей. Ее можно синтезировать и из неживого: скажем, из угля и воды в результате последовательности химических реакций получаются органические соединения. Все привыкли, что органические, в том числе полимерные, вещества — это диэлектрики (изоляторы), которые не проводят электрический ток. В то же время из таких легких элементов, как углерод, водород, кислород, азот, сера, можно создать вещества, по своим свойствам (проводимости, взаимодействию со светом) являющиеся полупроводниками или даже проводниками. Этими же качествами обладают и так называемые сопряженные органические полимеры, которые мы вам показали. Такой полимер похож на медную фольгу не только внешне, но и “внутренне” — по своим электрическим свойствам. Эту особенность используют при создании новой органической электроники — легкой, гибкой, прозрачной, правда, пока не очень эффективной. Сегодня из нее не сделаешь процессор для компьютера, хотя вполне вероятно, что именно из подобных молекул и будут состоять процессоры будущего.

 
Открыли полимерные проводники в 70-х годах XX века, как это нередко бывает, случайно: при полимеризации ацетилена аспирант по ошибке взял в 1000 раз больше катализатора, чем это требовалось по методике, и неожиданно получил полимерную пленку с металлическим блеском. Дальнейшие исследования показали, что если полиацетилен, полученный обычным методом, поместить в пары йода, то его проводимость возрастает в миллион раз и достигает проводимости металлов. Возможно, это открытие не привлекло бы к себе такого большого внимания, если бы трое ученых — два американца Алан Хигер (Alan Heeger), Алан МакДиармид (Alan MacDiarmid) и японец Хидеки Сиракава (Hideki Shirakawa) — не удостоились в 2000 году Нобелевской премии по химии. С тех пор создание органических полимеров с металлической проводимостью стало одной из наиболее перспективных областей науки и техники. В нашей стране она развивается не столь активно: в конце XX — начале XXI века, когда в мире шло становление органической электроники, отечественной науке пришлось нелегко — нужно было, прежде всего, выживать, и до развития новых направлений дело не доходило. 

 
Я занялся синтезом органических полупроводников, пожалуй, лишь потому, что, окончив аспирантуру на химфаке МГУ, в качестве постдока поехал работать в Германию. А когда вернулся через два года, продолжил исследования в нашем институте. С тех пор, примерно за 10 лет, наша лаборатория разработала ряд новых органических полупроводников, которые могут найти применение в самых разных устройствах органической электроники. Наиболее интересные из них, на наш взгляд, самоорганизующиеся монослойные органические полупроводники. Они состоят из молекул с особыми свойствами, которые образуют кристаллический монослой органического полупроводника в результате реакции с любой поверхностью, содержащей гидроксильные группы. На их основе мы научились получать материалы в виде пленки толщиной всего в 3 нанометра. Она заменяет традиционные органические полупроводники толщиной в десятки раз больше. А чтобы их получить, не требуется особых усилий, поскольку, как следует из названия, они “собираются сами”. Об уникальных свойствах этого материала мы с коллегами из Германии, Австрии и Голландии написали серию статей, опубликованных в журналах “Nature” (2008), “Nature Nanotechnologies” (2009), “Nano Letters” (2010), “Organometallics” (2010), “Journal of Physical Chemistry” (2011), “Langmuir” (2012) и “Applied Physics Letters” (2013). Созданные по этому принципу наитончайшие органические полупроводники более экономичны, чем традиционные, и более эффективны, чем их аналоги, полученные в других лабораториях мира. На их основе будут делать полевые транзисторы, микросхемы и даже сенсорные устройства нового поколения. 

 
Органические полупроводники можно “научить” поглощать свет в заданном спектральном диапазоне (например, в области максимальной яркости солнца), а потому их можно применять в солнечных батареях. В перспективе они станут намного легче и дешевле используемых в настоящее время кремниевых солнечных батарей, а их КПД значительно выше, особенно в пасмурные дни, которых у нас, в центральной части России, существенно больше, чем солнечных. Эти материалы — легкие, гибкие, прочные в отличие от обычных изделий электроники “держат удар” — не разбиваются, падая на пол. Они настолько тонкие, что их можно будет печатать на специальных принтерах или даже машинах рулонами, как газеты. На таком рулоне не составит труда разместить органические светодиоды и, как обои, наклеивать на стены — не в виде точечных осветительных элементов, используемых сегодня (ламп накаливания, флуоресцентных ламп или даже неорганических светодиодов), а как единое светящееся “полотно”. Дизайнеров, я думаю, это бы очень заинтересовало. Из подобной пленки со временем начнут делать дисплеи, экраны телефонов, они найдут применение во всевозможных бытовых электронных устройствах. Пока это картинки из будущего, но вполне реальные.

 
— Как создаются такие суперсовременные материалы? 

 
— Органическая электроника находится на стыке нескольких наук: химии, физики, нанотехнологии, электроники. Наши разработки основаны на фундаментальных исследованиях, в первую очередь в области физики и химии. Мы изучаем свойства самых разных органических веществ на молекулярном уровне, затем синтезируем наиболее перспективные из них и используем в различных устройствах органической электроники, среди которых элементарные — это органические полевые транзисторы, светодиоды и фотовольтаические устройства (солнечные батареи). Только по мере накопления фундаментальных знаний о связи свойств веществ с их химической структурой можно перейти к практическому решению задачи получения высокоэффективных органических полупроводников.

 
— Есть ли спрос на ваши разработки?

 
— В принципе, крупнейшие отечественные электронные фирмы знают о наших материалах и интересуются ими. Но, я бы сказал, в теории, до практики дело, к сожалению, не доходит — на сегодняшний день в поле их внимания только отработанные технологии, а вкладывать деньги в разработку они все еще не готовы. С западными фирмами сотрудничать легче: они понимают, что мы способны продвигаться вперед лишь по мере накопления фундаментальных знаний, что для создания прорывных технологий нужно время — не год, не два, а намного больше. Уже около 10 лет мы сотрудничаем с одной немецкой фирмой — и только сейчас подходим к получению продукта, который может заинтересовать рынок. Но это не значит, конечно, что нам ничего другого не остается, как сидеть сложа руки: мы развиваем те направления, которые уже сегодня могут представлять интерес для отечественного бизнеса. В первую очередь, это наши наработки в области фотоники — полимеры, в которые введены созданные нами высокоэффективные люминофоры (те светящиеся прутки, которые я вам показывал). Их можно применить, например, для радиационного контроля (специальные порталы можно увидеть в аэропортах), в медицинских томографах, при изучении космических лучей, поиске “темной материи”. Пока фирмы испытывают наши материалы, об освоении этой технологии говорить еще рано. В общем, мы стараемся использовать все возможности для внедрения наших материалов, и прежде всего в России.

 
Для продвижения на рынок своих разработок, поиска заказчиков и инвесторов при институте (на основании ФЗ №217) организовано малое инновационное предприятие. Помогли нам в этом Центр трансфера технологий РАН и РОСНАНО, проведя основательный мониторинг наших проектов. Сегодня в фирме работают 10 человек — в основном менеджеры и научные сотрудники. Она является резидентом “Сколково”, получает финансирование от инвесторов и от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. 

 
— На каком уровне находятся ваши разработки?

 
— Материалы все разные, в каких-то областях мы идем наравне с зарубежными коллегами, в чем-то их обогнали. Прежде всего, в органической монослойной электронике — здесь мы в числе лидеров. И еще одно направление — органическая фотоника на основе кремнийорганических люминофоров. Сейчас как раз мы готовим большую статью об этом.  

 
— Приглашают ли иностранные фирмы ваших сотрудников? 

 
— Да, мои сотрудники и аспиранты получали такие предложения, но не уехал ни один. И, как мне кажется, никто не прогадал. Сегодня в России молодых ученых действительно поддерживают: есть гранты РФФИ, программы Минобрнауки, гранты президента. Молодые сотрудники используют свое право на служебные квартиры РАН, получают сертификаты на покупку жилья и ипотеку. Мы закупаем современное научное оборудование. Правда, денег на все, что хотелось бы приобрести, не хватает, но выручает сотрудничество с другими ведущими научными группами как в России, так и за рубежом, прежде всего в Европе. 

 
— А что в перспективе, куда думаете двигаться дальше?

 
— У нас есть ряд новых проектов, в том числе связанных с фундаментальными исследованиями. В частности, недавно мы начали разработку более совершенных детекторов для поиска космических лучей. Для этого сотрудничаем с учеными из Института ядерных исследований РАН — на его байкальском полигоне в детекторы помещают наши люминофоры, что делает измерения более эффективными. Ведем поиск молекул с интересующими нас свойствами, выявляем закономерности между их химической структурой и, например, оптическими характеристиками, что позволит создавать новые материалы для органической фотоники. Есть и чисто прикладные проекты из области органической электроники, которые мы проводим по заказам ведущих иностранных фирм, заинтересованных в таких разработках. На всё возможностей нашей лаборатории не хватает, и мы часто привлекаем к сотрудничеству другие институты РАН, а также МГУ. Поэтому нередко соавторами наших статей бывают 10-15 ученых из 4-5 разных организаций, а зачастую и разных стран.

 
В прошлом учебном году я разработал и начал читать спецкурс по органической электронике в МГУ для студентов НОЦ по нанотехнологиям и физического факультета. Курс не обязательный, а по выбору, но студенты на него идут. А раз это направление интересует молодежь, значит, у него есть перспектива.

Юрий Дризе
Фото предоставлено С.Пономаренко

  

Источник: poisknews. ru

границ | Синтетические органические соединения из отходов бумажной промышленности: комплексные биотехнологические вмешательства

Введение

Бумажная и целлюлозная промышленность потребляет различное сырье, т. е. древесину, продукты на основе целлюлозы и т. д. Основная цель целлюлозно-бумажной промышленности — производство в больших масштабах для удовлетворения спроса. В этом обзоре представлено представление о загрязнении окружающей среды, вызванном SOC, полученными на различных этапах переработки (таблица 1). Вырубка лесов ради древесины привела к снижению уровня кислорода во всем мире, что является прямой причиной наводнений и засух.Загрязнение воды отходами целлюлозных производств также приводит к загрязнению водоемов растворенными органическими соединениями (РОС), синтетическими органическими соединениями (СОС) и взвешенными частицами (Gupta and Gupta, 2019; Ramírez-García et al., 2019). Органические соединения, попадающие в организм человека через потребление воды, приводят к проблемам со здоровьем, которые проявляются не сразу, а в долгосрочной перспективе. Сброс отходов также мешает водным обитателям (Karbalaei et al., 2018; Gupta et al., 2019). Выбросы вредных химических веществ и газов i.например, диоксид серы, оксид азота, окись углерода вызовут кислотные дожди, поскольку они растворимы в воде и косвенно попадают в водоемы (Гупта и Шукла, 2020). Метлимеркаптаны, сероводород и диметилсульфиды вместе с летучими органическими соединениями (ЛОС) приводят к загрязнению воздуха и воды (Singh and Chandra, 2019; Pino-Cortes et al., 2020). Испытания по предотвращению загрязнения постоянно используются промышленностью (путем использования альтернативных отбеливателей), защитниками окружающей среды (путем выпуска норм), а также потребителями (путем переработки отходов и использования отстойников).Тем не менее, эти меры не удовлетворяют потребность в разложении отходов SOC в целлюлозно-бумажной промышленности (Zumstein et al., 2018; Liu, 2020). В недавних отчетах исследователи проявили интерес к биотехнологическим достижениям для разложения загрязняющих веществ (Ellouze and Sayadi, 2016; Tripathi et al. , 2017; Sharma et al., 2020). В этом обзоре рассматриваются достижения в методологиях с использованием инженерных биологических агентов (в основном бактерий), которые рассматриваются и предлагаются для устойчивого биовосстановления SOC.

Таблица 1. Типы SOC в бумажной промышленности.

SOC из отходов бумажной промышленности

Загрязняемая и повреждаемая деятельностью человека экосистема с нарастающей интенсивностью становится прежде всего глобальной проблемой. SOC имеют ксенобиотическое происхождение, поэтому их биотрансформация сопряжена с трудностями (Antizar-Ladislao and Galil, 2004; Kumar et al., 2019). Из-за неподатливости оказывает экотоксическое воздействие на биосферу. SOC могут быть получены в основном из следующих соединений, таких как метан, этилен, алифатические и ароматические соединения.Среди вышеперечисленного большинство важных для промышленности SOC получают из ароматических соединений, а именно этилбензола, ксилола, бензола и толуола (Fang et al. , 2018). В зависимости от их основного использования SOC в основном классифицируются как циклические, ациклические, ароматические или алифатические. SOC содержат огромные категории, такие как летучие органические соединения углерода (VOC) и относительно новые органические загрязнители (EOC). ЛОС в основном содержат промышленные реагенты, бензиновые агенты, тригалометаны и т. д., тогда как ЭОС содержат фармацевтические препараты, вещества, нарушающие работу эндокринной системы, гормоны, пищевые добавки, микропластики и т. д.(Лапворт и др., 2012; Постиго и Барсело, 2015). SOC в основном присутствуют на очистных сооружениях. Большинство СОС проходят через различные фотопревращения или химические реакции, и многие из них остаются инертными в системе открытой среды.

На бумажной фабрике SOC выделяются в процессе производства целлюлозы и бумаги. Хлор и его производные высвобождаются и удерживаются в виде адсорбируемых органических галогенидов (АОГ) (Savant et al., 2006), в то время как другие ксенобиотические агенты (смоляные кислоты, хлорированные лигнины, диоксины, фенолы (таннины) и фураны) производятся путем варки целлюлозы. и производство бумаги (Chandra et al., 2011). Из вышеперечисленного полихлорированные дибензофураны и дибензодиоксины, соединения фуранов и диоксинов, особенно устойчивы к разложению и устойчивы в природе (Gupta and Shukla, 2020). Полярные фенольные полимерные соединения (танины) выделяются в сточные воды в процессе окорки древесного сырья, что создает 50% ХПК этих сточных вод (Chandra et al., 2018). Другое исследование показало, что встречающиеся в природе трициклические дитерпены (смоляные кислоты) высвобождаются во время операций по производству целлюлозы, которые имеют жалкие аквафобные кислоты и уровни токсичности для водных животных при концентрации.200–800 мкг/л в сточных водах (Duan et al., 2020). В основном смоляные кислоты производятся в процессе варки целлюлозы, содержащей дегидроабиетиновую кислоту, абиетиновую кислоту, пимаровую кислоту, изопимаровую кислоту, левопимаровую кислоту и неоабиетиновую кислоту (Yadav and Chandra, 2018). Из всех смоляных кислот изопимаровая кислота отличается высокой токсичностью. Многие SOC сбрасываются в водоем во время химического процесса, такого как каландрирование (покрытие для придания гладкости бумаге) в бумажной промышленности. Схематическая диаграмма процессов пульпы, высвобождающих SOC, представлена ​​на рисунке 1.Диоксины и фураны также высвобождаются, когда хлор реагирует с некоторыми пеногасителями и консервантами для древесины, такими как пентахлорфенол (ПХФ), в процессе варки, промывки и отбеливания целлюлозы (Badar and Farooqi, 2012). Кроме того, большинство SOC, выбрасываемых в процессе отбеливания, представляют собой дитолиэтан, бис(метилфенокси)этан, диизопропилнафталин, терфенил, хлорметилфеноксиметилфенилэтан и т. д. (Singh and Chandra, 2019). На бумажных фабриках для печати на бумаге используется множество красителей.В конечном итоге выбрасывается около 200 миллиардов литров отходов красителей в зависимости от типа ткани и используемого красителя. Многие исследователи сообщают, что синтетические органические красители, такие как азо-, фталоцианиновые и антрахиноновые красители, сбрасываемые со сточными водами в водоем, оказывают наиболее токсичное воздействие на окружающую среду, а также на здоровье человека (Tkaczyk et al. , 2020).

Рисунок 1. Схематическая диаграмма процессов производства целлюлозы с выделением различных SOC.

способов ограничить производство SOC как отходов

Для оценки и смягчения опасного воздействия и нагрузки SOC, выбрасываемых целлюлозно-бумажной промышленностью в окружающую среду, различные процессы, такие как использование процесса отбеливания без хлора, использование экологически чистых химикатов для производства целлюлозы, использование ферментативного производства целлюлозы и отбеливание вместо химической варки целлюлозы и процесса отбеливания.Среди них было принято несколько других передовых и более важных методов для снижения нагрузки SOC в сточных водах, которые обсуждаются ниже.

Многие исследователи приняли множество важных и экологически важных методов, помогающих удалять органические загрязнители из окружающей среды, а именно адсорбцию, биоразложение, расслоение, гидролиз, фотолиз и т. д. (Ali et al., 2012). Но существенных результатов пока не получено. Кроме того, во всем мире для удаления АОХ из сточных вод целлюлозных заводов применяются традиционные методы адсорбции, объединенные с последующей очисткой с использованием гранулированного активированного угля (ГАУ).Согласно Осману и соавт. (2013), очистка сточных вод бумажной фабрики GAC, используемая в биопленочном реакторе периодического действия (GACSBBR), обладает значительной способностью удалять АОХ при максимальном гидравлическом времени удерживания (HRT) (Farooqi and Basheer, 2017). В настоящее время исследователи обнаружили, что использование адсорбции биоугля для снижения уровня органических загрязнителей стало интересной областью исследований и горячей точкой. Биоуголь имеет пористую структуру и содержит функциональные группы кислорода и минералов (Weber, Quicker, 2018).Для устранения красителей эти красители поступают в разные виды технологического процесса (Пузын, Мостраг, 2012). Биологические, химические и физические процессы могут осуществляться на основе этапов очистки сточных вод (первичная, вторичная и третичная очистка) (Samer, 2015). Удаление органических и неорганических твердых частиц происходит при первичной очистке путем осаждения, измельчения и флокуляции. В то время как при биологической обработке (вторичной очистке) органические материалы используются аэробными или анаэробными микроорганизмами посредством процессов биологического окисления и биосинтеза.При третичной очистке сточные воды подвергаются различным процессам очистки, таким как усовершенствованные процессы окисления, ионного обмена, адсорбции и обратного осмоса. Например, многие исследователи использовали нанокомпозитный абсорбент на основе оксида железа и биоугля, извлеченный из шлама бумажной фабрики (Chaukura et al., 2017).

В другом исследовании сообщается/исследуется, что биоуголь можно приготовить из картона (BCPD), свиного навоза (BC-PM) и сосновой древесины (BC-PW) для использования при адсорбции различных синтетических органических красителей в течение нескольких сроков пиролиза.Из-за высокой зольности БЦ-ПМ показал значительные адсорбционные свойства (Lonappan et al. , 2016). Адсорбционные методы относятся к тем, которые используются для удаления красителей по сравнению с другими методами (Srivastava et al., 2018). В процессе деградации синтетических органических красителей происходит различная кинетика превращений. Некоторые изменения касаются более токсичных агентов, а некоторые — нетоксичных агентов. Передовые методы, такие как методы варки в кислороде, перекись водорода и обработка озоном для процесса отбеливания целлюлозы, могут быть вариантами предварительной обработки первичных шламовых отходов, что помогает снизить нагрузку на окружающую среду при производстве SOC.В основном используются два типа химической предварительной обработки: щелочная и кислотная. Кислотная предварительная обработка продвигается для гемицеллюлозы, а щелочная предварительная обработка для лигноцеллюлозы, что делает их более доступными для использования их продуктов (Hendriks and Zeeman, 2009). Однако для процесса варки целлюлозы и отбеливания на целлюлозном заводе использовалось множество модифицированных методов. Биоцеллюлоза наиболее подходит для процесса производства целлюлозы с использованием экологически чистых ферментов и может снизить образование SOC в отходах.Некоторые другие методы, такие как инновации в процессе отбеливания, могут быть приняты многими исследователями. Эти методы представляют собой методы отбеливания без элементарного хлора (ECF) и методы отбеливания без хлора (TCF) (Gupta et al., 2019).

Обнаружение и анализ

Газовая хроматография (ГХ) и газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ/МС) использовались для обнаружения и анализа стоков SOC, выбрасываемых целлюлозно-бумажной промышленностью. Некоторые метаболиты, образующиеся при деградации АО, могут быть идентифицированы с помощью ГХ/МС (Pronk et al., 2015). Многие исследователи использовали многофункциональный анализатор X2500 для характеристики стоков отбеливания АОХ. Исследование показало, что органические хлориды были обнаружены с помощью включения ГХ-МС с отводом горячей воды или без него. С помощью этих методов АОХ были разделены по крайней мере на четыре основных компонента, таких как высокомолекулярный, низкомолекулярный органический хлорид, хлорфенол и хлорбензол. Хотя эти методы являются традиционными и требуют много времени и средств. В настоящее время используются передовые технологии, такие как биосенсоры, которые имеют преимущества перед классическими аналитическими методами благодаря своей селективности, чувствительности, экологичности, дешевизне и короткому времени анализа (Yao et al., 2017). Однако биосенсор на основе иммобилизованной лакказы использовался для обнаружения и анализа органических соединений. Некоторые другие электрохимические биосенсоры, такие как вольтамперометрический сенсор, амперометрический лакказный биосенсор и оптические биосенсоры, используются для аналитического анализа различных органических сточных вод, выбрасываемых в результате промышленных операций. Среди них амперометрические методы преобразователя, как сообщается, широко изучаются и используются в лакказных биосенсорах, в то время как в настоящее время оптические биосенсоры имеют наиболее важные результаты с точки зрения чувствительности (Rodríguez-Delgado et al. , 2015). Кроме того, колориметрический детектор на основе наноматериала (Pena-Pereira et al., 2020) использовался для количественного анализа низкомолекулярных газообразных ЛОС (Azzouz et al., 2019). Некоторые исследователи использовали высокотемпературное сжигание для преобразования общего количества органических галогенидов (TOX) в галогениды, а также обнаружили и количественно оценили эти галогениды с помощью методов микрокулонометрии. В 1977 году методы микрокулонометрического титрования были заменены более надежным ионоселективным электродом (ИСЭ) для обнаружения галогенидов, присутствующих в отходах бумажной фабрики (Chen et al., 2020).

Ограничения и проблемы

SOC, такие как ароматические соединения (фенолы и бифенилы), полициклические ароматические углеводороды (пирен), как правило, сбрасываются в водоемы. Большинство SOC, обнаруженных в окружающей среде/сточных водах, являются стойкими из-за их сложности по сравнению с другими сточными водами. Однако эти стоки привлекли больше внимания к системам очистки. Эти соединения являются очень стойкими, более токсичными соединениями, которые сохраняются в течение длительного периода и биоаккумулируются в водоеме.Разделение и очистка этих сточных вод стали обязательными перед сбросом сточных вод в морскую экосистему. С этой целью разработка эффективных методов уже давно является интересной областью исследований (Awad et al., 2019). Использование традиционных технологий имеет много недостатков, которые ограничивают область применения. Основным воздействием на окружающую среду является образование огромного количества опасного шлама, который создает проблемы со сбросом и увеличивает концентрацию токсичности в очищенной воде (Ashrafi et al., 2013). Традиционные методы дороже передовых. Однако использование этого классического метода также влияет на затраты на окружающую среду и здоровье. Газообразные выбросы, сточные воды и образование шлама при очистке сточных вод практически не контролируются. В развивающихся странах эти стоки в основном выбрасываются на неохраняемые свалки. Опасные вещества в течение длительного времени выщелачиваются из свалок и прямо или косвенно попадают в окружающую среду. Введены ограничения с целью ограничения этих эффектов, которые были обязательными для всех отраслей (Nimkar, 2017).Тем не менее, проблемы сокращения производства SOC все еще находятся в стадии изучения. Исследователи использовали некоторые инновационные и модифицированные технологии для процесса очистки сточных вод, чтобы уменьшить количество опасных соединений в окружающей среде. В основном SOC получают из ароматических источников, а именно толуола, этилбензола, антрацена и т. д., которые сохраняются в течение определенного периода и неподатливы в экосистеме из-за жесткости их молекулярной структуры и наличия термодинамически стабильного ароматического кольца (Postigo and Barceló). , 2015).Экотоксическое воздействие SOC на окружающую среду было общепризнанным и неявным. Однако нехватка воды, загрязнение воды и повторное использование воды представляют собой серьезные проблемы во всем мире (Jain et al. , 2020).

Экономическое значение и помехи SOC для бумажной промышленности

Целлюлоза и бумага производятся из целлюлозных волокон, могут использоваться другие растительные материалы и синтетические материалы. Бумага в основном изготавливается из древесных волокон, но в некоторых видах бумаги также используются хлопчатобумажные прокладки, багасса, тряпки и т. д. (Bajpai, 2018).Отходы целлюлозно-бумажных комбинатов и использованная бумага могут быть дополнительно переработаны и использованы для создания экономических выгод. Целлюлозно-бумажные комбинаты выделяют значительное количество сточных вод, состоящих из органических материалов, таких как высокое содержание целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина (Kaur et al., 2020). Лигнины представляют собой сшитые фенольные полимеры. Эти органические материалы подходят для получения глюкозы и других ферментируемых сахаров, например галактозы, маннозы, арабинозы и ксилозы. Используя методы физической и химической обработки, можно добиться превращения шлама бумажной промышленности в жидкость, богатую глюкозой. Ферментативный гидролиз является многообещающим подходом к получению сахаров из шламов бумажной промышленности. Другие ценные продукты можно получить, вызывая ферментацию сахаров (Naicker et al., 2020). Производство биотоплива, такого как биоэтанол, может быть успешно обеспечено за счет переработки отходов целлюлозно-бумажной промышленности, состоящих в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Эти компоненты требуют ряда стадий реакции, таких как гидролиз, гидрогеооксигенация, алкилирование и т. д., чтобы превратиться в биотопливо.Биотопливо на основе лигнина можно производить путем деполимеризации в одном реакторе или путем повышения качества бионефти в результате разложения биомассы. Преобразование отходов целлюлозно-бумажной промышленности в биотопливо представляет собой интересный подход к управлению отходами бумажной промышленности и созданию из них коммерческой ценности (Zhu et al., 2020). Бумажная промышленность также производит шлам, состоящий из летучей золы биомассы и известкового шлама, который обычно выбрасывается на свалки. Известковый шлам можно использовать в производстве сырых геополимерных растворов для применения в строительстве.Эти компоненты высвобождаются во время крафт-процесса лигнина. Летучая зола биомассы была повторно использована в качестве альтернативного источника кремнезема и алюминия, а известковый шлам, в основном состоящий из кальцита, был переработан и использован в производстве строительных растворов общего назначения. Внедренная конструкция смеси была разработана для максимального включения известнякового шлама и улучшения механических характеристик раствора (Saeli et al., 2020). Для обеспечения продуктивной повторной утилизации отходов, образующихся в бумажной промышленности, сточные воды были переработаны и использованы для производства зеленых композитов с высокой прочностью, которая зависит от полиэтилена сверхмолекулярного веса, полиэтилена высокой плотности и полиэтилена низкой плотности.Три «зеленых» композита были разработаны методом экструзии и литья под давлением и названы композитами PLC, PUC и PHC. Полиэтилен с привитым малеиновым ангидридом, органическое соединение, использовали в качестве компатибилизатора для получения композитов. Утилизация отходов бумажной фабрики позволяет избежать отходов в окружающую среду, а также производить экологически чистые композиты (Zhang et al., 2020). Анаэробное сбраживание в мезофильных условиях широко применяется для производства биогаза путем утилизации отходов, богатых взвешенными органическими веществами, образующихся в бумажной промышленности.Промышленные отходы содержат очень высокий уровень ХПК и БПК из-за присутствия лигнина, жирных кислот, дубильных веществ, смоляных кислот, хлорированных соединений и т. д. Эта технология биопленки очень эффективна при производстве биогаза (Bakraoui et al., 2020). Производство биогаза может быть успешно достигнуто с использованием технологии дигестора UASB, и ее можно применять как в больших, так и в малых масштабах. Анаэробное сбраживание переработанных отходов целлюлозно-бумажной промышленности можно проводить при различных скоростях органической нагрузки и в мезофильных условиях (Bakraoui et al. , 2020). Количество лигнина очень важно при производстве бумаги, поскольку лигнин влияет на свойства получаемой в результате бумаги. Количество лигнина влияет на прочность на растяжение и удлинение целлюлозного волокна.

Влияние на экологическое и биологическое здоровье

Производство SOC происходит в основном на стадии варки и отбеливания целлюлозного завода. Эти соединения обладают токсическими свойствами, которые могут вызывать канцерогенные заболевания, аллергические и кожные заболевания (Пузын и Мостраг, 2012).Производство трихлортригидроксибензолов и бромметилпропанилбензола в отработанном отбеливающем растворе целлюлозно-бумажной промышленности оказывает мутагенное воздействие на водные организмы, а также на человека. Кроме того, некоторые другие SOC, такие как хлорфенолы и хлоргваяколы из сточных вод отбеливателя, особенно канцерогенны, репродуктивно токсичны для рыб и эстрогенны для людей. Кроме того, он обладает острой токсичностью, что препятствует процессу синтеза АТФ и механизму окислительного фосфорилирования (Singh and Chandra, 2019). Некоторые химические вещества, разрушающие эндокринную систему, в виде остаточных органических соединений показали хромосомную аберрацию у морских животных (Chandra et al., 2018). Сброс черного щелока, содержащего СОС, в окружающую среду оказывает прямое воздействие на флору и фауну. В развивающейся стране в водоем сбрасываются неочищенные сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности (Duan et al., 2020). Им приходится использовать эту воду для орошения, поэтому на поля попадает много опасных химических веществ, которые влияют на урожай из-за изменений свойств почвы, таких как изменение значений pH и полезных микробов (Nguyen et al., 2020). Органические соединения проходят через разные трофические уровни в морской экосистеме и биоаккумулируются на разных уровнях, что может нанести вред морским животным. Однако использование биоугля для адсорбции ПОУ способствует удержанию удобрений в почве, повышению плодородия почвы, удалению тяжелых металлов и кислот и т. д. (Ширалян, 2016). В зависимости от времени рассеивания SOC можно разделить на три основные категории: высокоустойчивые, умеренно стойкие и малоустойчивые. Люди больше подвержены воздействию SOC через загрязненный воздух, воду или почву (Bilal and Iqbal, 2019).SOC в сочетании с их предшественниками оказывают экотоксическое воздействие на окружающую среду (рис. 2; Jaishankar et al., 2014). Был проведен эксперимент, в котором сообщалось, что действие ПОК на радужную форель ( Oncorhynchus mykiss ) в реках Чили, Канады и Аргентины наблюдалось как стимулирование развития вторичных половых признаков и усиление интерсексуальных признаков у молоди радужной популяции. форель ( Oncorhynchus mykiss ) (Chiang et al., 2015). Аналогичным образом, исследование, проведенное в Китае (2018 г.), показало, что длительное воздействие андостенрдиона оказывает маскулинизирующее и репродуктивное действие как на самцов, так и на самок москитов-комаров ( Gambusiaaffinis ) (Hou et al., 2018). Другой эксперимент, продемонстрированный Терасаки и его коллегами в 2012 году, показал, что воздействие диметилдифенилметана и диизопропилнафталина токсично для репродуктивной системы и тканей морских рыб (Terasaki et al. , 2012). Воздействие гексахлорбутадина (ГХБД) на людей оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье человека либо непосредственно, либо метаболически. Нефротоксические эффекты ГХБД наблюдались в экспериментах на животных-хозяевах, и сообщалось, что они вызывают некроз в проксимальных канальцах почек, повышающую регуляцию молекулы-1, повреждающей почки, и перекисное окисление липидов в почечных клетках (Sadeghnia et al., 2013). В Китае наблюдалась экспозиционная доза ГХБД примерно 8,0 × 10 ^–6 мкг/кг/день для человека и животных, которая вызывала кожные заболевания, канцерогенность, сокращение половой функции и мутагенность у людей, а также в водных сообществах (Zhang et al. др., 2014).

Рисунок 2. Общий вид SOC, влияющих на экологическое и биологическое здоровье.

Биотехнологические вмешательства в сохранение окружающей среды посредством биоремедиации

Непроницаемость и токсикологическая оценка синтетических органических соединений не проводились на ранней промышленной стадии. Но по мере роста индустриализации и изучения вредного воздействия различных загрязнителей SOC также стали объектом пристального внимания из-за их присутствия в загрязненной технической воде. С тех пор устранение этих загрязняющих веществ стало предметом большой озабоченности. Для удаления ПОУ из сточных вод перед их сбросом в водоемы использовались различные биологические и технологические подходы (Jain et al., 2020).

Биоэлектрохимические системы, содержащие системы электрогенеза, системы электрогидрогенеза, системы микробного электросинтеза (МЭС) (Liu et al., 2018) и системы микробного опреснения являются новой технологией очистки от загрязняющих веществ (Wang et al., 2015; Fernando et al., 2019). Эта технология использует электричество и микроорганизмы для разложения загрязняющих веществ на менее токсичные элементы. Некоторые продукты с добавленной стоимостью, такие как биотопливо (включая водород, бутанол, этанол и т. д.) (Kondaveeti et al., 2019; Liu and Yu, 2020), ацетаты и металлы, также производятся с использованием этих технологий (Moscoviz et al. , 2016; Мактабифард и др., 2018). Относительно низкая энергетическая ценность (0.2–0,8 В) требуется для системы MEC по сравнению с обычным электролизом воды (Kadier et al., 2016). Розендал и его коллеги сообщили, что приблизительно 7 кг ХПК/м ³ объема биореактора в день могут быть удалены с помощью BES, аналогичной обычной системе очистки (Rozendal et al., 2008). Результаты лабораторного масштаба показали, что MEC показала, что эффективность удаления ХПК составляет около 90–97% синтетических сточных вод при различном температурном профиле (в диапазоне 5–23 ° C) и 0,6 кВтч / кг электроэнергии.Следовательно, BSE больше подходит для небольших и лабораторных систем из-за низкого энергопотребления с улучшенным производством побочных продуктов, что сводит к минимуму капитальные затраты (Tartakovsky et al., 2018). Но внедрение BES с помощью обычных систем на промышленных уровнях является более сложной задачей из-за требуемых высоких капитальных затрат (Santoro et al., 2017). Микробные топливные элементы (МТЭ) эффективны для биохимического преобразования энергии в полезных целях. Двухкамерный MFC использовался для управления заражением полиароматическими углеводородами (ПАУ) из дизельного топлива.Предлагаемая система отделила 82% ПАУ и произвела около 31 мВт/м ² мощности. МФЦ с трубчатыми одно- и двухкамерными камерами применялись для выявления ex situ и in situ управления сточными водами нефтеперерабатывающих заводов или подземными водами, содержащими смесь ПАУ, содержащих бензол и фенантрен (Adelaja et al., 2017). Реакция Фентона и микробный консорциум были оценены для удаления сточных вод красителя кожевенного завода. Эта исключительная комбинация позволила удалить 89,5% загрязняющих веществ и привела к снижению уровня ХПК на 93.7% (Шанмугам и др., 2019). Было обнаружено, что еще один усовершенствованный процесс окисления, включающий только ультрафильтрацию и фотоэлектролиз, удаляет от 90 до 97% общего фосфора из городских сточных вод и 44% из промышленных сточных вод (Gray et al., 2020).

Активированный уголь используется в качестве подходящего адсорбента для многих загрязняющих веществ. Установлено, что сверхтонкий порошкообразный активированный уголь более подходит в качестве адсорбента из-за его меньшего размера, меньшего количества поверхностного кислорода, большего диаметра апертуры и нейтрального pH.На увеличение адсорбции плоскостных (фенантреновых) соединений повлияло больше, чем неплоских (2-фенилфенольных) соединений (Partlan et al., 2020). Активированный уголь также можно использовать для поддержки биопленок для удаления загрязняющих веществ. Благодаря большей площади поверхности, обеспечиваемой активированным углем, биомасса способна эффективно разлагать ксилол и другие соединения БТЭК и снижать токсичность до 99% (Mello et al., 2019). В эпоху машинного обучения стратегия моделирования для проверки эффективных субстратов адсорбции SOC может помочь в разработке эффективных адсорбентов.В исследовании Ghosh et al. (2019) разработали регрессионную модель поддержки количественных отношений структура-свойство (QSPR). Согласно этой модели они рассчитали коэффициент адсорбции 40 SOC на одностенных углеродных нанотрубках. Они обнаружили, что различные гидрофобные и электростатические взаимодействия, а также водородные связи помогают адсорбировать SOC на нанотрубках. Исследования взаимодействия помогают в разработке подходящего адсорбента для удаления ПОУ из сточных вод (Ghosh et al., 2019).

Модифицированные цеолиты также появляются в качестве подходящих адсорбентов для очистки сточных вод. Хашеми и др. (2019) модифицировали цеолит Y, полученный из бентонита, с помощью CTAB. Различные изотермы адсорбции указывали на удаление 89% общего органического углерода и участие электростатических и гидрофобных взаимодействий (Hashemi et al., 2019). Другой Fe-наноцеолит был способен поглощать фенол (Ph), 2-хлорфенол (2-ХФ) и 2-нитрофенол (2-НП) в количестве 138,7, 158,9 и 171,2 мг/г соответственно.Этот адсорбент на основе цеолита оказался даже более экономичным, чем активированный уголь (Tri et al., 2020).

Устойчивое восстановление SOC с помощью генетически модифицированных биологических агентов

В целлюлозно-бумажной промышленности бумага производится из древесины и производит огромное количество отходов в виде шлама и загрязненной воды. В этих сточных водах обнаруживаются токсичные химические вещества и стойкие органические соединения (Dixit et al., 2020). Отходы целлюлозно-бумажной промышленности, попадающие в пресную воду, изменяют водную среду обитания и отрицательно сказываются на здоровье человека.Восстановление этих органических соединений необходимо для достижения экологической устойчивости. Биоремедиация загрязняющих веществ — это новый метод, позволяющий сделать сточные воды менее токсичными и безопасными для утилизации отходов (Gupta et al., 2019). Для защиты человеческих жизней первостепенное значение имеет развитие технологий восстановления загрязненных участков. Устойчивая реабилитация, направленная на снижение концентрации до уровней, основанных на риске, а также на смягчение побочных экологических последствий, таких как образование отходов, недавно приобрела важное значение (Cecchin et al., 2017). Биоремедиация требует использования определенных микроорганизмов для разложения органических загрязнителей, что является разумным и эффективным подходом, основанным на уникальной катаболической способности микробов (Dvořák et al. , 2017). Это привело к активизации усилий с использованием инновационных биотехнологических методов (таблица 2) для разработки более эффективных, экологически устойчивых, экологически приемлемых и рентабельных технологий восстановления (Kumar et al., 2017). Различные микроорганизмы, в основном бактерии и грибы, играют важную роль в разложении синтетических органических соединений.Разложение этих соединений зависит от секреции ферментов микроорганизмами, которые участвуют в метаболических путях. Традиционные методы физико-химической биоремедиации ( in situ и ex situ ) (Jaiswal et al., 2020) неэффективны для деградации и удаления новых соединений (Jaiswal and Shukla, 2020). С развитием генной инженерии и технологии рекомбинантной ДНК многие генетически модифицированные микроорганизмы были сконструированы с использованием различных методов восстановления синтетических органических соединений (Liu et al., 2019). Биодеградация неподатливого азокрасителя была успешно осуществлена ​​ферментом азоредуктазой, кодируемым геном azoA из Enterococcus sp. L2 в E. coli и Pseudomonas fluorescens с использованием вектора экспрессии PBBRMCS2. Для дальнейшего увеличения деградации системы регенерата азокрасителя NADH зависел от фермента формиатдегидрогеназы, введенного в штамм-хозяин путем сверхэкспрессии гена fdh из Mycobacterium vaccae N10.Для эффективных процессов обесцвечивания красителя слияние транскрипции azoA – fdh предоставило простую генетическую кассету для генной инженерии соответствующего хозяина (Rathod et al., 2017). Более того, биодеградация фенола и п-нитрофенола была успешно осуществлена ​​генетически модифицированными штаммами Bacillus cereus путем введения гена vgb из Vitrocilla stercoraria . Ген клонировали в мультикопийную плазмиду pUB110. Более высокая скорость разложения была получена при 37°C в аэробных условиях генетически модифицированными бактериями по сравнению с диким типом.Деградация п-нитрофенола была достигнута при использовании штамма с единственной копией гена vgb (Vélez-Lee et al. , 2016). Bacillus cereus и его рекомбинантные штаммы эффективно используются для биодеградации фенолов и п-нитрофенола в анаэробных и аэробных условиях. Различные фенольные соединения эффективно разлагаются под действием марганцевой пероксидазы, внеклеточного гемового фермента базидиомицета белой гнили Ganoderma . Полноразмерная кДНК длиной 1092 п.н. MnP гена , обозначенная как G.lucidum MnP (GluMnP1) был клонирован из G. lucidum и эукариотического вектора экспрессии pAO815: GlMnP был сконструирован и перенесен в метилотрофные дрожжи Pichia pastoris SMD116 посредством трансформации, опосредованной электропорацией. Рекомбинантный GluMnP1 способен разлагать фенол и расщеплять четыре типа красителей. Большой потенциал для ферментативного восстановления фенольных соединений и промышленных красителей продемонстрировал рекомбинантный GluMnP1. Фенол и основные продукты окисления, включая гидрохинон, пирокатехин и резорцин, анализировали с помощью ВЭЖХ (Xu et al. , 2017). В другом исследовании для ремедиации фенольных соединений сконструированных эффективно использовалась Escherichia coli . Девять генов, а именно pheA1, pheA2, catA, catB, catC, catD, pcaI, pcaJ и pcaF, были отобраны из различных микроорганизмов и синтезированы олигонуклеотиды. Используя модифицированный метод ПЦР с удлинением цепи путем перекрывания, все синтезированные гены были бесшовно связаны с промотором и терминатором Т7 для создания кассеты экспрессии генов. Все кассеты трансформировали в хозяина Escherichia coli , штамм BL221-AI, и трансформант назвали BL-phe/cat.Сконструированный штамм Escherichia coli эффективно использовался для разложения фенола (Wang et al., 2019). Разложение органофосфатов, карбаматов и пиретроидов было достигнуто путем инженерии Pseudomonas putida . В ходе исследования инструмент редактирования генома без шрамов был применен для конструирования Pseudomonas putida KT2440. Гены vgb и gfp были перенесены в хромосому. Отмечено, что генетически модифицированный штамм Pseudomonas putida KTUe, имеющий гены (ΔphaC1, Δvdh, ΔalgA/algF, Δfcs, Δupp, ΔphaZ/phaC2, gfp+, mcd+, cehA+, mpd+, pytH+, vgb+), способен разлагать все проверены пестициды.Кроме того, было обнаружено, что за секвестрацию кислорода в почве отвечает ген VHb. Таким образом, этот сконструированный штамм Pseudomonas putida представляет собой мощный подход к разложению пестицидов (Gong et al., 2018). Новейшая технология генетического редактирования является многообещающим подходом к конструированию различных микроорганизмов для очистки от загрязняющих веществ (Dangi et al., 2019). С помощью методов редактирования генов можно получить модифицированные микроорганизмы максимального качества путем внесения целевых модификаций в геном с помощью молекулярных ножниц с использованием инженерных нуклеаз.Сгруппированные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы (CRISPR-Cas), нуклеазы цинковых пальцев (ZFN) и активаторы транскрипции, такие как эффекторные нуклеазы (TALEN), являются основными инструментами редактирования генов, обладающими динамической способностью усиливать биоремедиацию синтетических пестицидов (Jaiswal and Shukla). , 2020; Кумари и Чаудхари, 2020). Процесс редактирования гена включает в себя самостоятельно сконструированные направляющие последовательности, которые вставляются комплементарно последовательности интересующего гена, способствуя разрыву в сайте, восстанавливаемому путем гомологичной рекомбинации, вставки или делеции желаемых фрагментов последовательности.Двуцепочечный (DSB) разрыв может быть создан активаторами транскрипции, такими как эффекторные нуклеазы, в целевой последовательности ДНК и образует липкие концы. Точно так же нуклеазы цинковых пальцев также вводят DSB в целевую последовательность генома хозяина. С другой стороны, CRISPR-Cas состоит из crРНК и trcRNA, соединенных гРНК. гРНК контролирует фермент Cas9 для создания DSB в желаемых последовательностях ДНК (Jaiswal et al., 2019). В другом исследовании растения также играют главную роль в удалении различных загрязнителей с помощью фиторемедиации.Фиторемедиация — это форма биоремедиации, которая требует растений в качестве инструментов для удаления опасных загрязнителей из окружающей среды. Фитостимуляция, фитоэкстракция, фитоэкстракция, фитостабилизация и фитоволатилизация — это различные подходы к фиторемедиации для удаления металлов/металлоидов и других опасных загрязнителей. Геном растения можно модифицировать с помощью инструментов редактирования генов CRISPR-Cas, ZFN и TALEN (рис. 3; Aminedi et al., 2020). Действительно, сгруппированные короткие палиндромные повторы с регулярными промежутками (CRISPR-Cas) представляют собой революционный инструмент генной инженерии растений, обеспечивающий прагматичный подход к синтезу передовых фенотипов (Saxena et al., 2020). С другой стороны, прогресс в разработке рекомбинантных микроорганизмов создал потенциальные риски, связанные с выпуском в открытую среду таких генно-инженерных микроорганизмов (ГЭМ). Но предпринимается много попыток контролировать и отслеживать генетически модифицированные микроорганизмы для устранения этих рисков. Разработка генно-инженерных микроорганизмов с использованием достаточных генетических методов для сдерживания бактериальной системы поможет уменьшить ожидаемые опасности. Например, разрабатываются транспозиционные векторы, которые считаются безопасными для окружающей среды.Другой метод сдерживания в первую очередь включает производство суицидальных генно-инженерных микроорганизмов, но эта технология еще не применялась. Эти передовые технологии являются одним из наиболее перспективных способов смягчения неблагоприятных последствий выброса генно-инженерных микроорганизмов в открытую среду (Hussain et al., 2018). Но также могут существовать определенные риски, и тогда потребуются дальнейшие исследования для разработки приемлемых руководств по техническому регулированию.

Рисунок 3. Комплексные биотехнологические мероприятия по очистке от загрязнений ПОУ.

Таблица 2. Передовые биотехнологические методы снижения уровня SOC.

Заключение и перспективы на будущее

В обзоре показаны масштабы последних исследований в области загрязнения окружающей среды целлюлозно-бумажной промышленностью. Исследователи и защитники окружающей среды пришли к выводу, что уровни загрязняющих веществ SOC должны быть снижены, и работали в том же направлении.Они обнаружили, что состав различных химических веществ варьируется в зависимости от стадии и методологии, применяемой для производства бумаги. Обнаружение и разложение органических химических веществ, образующихся при производстве бумаги, совершенствуются исследователями, использующими передовые методы. Было рассмотрено биотехнологическое вмешательство с использованием синтетической и системной биологии для производства генетически модифицированных организмов специально для потенциальной деградации SOC. Таким образом, этот обзор охватывает последние отчеты и методологии, используемые исследователем экологической устойчивости.

Вклад авторов

SJ написал первый черновик рукописи при участии GK, M и KP. PS прочитал и отредактировал окончательный вариант. Все авторы одобрили окончательный проект для его представления.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Инфраструктурная поддержка Департамента науки и технологий, Нью-Дели, правительство.Индии в рамках гранта FIST (грант № 1196 SR/FST/LS-I/2017/4) и Департамента биотехнологии правительства Индии (грант № BT/PR27437/BCE/8/1433/2018). . Стипендия для младших исследований (JRF) от DBT (грант № BT/PR27437/BCE/8/1433/2018), Govt. Индии для GK и помощника по проектам для KP, должным образом подтверждены. SJ выражает признательность Университету Махарши Даянанда, Рохтак, Индия, за предоставление университетской исследовательской стипендии (наградное письмо-URS-20/2/2020-R&S/R-15/20/842). MD признает стипендию для младших исследователей от CSIR, Индия (награда №09/382(0211)/2019-ЭМР-1).

Ссылки

Аделаджа, О., Кешаварз, Т., и Кьяззе, Г. (2017). Обработка фенантрена и бензола с использованием микробных топливных элементов, работающих непрерывно для возможных применений на месте и вне его. Интерн. Биодеморат. биодеград. 116:.

Академия Google

Али, И., Асим, М., и Хан, Т.А. (2012). Недорогие адсорбенты для очистки сточных вод от органических загрязнителей. Дж. Окружающая среда. Управление 113, 170–183.doi: 10.1016/j.jenvman.2012.08.028

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Аминеди, Р., Рам, Х., Кумар, Г., Корамутла, М.К., Васупалли, Н., Дешмукх, Р., и соавт. (2020). «Механизмы устойчивости растений к ионам металлоидов и потенциальные биотехнологические применения», в Metalloids in Plants: Advances and Future Prospects , под редакцией Р. Дешмукха, Д. К. Трипати и Г. Герьеро (Хобокен, Нью-Джерси: Wiley), 185–211. дои: 10.1002/9781119487210.ch20

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Антизар-Ладислао, Б.и Галил, Н.И. (2004). Биосорбция фенола и хлорфенолов акклиматизированной жилой биомассой в условиях биоремедиации в песчаном водоносном горизонте. Вода Res. 38, 267–276. doi: 10. 1016/j.waters.2003.09.032

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ашрафи, О., Йерушалми, Л., и Хагигат, Ф. (2013). Выбросы парниковых газов очистными сооружениями целлюлозно-бумажной промышленности – моделирование и имитационное моделирование. Интерн. J. Контроль парниковых газов 17, 462–472.doi: 10.1016/j.ijggc.2013.06.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Авад А.М., Шейх С.М., Джалаб Р., Гулиед М.Х., Насер М.С., Бенамор А. и соавт. (2019). Адсорбция органических загрязнителей природными и модифицированными глинами: всесторонний обзор. Отд. Очист. Технол. 228:115719. doi: 10.1016/j.seppur.2019.115719

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Аззуз А., Викрант К., Ким К. Х., Баллестерос Э., Радфи Т. и Малик А.К. (2019). Достижения в колориметрическом и оптическом зондировании газообразных летучих органических соединений. Анализ тенденций TrAC. хим. 118, 502–516. doi: 10.1016/j.trac.2019.06.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бадар С. и Фаруки И. Х. (2012). «Целлюлозно-бумажная промышленность — производственный процесс, образование и очистка сточных вод», в Стратегии защиты окружающей среды для устойчивого развития , редакторы А. Малик и Э. Грохманн (Дордрехт: Springer), 397–436.дои: 10.1007/978-94-007-1591-2_13

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Баджпай, П. (2018). «Краткое описание процесса производства целлюлозы и бумаги», в Biotechnology for Pulp and Paper Processing (Сингапур: Springer), 9–26. дои: 10.1007/978-981-10-7853-8_2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бакрауи, М., Каруах, Ф., Ухамму, Б., Аггур, М., Эссамри, А., и Эль Бари, Х. (2020). Производство биогаза из переработанных сточных вод бумажной фабрики с помощью метантенка UASB: оптимальные и мезофильные условия. Биотехнология. Респ. 25:e00402. doi: 10.1016/j.btre.2019.e00402

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Билал, М., и Икбал, Х.М. (2019). Взгляд на токсичность и неблагоприятные последствия космецевтики для здоровья человека — обзор. Науч. Общая окружающая среда. 670, 555–568. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.261

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бисвас П., Бхарти А. К., Датт Д. и Кадам А.(2019). Биоотбеливание смешанной офисной макулатуры хреном и пероксидазой картофеля. Биоресурсы 14, 8600–8613.

Академия Google

Чекчин, И., Редди, К.Р., Томе, А., Тессаро, Э.Ф., и Шнайд, Ф. (2017). Нанобиоремедиация: интеграция наночастиц и биоремедиации для устойчивого восстановления хлорированных органических загрязнителей в почвах. Интерн. Биодекор. биодеград. 119, 419–428. doi: 10.1016/j.ibiod.2016.09.027

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чандра, Р. , Абхишек, А., и Санхвар, М. (2011). Бактериальное обесцвечивание и детоксикация черного щелока из целлюлозы вискозного производства бумажной промышленности и выявление продуктов их метаболизма. Биоресурс. Технол. 102, 6429–6436. doi: 10.1016/j.biortech.2011.03.048

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чандра Р., Шарма П., Ядав С. и Трипати С. (2018). Биодеградация химических веществ, нарушающих работу эндокринной системы, и остаточных органических загрязнителей сточных вод целлюлозно-бумажного комбината путем биостимуляции. Перед. микробиол. 9:960. doi: 10.3389/fmicb.2018.00960

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чаукура Н., Муримба Э. К. и Гвензи В. (2017). Синтез, характеристика и адсорбционная способность метилового оранжевого нанокомпозитов оксида железа и биоугля, полученных из целлюлозно-бумажного шлама. Заяв. Науки о воде. 7, 2175–2186. doi: 10.1007/s13201-016-0392-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чен Б. , Бу Ю., Ян Дж., Нянь В. и Хао С. (2020). Методы анализа общего содержания органических галогенов (ТОХ) в воде: прошлое, настоящее и будущее. Хим. англ. Дж. 399:125675. doi: 10.1016/j.cej.2020.125675

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чанг Г., Барра Р., Диас-Харамильо М., Ривас М., Бахамонде П. и Манкиттрик К. Р. (2015). Эстрогенность и интерсекс у молоди радужной форели ( Oncorhynchus mykiss ), подвергшейся воздействию сточных вод целлюлозно-бумажного производства сосны/эвкалипта в Чили. Аква. Токсикол. 164, 126–134. doi: 10.1016/j.aquatox.2015.04.025

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Данги, А.К., Шарма, Б., Хилл, Р.Т., и Шукла, П. (2019). Биоремедиация с помощью микробов: системная биология и подход метаболической инженерии. Крит. Преподобный Биотехнолог. 39, 79–98. дои: 10.1080/07388551.2018.1500997

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Девяткин И. , Лю Л., Чен С., Хавукайнен Дж., Ван Ф., Хорттанайнен М. и соавт. (2019). Технические последствия и потенциал глобального потепления восстановления азота, выделяемого при непрерывной термической сушке осадка сточных вод. Управление отходами. 90, 132–140. doi: 10.1016/j.wasman.2019.04.031

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Диксит М., Лю Х., Луо Дж. и Шукла П. (2020). Детоксикация стоков целлюлозно-бумажной промышленности с использованием микробной инженерии и передовых технологий окисления. Дж. Азар. Матер. 398:122998. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122998

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дуан Ю., Пандей А., Чжан З., Авастхи М. К., Бхатия С. К. и Тагерзаде М. Дж. (2020). Биопереработка органических твердых отходов: устойчивая стратегия развития циркулярной биоэкономики в Китае. Пром. Продукция растениеводства 153:112568. doi: 10.1016/j.indcrop.2020.112568

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Дворжак П. , Никель, П.И., Дамборский, Дж., и де Лоренцо, В. (2017). Биоремедиация 3.0: разработка бактерий, удаляющих загрязняющие вещества, во времена системной биологии. Биотехнология. Доп. 35, 845–866. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.08.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Элаккия, Э., и Ниджу, С. (2020). «Применение микробных топливных элементов для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности: возможности и проблемы», в Экологическая биотехнология , Vol.2, ред. К. Готандам, С. Ранджан, Н. Дасгупта и Э. Лихтфауз (Cham: Springer), 125–149. дои: 10.1007/978-3-030-38196-7_6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эллуз, М., и Саяди, С. (2016). «Грибы белой гнили и их ферменты как биотехнологический инструмент для ксенобиотической биоремедиации», в Management of Hazardous Wastes (Лондон: InTech), 103–120.

Академия Google

Фанг, Ю., Ни, З., Дай, К., Тиан, Ю. , Лю, Ф., Хе, Дж., и др.(2018). Хлорорганические пестициды в почве и воздухе на участке, загрязненном соединением, и вокруг него: вертикальное распределение, почвенно-воздушный обмен и оценка риска. Стохаст. Окружающая среда. Рез. Оценка риска. 32, 1179–1188. doi: 10.1007/s00477-017-1412-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фаруки, И. Х., и Башир, Ф. (2017). Очистка адсорбируемых органических галогенидов (АОХ) из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности с использованием аэробных гранул в SBR пилотного масштаба. J. Water Process Eng. 19, 60–66. doi: 10.1016/j.jwpe.2017.07.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фернандо, Э. Ю., Кешаварц, Т., и Кьяззе, Г. (2019). Использование биоэлектрохимических систем для очистки окружающей среды от ксенобиотиков: обзор. J. Chem. Технол. Биотехнолог. 94, 2070–2080 гг. doi: 10.1002/jctb.5848

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гош, С. , Оджха, П.К., и Рой, К. (2019). Изучение моделирования QSPR для адсорбции опасных синтетических органических химикатов (SOC) SWCNT. Хемосфера 228, 545–555. doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.04.124

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гонг Т., Сюй X., Данг Ю., Конг А., Ву Ю., Лян П. и др. (2018). Разработанный Pseudomonas putida может одновременно разлагать органофосфаты, пиретроиды и карбаматы. Науч. Общая окружающая среда. 628, 1258–1265. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.02.143

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грей, Х.Э., Пауэлл Т., Чой С., Смит Д. С. и Паркер В. Дж. (2020). Удаление органического фосфора с использованием интегрированного усовершенствованного процесса окисления-ультрафильтрации. Вода Res. 182:115968. doi: 10.1016/j.waters.2020.115968

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гупта, А. , и Гупта, Р. (2019). «Очистка и повторное использование сточных вод целлюлозно-бумажного комбината», в Достижения в биологической очистке промышленных сточных вод и их повторном использовании для устойчивого будущего (Сингапур: Springer), 13–49.

Академия Google

Гупта, Г.К., Лю, Х., и Шукла, П. (2019). Загрязняющие вещества целлюлозно-бумажной промышленности, их опасность для здоровья и экологическая опасность. Курс. мнение Окружающая среда. науч. Здоровье 12, 48–56. doi: 10.1016/j.coesh.2019.09.010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гупта, Г.К., и Шукла, П. (2020). Взгляд на получение ресурсов из отходов целлюлозно-бумажной промышленности: вызовы, перспективы и инновации. Биоресурс.Технол. 297:122496. doi: 10.1016/j.biortech.2019.122496

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гупта К., Бисвас Р. и Саркар А. (2020). «Развитие омиксов: перспективы биоремедиации загрязненных почв», в Microbial Bioremediation and Biodegradation , ed. М. Шах (Сингапур: Springer), 113–142. дои: 10.1007/978-981-15-1812-6_5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хашеми, М.С.Х., Эслами, Ф.и Каримзаде Р. (2019). Удаление органических загрязнений из промышленных сточных вод обработанным ЦТАБ синтетическим цеолитом Y. J. Environ. Управление 233, 785–792. doi: 10.1016/j.jenvman.2018.10.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хендрикс, А.Т.В.М., и Зееман, Г. (2009). Предварительная обработка для повышения усвояемости лигноцеллюлозной биомассы. Биоресурс. Технол. 100, 10–18. doi: 10.1016/j.biortech.2008.05.027

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хоу, Л.P., Yang Y., Shu H., Ying G.G., Zhao J.L., Fang G.Z., et al. (2018). Gambusiaaffinis после длительного воздействия андростендиона. Экотоксикол. Окружающая среда. Саф. 147, 509–515. doi: 10.1016/j.ecoenv.2017.08.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hubbe, M. A., Metts, J.R., Hermosilla, D., Blanco, M.A., Yerushalmi, L., Haghighat, F., et al. (2016). Очистка и регенерация сточных вод: обзор практики и возможностей целлюлозно-бумажной промышленности. Биоресурсы 11, 7953–8091.

Академия Google

Хуссейн И., Алети Г., Найду Р., Пушенрайтер М., Махмуд К., Рахман М. М. и др. (2018). Восстановление органических ксенобиотиков с помощью микробов и растений и их усиление с помощью генетически модифицированных организмов и рекомбинантных технологий: обзор. Науч. Общая окружающая среда. 628, 1582–1599. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.02.037

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джейн, К., Johnson, J., Devpura, N., Rathour, R., Desai, C., Tiwari, O., et al. (2020). «Новые технологии биоремедиации для очистки сточных вод, содержащих синтетические органические соединения», в Новые технологии биоремедиации окружающей среды , (Elsevier), 131–150.

Академия Google

Джайшанкар, М. , Цетен, Т., Анбалаган, Н., Мэтью, Б. Б., и Берегоуда, К. Н. (2014). Токсичность, механизм действия и воздействие на здоровье некоторых тяжелых металлов. Междисциплинарный. Токсикол. 7, 60–72. doi: 10.2478/intox-2014-0009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джайсвал, С., Шарма, Б., и Шукла, П. (2020). Комплексные подходы к микробной деградации пластмасс. Окружающая среда. Технол. иннов. 17:100567. doi: 10.1016/j.eti.2019.100567

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джайсвал, С., и Шукла, П. (2020). Альтернативные стратегии микробной очистки от загрязнителей с помощью синтетической биологии. Перед. микробиол. 11:808. doi: 10.3389/fmicb.2020.00808

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джайсвал, С., Сингх, Д.К., и Шукла, П. (2019). Инструменты редактирования генов и системной биологии для биоремедиации пестицидов: обзор. Перед. микробиол. 10:87. doi: 10.3389/fmicb.2019.00087

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джассал Б., Мэтьюз Л., Витери Г., Гонг К., Лоренте П., Фабрегат А. и др. (2020).База знаний о пути реакции. Рез. нуклеиновых кислот. 48, Д498–Д503.

Академия Google

Кадиер А., Симайи Ю., Абдешахян П., Азман Н. Ф., Чандрасекар К. и Калил М. С. (2016). Всесторонний обзор конструкций и конфигураций реакторов микробных электролизеров (MEC) для устойчивого производства газообразного водорода. Александр. англ. Дж. 55, 427–443. doi: 10.1016/j.aej.2015.10.008

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Канехиса, М.(2017). «Аннотация ферментов и метаболическая реконструкция с использованием KEGG», в Protein Function Prediction , ed. Д. Кихара (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Humana Press), 135–145. дои: 10.1007/978-1-4939-7015-5_11

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Карбалаи С. , Ханачи П., Уокер Т. Р. и Коул М. (2018). Возникновение, источники, воздействие на здоровье человека и смягчение последствий загрязнения микропластиком. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 25, 36046–36063. doi: 10.1007/s11356-018-3508-7

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Каур, Р., Тьяги, Р. Д., и Чжан, X. (2020). Обзор предварительной обработки активного ила целлюлозно-бумажной промышленности, ингибирующих эффектов и стратегий детоксикации для биовалоризации. Окружающая среда. Рез. 182:109094. doi: 10.1016/j.envres.2019.109094

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Kondaveeti, S., Kim, I.W., Otari, S., Patel, S.K., Pagolu, R., Losetty, V., et al. (2019). Когенерация водорода и электроэнергии из стоков биодизельного производства. Интерн.J. Hydrogen Energy 44, 27285–27296. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.08.258

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар, М. , Джайсвал, С., Содхи, К.К., Шри, П., Сингх, Д.К., Агравал, П.К., и Шукла, П. (2019). Биоремедиация антибиотиков: перспективы ее экотоксичности и резистентности. Окружающая среда. Междунар. 124, 448–461. doi: 10.1016/j.envint.2018.12.065

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кумар, Н. М., Мутукумаран, К., Шармила Г. и Гурунатан Б. (2018). «Генетически модифицированные организмы и их влияние на улучшение биоремедиации», в Bioremediation: Applications for Environmental Protection and Management , eds S. Varjani, A. Agarwal, E. Gnansounou и B. Gurunathan (Singapore: Springer), 53 –76. дои: 10.1007/978-981-10-7485-1_4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумар С., Кумар А., Бахугуна А., Шарма В. и Кришнан В. (2017). Двумерные нанокомпозиты на основе углерода для фотокаталитического производства энергии и восстановления окружающей среды. Beilstein J. Nanotechnol. 8, 1571–1600. doi: 10. 3762/bjnano.8.159

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кумар, В., Данги, А.К., и Шукла, П. (2018). Разработка термостабильных микробных ксиланаз для их промышленного применения. Мол. Биотехнолог. 60, 226–235. doi: 10.1007/s12033-018-0059-6

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кумар, В., Такур, И.С., и Шах, М.П. (2020).«Подходы к биоремедиации для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности: последние достижения и проблемы», в Microbial Bioremediation and Biodegradation , ed. М. Шах (Сингапур: Springer), 1–48. дои: 10.1007/978-981-15-1812-6_1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кумари, А., и Чаудхари, Д. Р. (2020). «Созданные микробы и развивающаяся технология биоремедиации пластика», в Bioremediation of Pollutants , eds VC Pandey and V. Singh (Amsterdam: Elsevier), 417–443.doi: 10.1016/b978-0-12-819025-8.00021-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лапворт, Д. Дж., Баран, Н., Стюарт, М. Э., и Уорд, Р. С. (2012). Возникающие органические загрязнители в подземных водах: обзор источников, судьбы и возникновения. Окружающая среда. Загрязн. 163, 287–303. doi: 10.1016/j.envpol.2011.12.034

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли, Ю., Ван, Ю., Линь, З., Ван, Дж., Хе, К., и Чжоу, Дж. (2018). Новая метанотрофная ко-метаболическая система с высокой активностью растворимой метанмонооксигеназы для биоразложения тугоплавких органических веществ в сточных водах варки целлюлозы. Биоресурс. Технол. 256, 358–365. doi: 10.1016/j.biortech.2018.02.048

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли, З., и Рабнаваз, М. (2018). Изготовление безопасных для пищевых продуктов водостойких бумажных покрытий с использованием меламиновой грунтовки и внешнего слоя из полисилоксана. АСУ Омега 3, 11909–11916. doi: 10.1021/acsomega.8b01423

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Линдеманн, М. , Видхальм, Б., Канцингер, Т.и Среботник, Э. (2020). Интегрированный процесс комбинированного снижения микробного содержания летучих органических соединений и повышения ценности сточных вод в деревообрабатывающей промышленности. Биоресурс. Технол. Респ. 11:100471. doi: 10.1016/j.biteb.2020.100471

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю, Л., Билал, М., Дуан, X., и Икбал, Х. М. (2019). Снижение загрязнения окружающей среды генно-инженерными бактериями — текущие проблемы и перспективы на будущее. Науч. Общая окружающая среда. 667, 444–454.doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.390

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лю, Х. (2020). Микробные технологии для устойчивого развития энергетики и окружающей среды. Биотехнология. Представитель 27:e00486. doi: 10.1016/j.btre.2020.e00486

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лю, X., Ши, Л., и Гу, Дж. Д. (2018). Микробный электрокатализ: окислительно-восстановительные медиаторы, ответственные за внеклеточный перенос электронов. Биотехнология.Доп. 36, 1815–1827 гг. doi: 10.1016/j.biotechadv.2018.07.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лю, X., и Ю, X. (2020). Увеличение производства бутанола: от биокатализа к биоэлектрокатализу. ACS Energy Письмо. 5, 867–878. doi: 10.1021/acsenergylett.9b02596

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Lonappan, L., Rouissi, T., Das, R.K., Brar, S.K., Ramirez, A.A., Verma, M., et al. (2016). Адсорбция метиленового синего на микрочастицах биоугля, полученных из различных отходов. Управление отходами. 49, 537–544. doi: 10.1016/j.wasman.2016.01.015

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мактабифард, М., Заборовска, Э., и Макиния, Дж. (2018). Достижение энергетической нейтральности на очистных сооружениях за счет энергосбережения и увеличения производства возобновляемой энергии. Rev. Окружающая среда. науч. Биотехнолог. 17:655689.

Академия Google

Малла, М. А., Дубей, А., Ядав, С., Кумар, А., Хашем, А., и Абд-Аллах, Э.Ф. (2018). Понимание и разработка стратегий опосредованного микроорганизмами восстановления загрязнителей окружающей среды с использованием омических подходов. Перед. микробиол. 9:1132. doi: 10.3389/fmicb.2018.01132

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ман, Ю., Ху, С., Гао, Дж., Ли, Дж., и Хун, М. (2020). Интегрированное сжигание химических веществ на целлюлозном заводе для обеспечения высокой энергоэффективности и низкого уровня выбросов углерода. Дж. Чистый. Продукт. 275:122979.doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122979

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мелло, Дж. М. М., Брандао, Х. Л., Валерио, А., де Соуза, А. А. У., де Оливейра, Д., и да Силва, А. (2019). Биодеградация соединений БТЭК из нефтехимических сточных вод: кинетика и токсичность. J. Water Process 32:100914. doi: 10.1016/j.jwpe.2019.100914

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Московиц, Р., Толедо-Аларкон, Дж., Трабли, Э., и Бернет, Н. (2016).Электроферментация: как управлять ферментацией с помощью электрохимических систем. Тенденции биотехнологии. 34, 856–865. doi: 10.1016/j.tibtech.2016.04.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мухаметзянов С.Р., Сафин Р.Р. и Каинов П.А. (2018). «Альтернативная энергетика в процессах сушки термолабильных материалов», Материалы Международной мультиконференции по промышленной инженерии и современным технологиям (FarEastCon) 2018 , Владивосток.

Академия Google

Найкер, Дж. Э., Говинден, Р., Леха, П., и Ситхоул, Б. (2020). Преобразование шлама целлюлозно-бумажного производства (PPMS) в богатый глюкозой гидролизат с использованием «зеленой» химии: оценка методов предварительной обработки для усиления гидролиза. Дж. Окружающая среда. Управление 270:110914. doi: 10.1016/j.jenvman.2020.110914

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нгуен, В. Х., Смит, С. М., Вантала, К., и Кажитвичянукул, П. (2020). Фотокаталитическая очистка от стойких органических загрязнителей (СОЗ): обзор. араб. Дж. Хим. 13, 8309–8337. doi: 10.1016/j.arabjc.2020.04.028

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нимкар, У. (2017). Устойчивая химия: решение для текстильной промышленности в развивающихся странах. Курс. мнение Зеленый сустейн. хим. 9, 13–17. doi: 10.1016/j.cogsc.2017.11.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Осман, У.Х.В., Абдулла, С.Р.С., Мохамад, А.Б., Кадхум, А.А.Х., и Абд Рахман, Р. (2013). Одновременное удаление АОХ и ХПК из реальных сточных вод из переработанной бумаги с использованием GAC-SBBR. Дж. Окружающая среда. Управление 121, 80–86. doi: 10.1016/j.jenvman.2013. 02.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Партлан, Э., Рен, Ю., Апул, О.Г., Ладнер, Д.А., и Каранфил, Т. (2020). Кинетика адсорбции синтетических органических загрязнителей сверхтонким порошкообразным активированным углем. Хемосфера 253:126628. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.126628

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пенья-Перейра, Ф., Гарсия-Фигероа, А., Лавилла, И., и Бендичо, К. (2020). Наноматериалы для обнаружения галогенидов и оксианионов галогенов колориметрическими и люминесцентными методами: критический обзор. Анализ тенденций TrAC. хим. 125:115837. doi: 10.1016/j.trac.2020.115837

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Перзон, А., Йоргенсен, Б., и Ульвсков, П. (2020). Устойчивое производство гелей и бумаги из нановолокна целлюлозы из отходов сахарной свеклы с использованием предварительной ферментативной обработки. Углеводы. Полим. 230:115581. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.115581

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пино-Кортес, Э., Монтальво, С., Уилиньир, К., Кубильос, Ф., и Гаситуа, Дж. (2020). Характеристики и очистка сточных вод процесса окисления меркаптанов: всесторонний обзор. Процессы 8:425. doi: 10.3390/pr8040425

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Постиго, К., и Барсело, Д. (2015).Синтетические органические соединения и продукты их превращения в подземных водах: возникновение, судьба и смягчение последствий. Науч. Общая окружающая среда. 503, 32–47. doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.06.019

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пронк, М., Де Кройк, М.К., Де Брюин, Б., Камминга, П., Клиребезем, Р.В., и Ван Лосдрехт, М.К.М. (2015). Полномасштабное выполнение процесса аэробного гранулированного ила для очистки сточных вод. Вода Res. 84, 207–217. doi: 10.1016/j.waters.2015.07.011

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пузын Т. и Мостраг А. (ред.) (2012 г.). Органические загрязнители через десять лет после Стокгольмской конвенции: экологический и аналитический обзор. Нордерштедт: Книги Совета директоров по запросу.

Академия Google

Рамирес-Гарсия, Р., Гохил, Н., и Сингх, В. (2019). «Последние достижения, проблемы и возможности в области биоремедиации опасных материалов», в Phytomanagement of Polluted Sites , eds P.В. Чандра и К. Баудд (Амстердам: Elsevier), 517–568. doi: 10.1016/b978-0-12-813912-7.00021-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ратод, Дж., Дебар, С., и Арчана, Г. (2017). Эффективный подход к усилению обесцвечивания азокрасителя целых клеток путем гетерологичной сверхэкспрессии Enterococcus sp. Азоредуктаза L2 (азоА) и дегидрогеназа Mycobacterium vaccaeformate (fdh) в различных бактериальных системах. Интерн. Биодеморат. биодеград. 124, 91–100. doi: 10.1016/j.ibiod.2017.04.023

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Rhie, M.N., Kim, H.T., Jo, S.Y., Chu, L.L., Baritugo, K.A., Baylon, M.G., et al. (2019). Недавние достижения в области метаболической инженерии Klebsiella pneumoniae : потенциальный платформенный микроорганизм для биоперерабатывающих заводов. Биотехнология. Биопроцесс инж. 24, 48–64. doi: 10.1007/s12257-018-0346-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Родригес-Дельгадо, М.М., Алеман-Нава, Г.С., Родригес-Дельгадо, Х.М., Дик-Асад, Г., Мартинес-Чапа, С.О., Барсело, Д., и др. (2015). Биосенсоры на основе лакказы для обнаружения фенольных соединений. Анализ тенденций TrAC. хим. 74, 21–45.

Академия Google

Ромо, Дж., Чаудхари, М., и Уокер, Т. Р. (2019). Базовая оценка загрязняющих веществ в морской биоте перед очисткой отложений, затронутых промышленными сточными водами, в бывшем приливном эстуарии в Новой Шотландии, Канада. марта.Загрязн. Бык. 145, 641–648. doi: 10.1016/j.marpolbul.2019.06.055

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Розендал, Р. А., Хамелерс, Х. В., Рабай, К., Келлер, Дж., и Буисман, С. Дж. (2008). К практическому внедрению биоэлектрохимической очистки сточных вод. Тенденции биотехнологии. 26, 450–459. doi: 10.1016/j.tibtech.2008.04.008

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Садегния Х.Р., Юсефсани Б.С., Рашидфар М., Бороушаки М.Т., Асадпур Э. и Горбани А. (2013). Защитное действие рутина на нефротоксичность, вызванную гексахлорбутадиеном. Почечная недостаточность. 35, 1151–1155. doi: 10.3109/0886022x.2013.815546

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Саэли, М., Сенфф, Л., Тобальди, Д.М., Карвальейрас, Дж., Сибра, М.П., ​​и Лабринча, Дж.А. (2020). Неизученное альтернативное использование известняковых шламов целлюлозно-бумажной промышленности в зеленых геополимерных строительных материалах. Конструкция. Строить. Матер. 246:118457. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118457

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Саилвал, М., Банерджи, А., Бхаскар, Т., и Гош, Д. (2020). «Интегрированная концепция биопереработки для целлюлозно-бумажной промышленности Индии», в Waste Biorefinery , eds T. Bhaskar, A. Pandey, E.R. Rene и D.C.W. Tsang (Amsterdam: Elsevier), 631–658. doi: 10.1016/b978-0-12-818228-4.00023-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Самер, М.(ред.) (2015). Техника очистки сточных вод. Нордерштедт: Книги Совета директоров по запросу.

Академия Google

Санторо, К., Арбиццани, К., Эрабл, Б., и Иеропулос, И. (2017). Микробные топливные элементы: от основ к приложениям: обзор. Дж. Источники питания 356, 225–244. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.109

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Савант Д.В., Абдул-Рахман Р. и Ранаде Д.Р. (2006). Анаэробная деструкция адсорбируемых органических галогенидов (АОГ) из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Биоресурс. Технол. 97, 1092–1104. doi: 10.1016/j.biortech.2004.12.013

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Саксена, П., Сингх, Н.К., Сингх, А.К., Панди, С., Танки, А., и Ядав, Т.С. (2020). Последние достижения в области фиторемедиации с использованием технологии геномной инженерии CRISPR-Cas9. Биоремедиация загрязнителей , 125–141.

Академия Google

Шан, Н., Дин, М., Дай, М., Си, Х., Ли, С., и Чжао, Г. (2019).Биодеградация малахитовой зелени эндофитной бактерией Klebsiella aerogenes S27 с участием новой оксидоредуктазы. Заяв. микробиол. Биотехнолог. 103, 2141–2153. doi: 10.1007/s00253-018-09583-0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шанмугам Б.К., Исваран С.Н., Моханакришнан А.С., Кальянараман С. и Махадеван С. (2019). Биодеградация стоков красителей кожевенного завода с использованием реактива Фентона и бактериального консорциума: биокалориметрическое исследование. Дж. Окружающая среда. Управлять. 242, 106–113. doi: 10.1016/j.jenvman.2019.04.075

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шарма, П., Трипати, С., и Чандра, Р. (2020). Фиторемедиационный потенциал заводов-аккумуляторов тяжелых металлов для обращения с отходами целлюлозно-бумажной промышленности. Гелион 6:e04559. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e04559

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ширалян, М. (2016).Biochar предлагает множество экологических преимуществ. Окружающая среда. науч. англ. Маг. 6:32.

Академия Google

Сингх, А.К., и Чандра, Р. (2019). Загрязняющие вещества, выбрасываемые целлюлозно-бумажной промышленностью: водная токсичность и их опасность для здоровья. Аква. Токсикол. 211, 202–216. doi: 10.1016/j.aquatox.2019.04.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шривастава А., Кумари У., Нигам А.К., Миттал С. и Миттал А.К. (2018).Изменения активности некоторых ферментов в жабрах карпа Labeorohita под действием азокрасителя эриохрома Черного Т: биохимическое исследование. Рыбная физиол. Биохим. 44, 629–637. doi: 10.1007/s10695-017-0458-9

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Штейн, Х. П., Навахас-Перес, Р., и Аранда, Э. (2018). «Потенциал генной инженерии CRISPR для увеличения способности разложения ксенобиотиков в модельных грибах», в Approaches in Bioremediation , eds R.Прасад и Э. Аранда (Чам: Спрингер), 61–78. дои: 10.1007/978-3-030-02369-0_4

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тахсин Р., Арслан М., Икбал С., Халид З. М. и Афзал М. (2019). Усиленная деградация углеводородов под действием гамма-излучения мутантного штамма Pseudomonas putida . Биотехнология. лат. 41, 391–399. doi: 10.1007/s10529-019-02644-y

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тартаковский Б., Кляйнер, Ю., и Мануэль, М.Ф. (2018). Технология биоэлектрохимической анаэробной очистки сточных вод арктических населенных пунктов. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 25, 32844–32850. doi: 10.1007/s11356-017-8390-1

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Терасаки, М., Джозука, К., и Макино, М. (2012). Идентификация и накопление ароматических сенсибилизаторов в рыбе при переработке бумаги в Японии. Окружающая среда. Токсикол. хим. 31, 1202–1208. дои: 10.1002/и т.д.1812

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ткачик А., Митровска К. и Посиняк А. (2020). Синтетические органические красители как загрязнители водной среды и их значение для экосистем: обзор. Науч. Общая окружающая среда. 717:137222. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.137222

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Tri, N.L.M., Thang, P.Q., Van Tan, L., Huong, P.T., Kim, J., Viet, N.M., et al.(2020). Удаление фенольных соединений из сточных вод с помощью синтезированного Fe-наноцеолита. J. Water Process Eng. 33:101070. doi: 10.1016/j.jwpe.2019.101070

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Трипати, В., Эдриси, С.А., Чен, Б., Гупта, В.К., Вилу, Р., Гатергуд, Н., и соавт. (2017). Биотехнологические достижения для восстановления деградированных земель для устойчивого развития. Тенденции биотехнологии. 35, 847–859. doi: 10.1016/j.tibtech.2017.05.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Велес-Ли, А.Э., Кордова-Лозано Ф., Бандала Э. Р. и Санчес-Салас Дж. Л. (2016). Клонирование и экспрессия гена vgb в Bacillus cereus улучшают биодеградацию фенола и п-нитрофенола. Физ. хим. Заземляющие части A/B/C 91, 38–45. doi: 10.1016/j.pce.2015.10.017

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Wang, B., Xu, J., Gao, J., Fu, X., Han, H., Li, Z., et al. (2019). Создание штамма Escherichia coli для полного разложения фенола с помощью двух модифицированных метаболических модулей. Дж. Азар. Матер. 373, 29–38. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.03.055

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван Х., Луо Х., Фаллгрен П. Х., Джин С. и Рен З. Дж. (2015). Платформа биоэлектрохимической системы для устойчивого восстановления окружающей среды и производства энергии. Биотехнология. Доп. 33, 317–334. doi: 10.1016/j.biotechadv.2015.04.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ся, К., Cao, R., Gao, Y., Li, Y., Ni, Y., Wang, S., et al. (2020). Массовый баланс и механизм элиминации полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов (ПХДД/Ф) в процессе производства сульфатной целлюлозы. Дж. Азар. Матер. 398:122819. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122819

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сяо, К., Сун, К., Ли, В., Чжан, Ю., и Ван, Х. (2017). Первичная оценка сокращения выбросов ПХДД/Ф в недревесной целлюлозно-бумажной промышленности Китая на основе исследования отбеливания целлюлозы с преобразованием хлора в диоксид хлора. Хемосфера 185, 329–335. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.119

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сюй Х., Го М.Ю., Гао Ю.Х., Бай Х.Х. и Чжоу Х.В. (2017). Экспрессия и характеристики пероксидазы марганца из Ganodermalucidum в Pichia pastoris и ее применение при разложении четырех красителей и фенола. Биотехнология BMC. 17:19. doi: 10.1186/s12896-017-0338-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ядав, С.и Чандра, Р. (2018). Выявление и оценка фитотоксичности остаточных органических загрязнителей в осадках, загрязненных стоками целлюлозно-бумажного комбината. Окружающая среда. Монитор. Оценка 190:581.

Академия Google

Yang, Y., Singh, R.P., Song, D., Chen, Q., Zheng, X., Zhang, C., et al. (2020). Синергический эффект Pseudomonas putida II-2 и Achromobacter sp. QC36 для эффективного биоразложения гербицида хинклорак. Экотоксикол. Окружающая среда. Саф. 188:109826. doi: 10.1016/j.ecoenv.2019.109826

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Яо С., Не С., Чжу Х., Ван С., Сун С. и Цинь С. (2017). Экстракция гемицеллюлозы горячей водой для уменьшения образования адсорбируемых органических галогенов при отбеливании диоксидом хлора жомовой целлюлозы. Пром. Продукция растениеводства 96, 178–185. doi: 10.1016/j.indcrop.2016.11.046

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Йехия, А., Ясин, К. Э., и Эйд, А. (2018). Переработка измельченных денежных отходов Центрального банка Египта для изготовления бумаги хорошего качества. Раздельный. науч. Технол. 53, 544–550. дои: 10.1080/01496395.2017.1395887

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Zhang, H., Wang, Y., Sun, C., Yu, M., Gao, Y., Wang, T., et al. (2014). Уровни и распределение гексахлорбутадиена и трех хлорбензолов в твердых биологических веществах с очистных сооружений и в почвах внутри и вокруг химического завода в Китае. Окружающая среда. науч. Технол. 48, 1525–1531. дои: 10.1021/es405171t

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжан, К., Хан, М.У., Линь, X., И, В., и Лей, Х. (2020). Зеленые композиты, произведенные из остатков отходов целлюлозно-бумажной промышленности: устойчивый способ обращения с промышленными отходами. Дж. Чистый. Продукт. 262:121251. doi: 10.1016/j.jclepro.2020.121251

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжун, X., Чжоу, Ю., Хе, М., Тонг, Ю., Фан, Л., и Цай, З. (2017). Синтез покрытого органосилоксаном SiO 2 /CeO 2 с многослойной иерархической структурой и его применение в оптических рассеивателях. Дж. Матер. науч. 52, 12806–12817. doi: 10.1007/s10853-017-1281-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжу, П., Абдельазиз, О.Ю., Халтеберг, К.П., и Рисагер, А. (2020). Новые синтетические подходы к биотопливу из лигноцеллюлозной биомассы. Курс. мнение Зеленый сустейн. хим. 21, 16–21.doi: 10.1016/j.cogsc.2019.08.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цзыфан, X., Сюйсян, Д., и Хуан, К. (2017). Исследование технологии и производительности деградации оксидов азота в соответствии с наружным большим цементобетонным барьером. Интегр. Ферроэлектр. 178, 58–66. дои: 10.1080/10584587.2017.1323549

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цумштейн, М. Т., Шинтлмайстер, А., Нельсон, Т. Ф., Баумгартнер, Р., Вёбкен, Д., Вагнер, М., и соавт. (2018). Биодеградация синтетических полимеров в почвах: отслеживание углерода до CO ₂ и микробной биомассы. Науч. Доп. 4:eaas9024. doi: 10.1126/sciadv.aas9024

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

искусство и наука воспроизведения молекул живой природы и создания себе подобных в лаборатории

Proc Math Phys Eng Sci. 2014 8 марта; 470(2163): 20130690.

Факультет химии, Коллектив биологических исследований, Университет Райса, 6100 Main Street, MS-602, Хьюстон, Техас 77005, США

Королевское общество в 2013 году.

Поступила в редакцию 15 окт. 2013 г.; Принято 18 ноября 2013 г.

Copyright © 2014 Автор(ы) Опубликовано Королевским обществом. Все права защищены. Эта статья цитировалась в других статьях PMC.

Abstract

Синтетические химики-органики могут воспроизвести некоторые из самых интригующих молекул живой природы в лаборатории и применить свои разработанные синтетические стратегии и технологии для создания их вариаций. Такие молекулы облегчают биологию и медицину, поскольку они часто находят применение в качестве биологических инструментов и кандидатов в лекарства для клинической разработки. Кроме того, используя сложные каталитические реакции и правильно разработанные синтетические процессы, они могут синтезировать не только молекулы природы и их аналоги, но и множество других органических молекул для потенциального применения во многих областях науки, техники и повседневной жизни. После краткого исторического введения в данной статье основное внимание уделяется последним достижениям в области органического синтеза с наглядными примерами тотального синтеза сложных биоактивных молекул, природных или созданных в лабораториях автора, и их влиянию на химию, биологию и медицину.

Ключевые слова: химия, биология, медицина, натуральные продукты, противораковые средства, нейротоксины

1. Введение

Среди того, что имеет наибольшее значение, является сама материя. Поэтому неудивительно, что химия, наука о материи, рассматривается многими как центральная наука, лежащая между физикой и биологией. Его сила проистекает из его способности анализировать и синтезировать молекулы из атомов и других, более или менее сложных молекул. Последняя практика, синтез, имеет первостепенное значение для нашего благополучия, поскольку с ее помощью мы создаем новые химические соединения (т.е. молекулы), из которых мы получаем наши самые ценные материальные объекты. Поддисциплина синтеза — это органический синтез, искусство и наука о создании веществ, природных или искусственных, основным элементом которых является углерод. Флагманом органического синтеза является тотальный синтез, стремление синтезировать молекулы живой природы в лаборатории. Способность человека копировать молекулы живых существ и создавать другие молекулы, подобные им, является выдающимся достижением в истории человечества.Его рождение восходит к 1828 году, когда немецкий химик Фридрих Вёлер, иностранный член Королевского общества (ForMemRS), синтезировал мочевину, пример природного вещества из живого мира [1]. Такие молекулы широко известны как натуральные продукты, термин, обычно относящийся к вторичным метаболитам. Творческая природа тотального синтеза позволила этой дисциплине называться изящным искусством и точной наукой. Производные от него технологии и органический синтез в целом принесли обществу впечатляющую пользу, включая полезные продукты, начиная от фармацевтических препаратов, красителей, косметики и сельскохозяйственных химикатов и заканчивая диагностикой и высокотехнологичными материалами, используемыми в компьютерах, мобильных телефонах и космических кораблях. [2].

2. Органический синтез в перспективе

Мир резко изменился за последние два столетия в результате научных открытий и их применения. Одним из самых глубоких из этих открытий является появление органического синтеза, о чем свидетельствует синтез мочевины Вёлером. И хотя его основы восходят к той эпохе, это начальное событие, вместе с развитием структурной теории и аналитических методов, дало импульс его развитию и применению в нескольких областях.Но каковы были условия и основы, позволившие этой науке возникнуть? И откуда они пришли? Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны вернуться в древние времена, когда люди практиковали превращения материи как средство для приготовления пищи, лекарств, красок, инструментов и оружия. Артефакты, оставшиеся от древних цивилизаций, таких как египтяне, вавилоняне, греки, римляне и китайцы, свидетельствуют о таких усилиях, хотя не было никакого существенного понимания природы этих преобразований.Однако любопытство к природе побудило древних греков думать и размышлять о материи, практика, которая привела Демокрита к теории атома.

Последний послужил основой, из которой на заре девятнадцатого века возникла более точная атомная теория английского химика и физика Джона Дальтона, члена Королевского общества (FRS). Теория Дальтона была одним из самых влиятельных теоретических достижений в науке всех времен и дала огромный импульс дальнейшему развитию химии [3].Но прежде чем двигаться вперед во времени, мы должны упомянуть алхимиков и их практики, которые можно проследить до тысячелетий назад на Ближнем Востоке и Востоке и которые преобладали позже, в Средние века, в Европе. Благодаря этим усилиям в восемнадцатом веке медленно возникла современная химия. Среди главных действующих лиц, ответственных за переход от алхимии к современной химии, был уроженец Ирландии Роберт Бойль (FRS), который был и алхимиком, и современным химиком. Он изложил свою философию в своей книге «Химик-скептик» , которая была опубликована в 1661 году, через год после основания Королевского общества.Бойль продвигал эксперименты, основанные на чистоте, точности и данных.

Эксперименты и количественный анализ были подняты на более высокий уровень французским химиком Антуаном-Лораном де Лавуазье (ForMemRS), которого многие считают отцом современной химии, а Бойля считают дедушкой. Лавуазье описал свою химическую философию и методы в своем Traité Élémentaire de Chimie , который послужил основой для возникновения современной химии. Его химия была в основном неорганической и основывалась на сжигании и элементном анализе.Лавуазье опубликовал список химических элементов, но не смог отличить их от атомов; последнему пришлось ждать атомной теории Дальтона и последующих разработок, которые утвердились в девятнадцатом веке. Среди этих разработок было появление органической химии, раздела химии, изучающего органические соединения, состоящие из углерода и некоторых других элементов, чаще всего водорода, кислорода, азота, серы, фосфора и галогенов.

Химия натуральных продуктов зародилась в восемнадцатом веке, прежде всего, в результате работы аптекарей, фармацевтов того времени, среди которых наиболее выдающимся был швед Карл Вильгельм Шееле.Ему, помимо того, что ему приписывают идентификацию кислорода, он открыл несколько встречающихся в природе органических кислот, включая лимонную, галловую, яблочную, молочную, щавелевую и мочевую кислоты. Шееле также разработал важные практические лабораторные методы, такие как дистилляция и кристаллизация.

К началу девятнадцатого века была подготовлена ​​почва для появления органической химии вообще и органического синтеза в частности. Таким образом, помимо развития теории атома Дальтона, возник ряд других важных открытий и идей, которые в конечном итоге привели к пониманию строения молекулы и искусству ее синтеза.В число первоначальных выдающихся вкладов в создание основ современной химии входят работы английского химика Хамфри Дэви (FRS и президент Королевского общества), шведского химика Йонса Якоба Берцелиуса (ForMemRS), английских химиков Александра Уильямсона (FRS) и Уильяма Одлинг (FRS) и французский химик и физик Жозеф Гей-Люссак (ForMemRS). Их теории и открытия послужили основой для дальнейших достижений, включая различие между атомным и эквивалентным весом, структурную теорию и тетраэдрическую природу углерода.Среди главных действующих лиц этих разработок были французские химики Жан-Батист Андре Дюма (ForMemRS), Огюст Лоран, Шарль Герхардт, Жозеф Ле Бель и К. Адольф Вюрц (ForMemRS), немецкий химик Фридрих Август Кекуле (ForMemRS), итальянские химики Амедео Авогадро и Станислао Канниццаро ​​(ForMemRS), российский химик Дмитрий Менделеев (ForMemRS), французский физик, химик и математик Жан-Батист Био (ForMemRS), французский химик и микробиолог Луи Пастер (ForMemRS) и голландский химик Якобус Вант-Гофф (ForMemRS) [1,3].

3.  Возникновение и эволюция органического синтеза и полного синтеза

Развитие экспериментальных методов практической химии и открытие природных веществ, таких как мочевина, хинин, морфин и стрихнин, в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков заложили основы и послужили толчком к возникновению органического синтеза [1].

Как упоминалось выше, первым натуральным продуктом, синтезированным в лаборатории, была мочевина (молекулярную структуру мочевины и других важных молекул, упомянутых в этой статье, см. ).Это знаменательное событие, хотя и случайное открытие, означало, что человек может создавать органические соединения, молекулы живой природы, в лаборатории и без помощи живых существ или их органов. Эта важная особенность привела к падению витализма, пониманию явления изомерии и к революции в науке, получившей название органического синтеза. Поскольку мочевина была природным органическим соединением, веха ее синтеза также знаменует собой рождение полного синтеза, поддисциплины органического синтеза, связанной с построением природных органических молекул.За достижением синтеза мочевины Вёлером последовал полный синтез уксусной кислоты, природного продукта, содержащего два атома углерода (в отличие от мочевины), немецким химиком Германом Кольбе (ForMemRS) в 1845 году.

Выберите исторические вехи достижения полного синтеза (* формальный полный синтез).

Вскоре после своего появления появление органического синтеза породило сначала красильную промышленность, а затем фармацевтическую промышленность с синтезом и коммерциализацией лилового (или мовеина) и ацетилсалициловой кислоты (аспирина), соответственно, вызвав эти промышленные революции.Первое открытие было сделано, также по счастливой случайности, английским химиком Уильямом Генри Перкином (FRS) во время его попыток синтезировать хинин (чудесный натуральный продукт, используемый в качестве лекарства для лечения малярии), используя ошибочный рецепт. В то время Перкин был учеником немецкого химика Августа Вильгельма фон Хофмана (FRS), который основал и руководил Королевским химическим колледжем в Лондоне по приглашению королевы Виктории. Второе открытие было сделано немецким химиком Феликсом Хоффманном в компании Bayer и было основано на выделении и выяснении структуры салицина, активного болеутоляющего ингредиента коры ивы, лечебные свойства которого были известны с древних времен [2].

Действительно, натуральные продукты сыграли решающую роль в возникновении и развитии органического синтеза с момента его зарождения до наших дней. Таким образом, с первых дней элементного анализа природных продуктов эти вещества очаровывали и бросали вызов химикам-органикам, сначала их структурным объяснением, а затем их полным синтезом. К началу двадцатого века химики синтезировали, помимо мочевины и уксусной кислоты, множество природных и искусственных молекул, включая индиго, ализарин, глюкозу, кониин и салициловую кислоту, предшественник ацетилсалициловой кислоты.Они также открыли несколько новых реакций и применили их к синтезу широкого спектра органических соединений, включая многие производные бензола, известные под общим названием ароматические соединения [1–3].

Крупнейшие достижения в области органического синтеза и полного синтеза последних десятилетий XIX века получили широкое признание и заслуженное признание, что подтверждается двумя Нобелевскими премиями по химии, присужденными за первые 5 лет существования премии [4]. Первый был вручен немецкому химику Эмилю Фишеру (ForMemRS) в 1902 году «в знак признания выдающихся заслуг, которые он оказал своей работой по синтезу сахара и пуринов», а второй — немецкому химику Адольфу фон Байеру (ForMemRS) в 1905 году «в знак признания за его заслуги в развитии органической химии и химической промышленности, благодаря его работе над органическими красителями и гидроароматическими соединениями».Еще много Нобелевских премий будут присуждаться с заметной частотой и регулярностью, отражая впечатляющие успехи, постоянно достигнутые в этих областях на протяжении двадцатого века, подчеркивая их важность для науки и общества. Эти успехи стали возможными не только благодаря открытиям и изобретениям в области органического синтеза с точки зрения новых синтетических реакций, методов и стратегий, но и благодаря совершенствованию аналитических методов и инструментов, а также теорий, которые привели к лучшему пониманию процессов. природа химической связи [5] и химическая активность.Выделение и структурное объяснение новых молекулярных архитектур из природных источников послужили топливом и источником вдохновения для практиков тотального синтеза. Среди наиболее важных новых реакций, открытых в первой половине двадцатого века, были каталитическая реакция гидрирования ненасыщенных углерод-углеродных связей французским химиком Полем Сабатье (ForMemRS) и реакция Гриньяра для образования углерод-углеродных связей французским химиком. химик Виктор Гриньяр. Сабатье и Гриньяр разделили Нобелевскую премию по химии 1912 года за свои новаторские и влиятельные открытия.Еще одним очень влиятельным открытием той эпохи была реакция Дильса-Альдера (циклоприсоединение 4 + 2 для построения шестичленных кольцевых соединений), сделанная немецкими химиками Отто Дильсом и Куртом Альдером в 1928 году. Их работа была отмечена в 1950 году Нобелевской премией по химии. . Был синтезирован ряд относительно сложных алкалоидов природного происхождения, в том числе тропинон, хинин, морфин и стрихнин. Полный синтез стрихнина был осуществлен американским химиком Робертом Бернсом Вудвордом (ForMemRS), крупной фигурой, возглавившей революционное движение в этой области в 1950-х и 1960-х годах, кульминацией которого стало его признание Шведской королевской академией наук с Нобелевской премией 1965 года. кандидат химических наук «за заслуги в области органического синтеза» [6].К тому времени, в дополнение к стрихнину, он синтезировал хинин (формальный полный синтез), резерпин, хлорофилл и цефалоспорин, а затем завершил полный синтез витамина B ₁₂ , наиболее сложного природного продукта, воспроизводимого в организме. лаборатории в то время в сотрудничестве со швейцарским химиком Альбертом Эшенмозером (ForMemRS) [7]. Вклад Вудворда также включал внедрение современных приборов для структурной очистки и разъяснения, а также теоретические аспекты органической химии, например, правила Вудворда-Хоффмана.

Тем временем впечатляющий успех пенициллина как антибиотика, спасающего жизнь, дал толчок к открытию широкого спектра новых биологически активных натуральных продуктов из микроорганизмов, у руля которых сначала стояли фармацевтические компании, а вскоре и к ним присоединятся академические институты. Многие из этих соединений стали клиническими средствами для лечения болезней, а некоторые используются даже сегодня. Их привлекательность привлекла внимание синтетических химиков-органиков второй половины двадцатого века и привела к крупным достижениям в области полного синтеза.Человеческие гормоны, такие как стероиды и эйкозаноиды (например, простагландины, тромбоксаны и лейкотриены), играли ту же роль, что и натуральные продукты, полученные из растений и микробов, стимулируя и вдохновляя молодых практиков, начинающих работать в этой области. Одним из таких практиков был американский химик Элиас Дж. Кори (ForMemRS), чей легендарный вклад помог решающим образом сформировать органический синтез во второй половине двадцатого века. Его достижения включали введение теории ретросинтетического анализа, разработку нескольких новых синтетических методов, реагентов и катализаторов, а также полный синтез многочисленных биоактивных природных веществ, в том числе нескольких представителей классов простагландинов, лейкотриенов и макролидов, гинкголида В, майтанзина. и эктеинацидин 743.Кори был удостоен Нобелевской премии по химии в 1990 г. «за разработку теории и методологии органического синтеза» [8–10].

Вторая половина двадцатого века стала свидетелем впечатляющих достижений в области новой синтетической методологии, которая подняла искусство органического синтеза на более высокий уровень элегантности, практичности и эффективности. Эти новые методы облегчили исследовательские исследования, разработку продуктов и производство фармацевтических препаратов и других тонких химикатов, которые принесли пользу обществу.Среди наиболее мощных из этих полезных реакций — реакция Виттига для построения углерод-углеродных двойных связей, разработанная немецким химиком Георгом Виттигом, и реакция гидроборирования, разработанная американским химиком Гербертом К. Брауном. Браун и Виттиг разделили Нобелевскую премию по химии 1979 года «за разработку использования бор- и фосфорсодержащих соединений соответственно в важных реагентах в органическом синтезе». Вклад английского химика сэра Дерека Х. Р. Бартона (FRS) и норвежского химика Одда Хассела в конформационный анализ сыграл важную роль в формировании нашего понимания молекулярной структуры, которая способствовала химической реакционной способности и селективности.Открытия Бартона вышли далеко за рамки стереохимии и проникли в другие области органического синтеза, такие как биомиметические реакции окислительного сочетания и радикальная химия. Его новаторские исследования в последней области включали методы дезоксигенации и оксигенации (активация / функционализация C-H), которые оказались очень полезными и вдохновляющими химиков-органиков его и последующих поколений. Бартон и Хассель разделили Нобелевскую премию по химии 1969 года «за вклад в развитие концепции конформации и ее применение в химии».Американский химик Гилберт Сторк (ForMemRS) и Альберт Эшенмозер внесли новаторский вклад в органический синтез, имеющий теоретическое и практическое значение. Так, в 1955 году они независимо друг от друга предложили так называемую гипотезу Сторка-Эшенмозера, утверждающую, что полиненасыщенные молекулы, обладающие всеми 90 963 транс-90 964 олефиновыми связями (например, оксид сквалена, биосинтетический предшественник стероидных гормонов), должны подвергаться стереоспецифической циклизации, чтобы снабдить полициклическую систему всеми 90 963 стереохимия слияния колец транс (например,г. транс , транс , транс для даммаратиенола, продукта циклизации сквалена). Позже эта гипотеза была экспериментально подтверждена У. С. Джонсоном, который осуществил первый биомиметический полный синтез прогестерона в 1971 году. Аист внес несколько других конструктивных вкладов в органический синтез, включая стереоконтроль, каскадные радикальные реакции и полный синтез. Вклад Эшенмозера в органический синтез столь же впечатляет и включает реакции регио- и стереоконтроля, разработку методов, химию коррина и вышеупомянутый знаковый общий синтез витамина B ₁₂ .Другие важные реакции включают процессы образования фосфатных и амидных связей, открытые американским биохимиком индийского происхождения Х. Гобиндом Хораной (ForMemRS; Нобелевская премия по физиологии и медицине 1968 г., разделенная с американскими биохимиками Робертом У. Холли и Маршаллом У. Ниренбергом) и американским биохимиком. Р. Брюс Меррифилд (Нобелевская премия по химии 1984 г.) за синтез олигонуклеотидов и пептидов соответственно. Между тем, каталитические асимметричные реакции окисления, восстановления и множество других важных процессов (Нобелевская премия по химии 2001 года присуждена американскому химику К.Барри Шарплесс, японский химик Рёдзи Ноёри (ForMemRS) и американский химик Уильям С. Ноулз), реакции метатезиса (Нобелевская премия по химии 2005 г. присуждена американским химикам Роберту Х. Граббсу и Ричарду Р. Шроку (ForMemRS) и французскому химику Иву Шовену) за построение олефиновых связей и циклических структурных мотивов и полимеров, а также катализируемые палладием реакции образования перекрестных связей углерод-углерод (Нобелевская премия по химии 2010 г. присуждена американскому химику Ричарду Ф. Хеку и японским химикам Эй-ити Негиши и Акира Судзуки ) изменили то, как химики-синтетики думали и практиковали свою науку.

Влияние органического синтеза на науку и технику не ограничивается биологией и медициной. Он охватывает многие другие научные и технологические начинания и способствует их совершенствованию, охвату и досягаемости. Среди наиболее заметных областей, которые получили огромную пользу от применения органического синтеза, — молекулярное распознавание и супрамолекулярная химия, материаловедение, нанотехнологии и химическая биология. Действительно, вселенная соединений, синтезированных с помощью органического синтеза, природных и искусственных, очень велика и может быть почти бесконечной.Отражением прогресса, достигнутого в органическом синтезе в последние годы, являются многочисленные элегантные полные синтезы биологически и медицинских важных молекул, достигнутые в лабораториях по всему миру [11–15].

4. Усилия по полному синтезу

Выбор целевой молекулы из множества натуральных продуктов для полного синтеза практикующим специалистом зависит от новизны ее молекулярной структуры, биологической активности и природного дефицита, помимо других критериев.Таким образом, некоторые химики-синтетики могут захотеть использовать структуру молекулы как возможность открыть и разработать новые реакции для неудовлетворенных потребностей в органическом синтезе, чтобы построить его необычные или чувствительные структурные мотивы. Другие могут быть заинтересованы в исследовании и разработке дефицитного биологически активного природного продукта или его разновидности в качестве биологического инструмента или фармацевтического препарата-кандидата для разработки в качестве клинического средства для использования против болезней. И все же другие, возможно, пожелают провести кампанию полного синтеза интеллектуального вызова и явного волнения, которое он обеспечивает.К этим причинам следует добавить образование и обучение молодых студентов и навыки решения проблем, которые они приобретают в ходе таких усилий, а также ценность фундаментальных открытий, которые часто делаются посредством логических рассуждений или интуиции.

Попытки полного синтеза могут быть более или менее сложными в зависимости от сложности целевой молекулярной структуры. Простые и химически стабильные молекулы легче поддаются синтезу, чем молекулы со сложной и лабильной архитектурой.Однако сложность не всегда означает размер, когда речь идет о молекулах и их конструкции. Таким образом, меньшая молекула с необычными связями атомов и структурными мотивами всегда представляет больше проблем для химиков-органиков, чем молекула, обладающая более крупной, но повторяющейся структурой, такой как полимер, полипептид или полинуклеотид.

Чем сложнее кажется полный синтез, тем больше у него шансов открыть и изобрести новые синтетические стратегии и технологии.И чем выше важность биологии и медицины молекулы-мишени, тем богаче, вероятно, будет урожай преимуществ и вознаграждений за усилия. Такие кампании часто превращаются в интересные химико-биологические исследования и программы открытия лекарств посредством молекулярного дизайна и синтеза аналогов природного продукта. Избранные молекулы-мишени, показанные в, являются лишь некоторыми из тех, которые были созданы в наших лабораториях на протяжении многих лет [16]. Случаи калихеамицина ( 1 ), таксола ( 2 ) и бреветоксина В ( 3 ) являются примерами общих усилий по синтезу, которые мы проводили, и будут освещены ниже.

Избранные молекулы, синтезированные в лабораториях автора.

5. Полный синтез калихеамицина

Калихеамицин ( 1 , ) — удивительная молекула, интрига которой связана не только с ее феноменальными цитотоксическими свойствами и потенциалом противоракового агента, но также с потрясающей молекулярной архитектурой и увлекательным механизмом действия. действие. На момент выделения из Micromonospora echinospora ssp. calichensis в 1980-х годах, ни его структура, ни его механизм действия не были прецедентами.Особенно поразительными были 10-членные ендииновые, олигосахаридные и трисульфидные структурные мотивы молекулы калихеамицина, все три из которых вовлечены в механизм его действия, приводящий к летальным двухцепочечным разрезам генетического материала (двойной спирали ДНК). Этот механизм можно сравнить с механизмом управляемой ракеты, в которой ендииновая часть действует как взрывная нагрузка (генерируя реактивные бирадикалы бензоидов посредством циклоароматизации Бергмана), олигосахаридный домен — как система доставки (связываясь с малой бороздкой ДНК) и трисульфид устройство как пусковое устройство (инициирующее при активации реакцию циклоароматизации Бергмана).Имея все эти изысканные функции, мы подготовили почву для того, что, как мы ожидали, станет захватывающим приключением, когда мы отправились в путь к полному синтезу калихеамицина в конце 1980-х годов. Действительно, с самого начала мы понятия не имели, сможем ли мы когда-нибудь добраться до пункта назначения, поскольку проблемы, стоящие перед нами, были огромными и непредсказуемыми из-за демонической сложности молекулы и ее потенциальной химической нестабильности.

Особенности полного синтеза калихеамицина: ( a ) в ретросинтетическом формате и ( b ) в прямом синтетическом формате.

Каким бы трудным и трудным ни был парус, 5 лет спустя он триумфально привел нас к калихеамицину, нашей молекулярной «Итаке». Самое главное, что мы прибыли туда намного поумневшими и вполне довольными щедростью открытий и изобретений, собранных в пути. Эти награды пришли в виде новых синтетических методов и стратегий, разработанных аналогов калихеамицина, обладающих сходными биологическими свойствами, несмотря на их более простую структуру, и окончательного подтверждения изначально заданной структуры натурального продукта.Детали нашего полного синтеза калихеамицина были опубликованы и рассмотрены на других форумах [17-19] и, следовательно, не будут рассматриваться здесь, кроме основных моментов, описанных в . Как показано в и в ретросинтетическом формате, ряд разъединений стратегических связей позволил определить набор строительных блоков (т.е. 4 , 11 – 16 , b ), которые были сконструированы, соединены и соответствующим образом обработаны до двух более крупных промежуточных соединений: ендиинового фрагмента 10 и олигосахаридного фрагмента 17 .Затем эти два домена были соединены посредством реакции гликозидирования, чтобы получить весь каркас молекулы в требуемом пространственном расположении атомов. Этот улучшенный промежуточный продукт затем трансформировали в синтетический калихеамицин ( 1 ), идентичный во всех отношениях (энантиомерный, хроматографический, спектроскопический и масс-спектрометрический) природному веществу. Группа Danishefsky сообщила о втором синтезе калихеамицина [20].

Попытка полного синтеза калихеамицина оказалась восхитительно богатой фундаментальными и прикладными знаниями.Таким образом, были разработаны новые синтетические стратегии и технологии для конструирования беспрецедентных структурных мотивов молекулы, а также разработана, синтезирована и протестирована серия аналогов на их способность расщеплять двухцепочечную ДНК и убивать опухолевые клетки. В целом, наши синтетические исследования калихеамицина заложили основы, которые сформировали эндииновую область противоопухолевых антибиотиков [21]. Эта область по-прежнему вызывает большой интерес как у ученых, так и у клиницистов, поскольку появляются новые природные и созданные природой и лабораторные исследования.

Одним из наиболее многообещающих новых природных находок является унциаламицин, дефицитный ендийновый противоопухолевый антибиотик, недавно выделенный из морского существа. Наши первые полные синтезы унциаламицина [22, 23], которые привели к его полному структурному назначению, в настоящее время оптимизируются и используются в качестве средства для производства этого природного продукта и его аналогов в больших количествах, а также в качестве потенциальной полезной нагрузки для конъюгации с антителами. Такие конъюгаты антител с лекарственными средствами (ADC) недавно были провозглашены потенциальными «волшебными пулями» для направленной химиотерапии рака [24].Первым препаратом ADC, одобренным для клинического применения в начале 1990-х годов, был гемтузумаб озогамицин (Mylotarg; Wyeth/Pfizer), конъюгат антитело-линкер-калихеамицин, направленный против острого миелоидного лейкоза. Хотя позже Милотарг был отозван из-за соображений эффективности/безопасности, он оказался вдохновляющим и путеводным. Сегодня на рынке есть по крайней мере два препарата ADC для химиотерапии рака: брентуксимаб ведотин (Adcetris; Seattle Genetics и Millennium/Takeda; против распространенной лимфомы Ходжкина) и трастузумаб эмтанзин (Kadcyla; Genentech/Roche; против HER2-позитивной молочной железы на поздних стадиях). рак).Многие другие кандидаты в препараты ADC в настоящее время находятся на разных стадиях разработки [24].

6. Полный синтез таксола

Легендарные противораковые свойства таксола (паклитаксела) сочетаются с интригой его открытия и разработки в качестве противоракового препарата во второй половине двадцатого века. Первоначально выделенный из Taxus brevifolia (тиса тихоокеанского) и структурно охарактеризованный в начале 1970-х годов, таксол оставался научной диковинкой до тех пор, пока в начале 1980-х годов не был признан его антимитотический механизм действия в качестве противоопухолевого агента.Последнее открытие дало импульс его клинической разработке, и в начале 1990-х он стал одобренным лекарством. В настоящее время таксол является одним из наиболее эффективных и широко используемых противоопухолевых препаратов при различных видах рака, который вводят пациентам отдельно или в комбинации с другими препаратами. Естественная нехватка молекулы в ее первоначальном источнике в сочетании с ожидаемым спросом на лекарство вызвала необходимость в его лабораторном синтезе в 1980-х годах, что было сорвано огромной сложностью задачи из-за ее молекулярной сложности.Действительно, многочисленные группы по всему миру приступили к его полному синтезу в то время, а другие по сей день продолжают быть заинтригованы его структурой как синтетической мишенью. Важность и привлекательность таксола не ускользнули от нас, и в начале 1990-х годов мы инициировали кампанию по его синтезу, которая завершилась первым опубликованным полным синтезом таксола в 1994 году [25].

Стратегия, разработанная для синтеза таксола, была основана на принципе конвергенции, означающем, что ряд ключевых строительных блоков должен был быть определен, сконструирован и последовательно соединен, а полученные промежуточные продукты были выращены и усовершенствованы для получения конечной целевой молекулы.Эта стратегия, представленная в ретросинтетическом формате в виде и , определяла посредством указанных разъединений стратегических связей строительные блоки 22 , 27 и 32 ( b ). Эти промежуточные соединения были сконструированы, соединены и обработаны, как описано в b , посредством серии ключевых реакций, обозначенных стрелками. Таким образом, два [4+2] циклоприсоединения (реакции Дильса-Альдера) были использованы для превращения исходных веществ 18 и 19 и 23 и 24 в циклогексеновые системы 21 и 26

8 20

и 25 соответственно.Каждый из этих процессов был примечателен по разным причинам. Первый привел к ожидаемому (по правилам реакции Дильса-Альдера) региоизомеру, кольцу А ( 21 ), несмотря на сильное стерическое скопление вокруг двух соседних тетразамещенных (четвертичных) углеродных центров в этом соединении. Второе [4+2]-циклоприсоединение, ведущее после дальнейшей перегруппировки к кольцу С ( 26 ), впечатляло региохимической исключительностью, благодаря которой оно происходило вследствие временного связывания бора, которое правильно ориентировало два реагента-партнера в пространство, как показано в 25 .Последующая разработка 21 и 26 предоставила необходимые строительные блоки 22 и 27 соответственно. Связывание этих ключевых строительных блоков посредством реакции Шапиро стереоселективно привело к продукту 28 . Дальнейшая обработка последнего соединения дала бисальдегид 29 , замыкание кольца которого в присутствии только что полученного металлического титана дало желаемую кольцевую систему ABC растущей молекулы 30 посредством процесса, известного как реакция Мак-Мерри.Этот усовершенствованный промежуточный продукт был затем подвергнут дальнейшей обработке, что привело к соединению 31 , которое было селективно связано с β -лактамом 32 с получением после соответствующего снятия защиты синтетического таксола ( 1 ), идентичного во всех отношениях натуральный продукт. В последней реакции сочетания β -лактам служил заменителем боковой цепи таксола, как и ожидалось на основании хорошо известного химического состава этого структурного мотива. Действительно, такая же реактивность проявляется в антибактериальном механизме действия пенициллина и других β -лактамных антибиотиков.Дополнительные стратегические и экспериментальные детали нашего полного синтеза таксола можно найти в оригинальных публикациях и нескольких обзорах [19,25,26].

Особенности полного синтеза таксола: ( a ) в ретросинтетическом формате и ( b ) в прямом синтетическом формате.

Помимо нашего полного синтеза, Holton et al. сообщил о ряде других элегантных полных синтезов таксола. [27], Danishefsky и др. [28], Wender и др. [29], Мукаяма и др. [30] и Куваджима с сотрудниками [31]. В совокупности эти достижения продвинули искусство и науку органического синтеза, позволили разработать и синтезировать многочисленные аналоги таксола, а также способствовали биологическим исследованиям и усилиям по открытию лекарств в этой области, включая идентификацию биологических инструментов и кандидатов в лекарства. В дополнение к методологическим разработкам и облегчению биологии и медицины, полный синтез таксола служил для демонстрации высокого уровня техники полного синтеза в то время и послужил источником вдохновения для дальнейших достижений в этой области.

7. Полный синтез бреветоксина B

Давно известное явление «красного прилива», первый пример которого, возможно, упоминается в Библии, часто является причиной крупных катастроф, связанных с экологическим ущербом, массовой гибелью рыбы и отравлением людей. и других живых существ через потребление морепродуктов. Двумя наиболее известными ядами, связанными с этими угрожающими явлениями, являются сильнодействующий нейротоксин бреветоксин B ( 3 ) и родственная ему молекула бреветоксин A.

Основные моменты полного синтеза бреветоксина B: ( a ) в ретросинтетическом формате и ( b ) в прямом синтетическом формате.

Вырабатываемый динофлагеллятом Karenia brevis , бреветоксин B ( 3 ) был выделен и структурно изучен в 1981 году. Его молекулярная структура представляет собой потрясающе красивую совокупность атомов углерода, кислорода и водорода, расположенных точно в пространстве в виде лестницы. массив из 11 колец, размером от шести до восьми членов.Такие структуры были беспрецедентными в то время, и, как таковые, они бросали вызов и вдохновляли химиков-органиков, чье стремление продвинуть свою науку на более высокий уровень сложности часто подпитывается открытиями новых структурных мотивов в природе. Действительно, это было нашей главной мотивацией приступить к кампании полного синтеза бреветоксина B [32–34], а затем и его родственного родственного бреветоксина A [19,35].

Невероятная молекулярная структура бреветоксина В означала отсутствие подходящих методов его конструирования, в частности структурных единиц циклического эфира разного размера.Такое положение дел требовало поиска таких методов в качестве предварительного условия перед любой серьезной попыткой разработать стратегию синтеза молекулы. Этот поиск был плодотворным и привел к изобилию новых синтетических методов конструирования циклических эфиров, общих структурных мотивов в природных и созданных молекулах, имеющих биологическое и медицинское значение. Эти синтетические технологии и стратегии подробно описаны в предыдущих статьях и не будут далее комментироваться здесь, за исключением двух, которые сыграли ключевую роль в синтезе бреветоксина B и других морских биотоксинов, подобных лестнице.Это регио- и стереоспецифическое внутримолекулярное раскрытие гидроксиэпоксидов, несущих олефиновую связь рядом с эпоксидной углерод-кислородной связью, которая подвергается начальной нуклеофильной атаке с образованием тетрагидропирановых систем (структурные мотивы шестичленного циклического эфира), и гидроксидитиокетальная циклизация, приводящая к к оксоценовым системам (восьмичленные циклические эфирные структурные мотивы).

Вооружившись нашими недавно разработанными синтетическими технологиями, мы смогли разработать успешную стратегию в отношении нашей целевой молекулы бреветоксина B [32,33], но не раньше трудной одиссеи продолжительностью 12 лет, полной невообразимых приключений и волнений [34 ].резюмирует разработанную синтетическую стратегию как в ретросинтетическом формате ( a ), который определил исходные материалы и ключевые строительные блоки, так и в прямом синтетическом направлении ( b ), что позволило соединить и проработать построенные строительные блоки с конечная молекула-мишень.

Таким образом, как показано в b , полный синтез бреветоксина В начался с d-маннозы ( 34 ), легкодоступного исходного материала, который обеспечивал соответствующую хиральность для достижения целевой молекулы в ее встречающейся в природе энантиомерной форме.Этот материал был переработан в гидроксиэпоксид 35 , который прекрасно послужил предшественником следующего желаемого промежуточного соединения, трициклической системы 36 , посредством катализируемого кислотой регио- и стереоселективного раскрытия гидроксиэпоксида в соответствии с нашими специально разработанными условиями для образования тетрагидрофурана. как указано выше. Последний затем был преобразован в кольцевую систему IJK альдегид дитиокеталь 37 в ожидании соединения с более крупным фрагментом ABCDEFG ( 41 ), построение которого началось с 2-дезокси-d-рибозы ( 38 ), еще одного легко доступный исходный материал, обладающий правильной хиральностью для наших целей, и проходил через промежуточные соединения 39 и 40 .Усовершенствованные ключевые промежуточные соединения 37 и 41 затем были соединены посредством реакции Виттига с образованием гидроксидитиокеталя 42 , замыкание кольца которого под действием перхлората серебра привело сначала к этилтиооксеновой системе 43 , а затем посредством соответствующих химических превращений. , в кольцевую систему ABCDEFGHIJK 44 , содержащую всю ундекациклическую кольцевую структуру бреветоксина B. Дальнейшая разработка последнего предшественника привела к получению синтетического бреветоксина B ( 3 ), идентичного во всех отношениях встречающемуся в природе веществу.В 1995 г. сообщалось, что за полным синтезом бреветоксина B [33,34] последовал наш общий синтез бреветоксина A [35]. После нашей работы группы Наката и Ямамото осуществили второй и третий полный синтез бреветоксина В соответственно [36,37], а группа Кримминса добилась второго полного синтеза бреветоксина А [38].

Проект по бреветоксину B оказался восхитительно обогащенным знаниями и запасами этого дефицитного биотоксина. Что наиболее важно, это подготовило почву для дальнейших достижений в области морских нейротоксинов, подобных лестнице, семейство которых в настоящее время насчитывает более 50 членов и продолжает расти.Помимо бреветоксинов B и A, несколько других членов этого класса были получены рядом групп путем полного синтеза, включая гемибреветоксин, сигуатоксин 3C, гамбиерол, гимнозин A, бреверал и азаспирациды. Эти работы были рассмотрены Nicolaou et al. [39]. Кроме того, были синтезированы крупные фрагменты майтотоксина (см. молекулярную структуру), крупнейшего члена лестничного семейства морских биотоксинов [40].

Молекулярные структуры майтотоксина и мочевины.

8. Перспективы на будущее

С момента своего создания в 1828 году органический синтез находится в постоянном движении, продвигаясь к новым уровням производительности и достижения с точки зрения молекулярной сложности и разнообразия [16,41]. Его приложения были столь же впечатляющими и продолжают расширяться в новых областях, тем самым увеличивая его влияние на науку и общество. Так, из крошечной молекулы мочевины (CH ₄ N ₂ O, см. ), содержащей один атом углерода и не имеющей стереогенного участка, химики-органики нашего времени осмеливаются пытаться синтезировать гигантские молекулы, такие как молекула майтотоксина. (C ₁₆₄ H ₂₅₆ O ₆₈ S ₂ Na ₂ , см. ), крупнейший вторичный метаболит, открытый до сих пор в природе, имеющий 164 атома углерода и 99 участков стереоизомерии [40].А из красителей и фармацевтических препаратов органический синтез стал основой целого нового поколения научных разработок и отраслей, включая полимеры и пластмассы. Попытки полного синтеза позволили получить множество более или менее сложных биологически активных молекул (природных или созданных) для биологических и фармацевтических исследований. Другие синтетические усилия сделали доступными биомолекулы, такие как нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды, а также их меньшие родственники олигонуклеотиды, пептиды и углеводы.Тонкие химикаты, используемые в качестве топлива, пестициды и гербициды, диагностические и медицинские приборы, витамины, парфюмерия, косметика, ткани и всевозможные высокотехнологичные материалы, используемые в телевизорах, компьютерах и других информационных технологиях, транспортных и космических машинах, также являются продуктами органический синтез.

Последнее применение стало возможным только благодаря достижениям в области органического синтеза. Поэтому крайне важно продолжать развивать эту дисциплину ради нее самой и постоянно придумывать новые области ее применения.Первая цель находится в умах и руках практиков органического синтеза, тех, кто посвящает свои усилия открытию и изобретению новых синтетических реакций, методов и стратегий. Действительно, их творчество и воображение уже нацелены на новые направления и амбициозные цели. Среди них каскадные реакции, активация/функционализация С-Н, стратегии биомиметического синтеза, новые металл- и органокаталитические реакции и зеленая химия. В идеале конечной целью практиков органического синтеза должно быть стремление поднять свое искусство и науку до стандартов природы и выше с точки зрения эффективности, практичности и элегантности.

Последняя цель, заключающаяся в разумном применении возможностей органического синтеза на благо других дисциплин и общества, может быть лучше всего достигнута благодаря изобретательности и воображению тех же самых практиков искусства синтеза или других ученых и инженеров, чьи потребности могут быть выполнены с помощью средств органического синтеза. Однако наиболее эффективным способом создания новых приложений и продуктов являются междисциплинарные и трансдисциплинарные исследовательские программы, в которых участвуют ученые из разных дисциплин и обладающие перекрывающимся и взаимодополняющим опытом.Прекрасным примером такого сотрудничества является то, что в настоящее время практикуется среди химиков, биологов и клиницистов в процессе открытия и разработки лекарств. По мере того, как к этому процессу будет привлекаться все больше ученых, ожидается, что появятся новые парадигмы, в которых будут участвовать, помимо химиков, биологов и клиницистов, другие специалисты, такие как специалисты по вычислениям, биоинформатики, инженеры и логики, среди прочих. Их совместные и интегрированные усилия должны привести к улучшению практики открытия и разработки лекарств с более высокой производительностью, меньшими затратами и более высокими шансами на успех в клинике для кандидатов в лекарства.Тем временем активизируются другие аналогичные трансдисциплинарные программы, включая совместные исследования химиков, физиков и материаловедов в области нанотехнологий. Кроме того, можно также представить несколько других серьезных проблем, которые могут выиграть от решений, обеспечиваемых благодаря вкладу органического синтеза. Эти проблемы включают производство продуктов питания, источники энергии и защиту окружающей среды с помощью зеленой химии и других средств.

Я искренне надеюсь, что в этой краткой перспективе мне удалось, по крайней мере частично, объяснить сущность, цель и социальное влияние органического синтеза более широкому кругу читателей этого журнала Королевского общества.Прогресс, достигнутый в этой области за ее почти двухвековую историю, впечатляет, но, учитывая ошеломляющую молекулярную сложность и разнообразие молекул, которые природа может синтезировать с такой восхитительной элегантностью и эффективностью, мы должны признать, что наше мастерство и мастерство в этом искусстве глубоко неадекватный. Мы можем только гадать, что основатель органического синтеза Фридрих Велер думал о его прогрессе, нынешнем уровне техники и его перспективах на будущее. Я подозреваю, что, хотя он был бы счастлив и доволен, он бы побуждал нас продолжать достигать более высоких уровней сложности и на новых пастбищах в поисках дальнейших открытий и применений нового и старого.

Благодарности

Моя искренняя благодарность и глубокая признательность моим многочисленным ученикам, чьи совместные усилия привели к достижениям, описанным в этой статье, и имена которых можно найти в приведенных ниже ссылках и цитируемых в ней документах. Я также хочу выразить благодарность различным агентствам, компаниям и благотворителям, чьи имена можно найти в оригинальных публикациях, за поддержку наших исследовательских программ на протяжении многих лет. И последнее, но не менее важное: я в долгу перед моими учителями и наставниками за их постоянное руководство и вдохновение, а также перед моей женой Жоржеттой, моей дочерью Колетт, моими сыновьями Алексом, Кристофером и П.J., и моего внука, Николя, за их постоянную поддержку и безусловную любовь.

Заявление о финансировании

Эта работа была частично поддержана Национальным институтом здравоохранения США, Институтом химической биологии Скаггса и Техасским научно-исследовательским институтом профилактики рака (CPRIT).

Профиль автора

К. К. Николау получил степень бакалавра наук в Бедфорд-колледже и степень доктора философии в Университетском колледже Лондонского университета под руководством Питера Гарратта и Франца Зондхеймера (FRS).Впоследствии он проводил исследования в качестве научного сотрудника в Колумбийском и Гарвардском университетах под руководством Томаса Дж. Каца и Э. Дж. Кори соответственно. Во время своей независимой карьеры он работал в Пенсильванском университете, Исследовательском институте Скриппса, Калифорнийском университете в Сан-Диего и в настоящее время в Университете Райса, где он является профессором химии Гарри К. и Ольги К. Висс. В период с 2004 по 2010 год он занимал должность директора Лаборатории химического синтеза, основателем которой он был, в A*STAR, Сингапур.Его исследовательская деятельность сосредоточена на открытии и разработке новых синтетических стратегий и технологий, а также на их применении для полного синтеза природных и созданных молекул, имеющих биологическое и медицинское значение. K.C. Nicolaou был избран иностранным членом Королевского общества в 2013 г.

Ссылки

2. Nicolaou KC, Montagnon T. 2008. Молекулы, изменившие мир. Вайнхайм, Германия: Издательство Wiley-VCH [Google Scholar]3. Рок Эй Джей. 1984. Химический атомизм в девятнадцатом веке: от Дальтона до Канниццаро.Колумбус, Огайо: Издательство государственного университета Огайо [Google Scholar]5. Полинг Л. 1939 год. Природа химической связи. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета [Google Scholar]6. Бенфей ОТ, Моррис П.Дж.Т. 2001. Роберт Бернс Вудворд. Филадельфия, Пенсильвания: Фонд химического наследия [Google Scholar]7. Эшенмозер А. 2011. Этиология потенциально первичных биомолекулярных структур: от витамина B ₁₂ до нуклеиновых кислот и исследование химии происхождения жизни: ретроспектива. Ангью. хим.Междунар. Эд. 50, 12 412–12 472 (doi:10.1002/anie.201103672) [PubMed] [Google Scholar]8. Кори Э.Дж., Ченг X-M. 1989. Логика химического синтеза. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Wiley [Google Scholar]9. Кори Э.Дж., Чако Б., Курти Л. 2007. Молекулы и медицина. Вайнхайм, Германия: Wiley [Google Scholar] 10. Кори Э.Дж., Кюрти Л. 2010. Энантиоселективный химический синтез. Мэйлин, Алабама: Директ [Google Scholar]11. Николау К.С., Соренсен Э.Дж. 1996. Классика в тотальном синтезе. Вайнхайм, Германия: Издательство VCH [Google Scholar]12.Николау К.С., Снайдер С.А. 2003. Классика в тотальном синтезе II. Вайнхайм, Германия: Издательство Wiley-VCH [Google Scholar]13. Николау К.С., Чен Дж.С. 2011. Классика в тотальном синтезе III. Вайнхайм, Германия: Издательство Wiley-VCH [Google Scholar]14. Николау К.С., Нилевски С. В прессе. Органический синтез. В книге «Открытия в современной науке: исследования, изобретения, технологии» (под ред. Трефила Дж.). Вудбридж, Коннектикут: Справочник Macmillan USA [Google Scholar]15. Николау К.С., Хейл CRH. В прессе. Стремление к полному синтезу и его влияние на химию, биологию и медицину.Нац. науч. Преп. [Google Scholar] 17. Николау К.С., Хаммель К.В., Пицинос Э.Н., Накада М., Смит А.Л., Шибаяма К., Саймото Х. 1992. Общий синтез калихеамицина γ ₁ ^I . Варенье. хим. соц. 114, 10082–10084 (doi:10.1021/ja00051a063) [Google Scholar]20. Хичкок С.А., Бойер С.Х., Чу-Мойер М.Ю., Олсон С.Х., Данишефски С.Дж. 1994. Конвергентный общий синтез калихеамицина γ ₁ ^I . Ангью. хим. Междунар. Эд. англ. 33, 858–862 (doi:10.1002/anie199408581) [Google Scholar]23.Николау К.С., Чен Дж.С., Чжан Х., Монтеро А. 2008. Асимметричный синтез и биологические свойства унициаламицина и 26-эпи-унциаламицина. Ангью. хим. Междунар. Эд. 47, 185–189 (doi:10.1002/anie.200704577) [PubMed] [Google Scholar]29. Вендер П.А. и соавт. 1997. Путь пинена к таксанам. 6. Краткий стереоконтролируемый синтез таксола. Варенье. хим. соц. 119, 2757–2758 (doi:10.1021/ja963539z) [Google Scholar]30. Мукаяма Т., Сиина И., Ивадаре Х., Сако Х., Тани Ю., Хасэгава М., Сайто К. 1997. Асимметричный общий синтез таксола.проц. Япония. акад. Б 73, 95–100 (doi:10.2183/pjab.73.95) [Google Scholar]31. Морихира К., Хара Р., Кавахара С., Нишимори Т., Накамура Н., Кусама Х., Кувадзима И. 1998. Энантиоселективный полный синтез таксола. Варенье. хим. соц. 120, 12 980–12 981 (doi:10.1021/ja9824932) [Google Scholar]32. Николау К.С., Теодоракис Э.А., Рутьес Ф.П.Дж.Т., Тибес Дж., Сато М., Унтерстеллер Э., Сяо X-Y. 1995. Общий синтез бреветоксина B.I. Каркас CDEFG. Варенье. хим. соц. 117, 1171–1172 (doi:10.1021/ja00108a051) [Google Scholar]33.Николау К.С., Рутьес Ф.П.Т.Т., Теодоракис Э.А., Тибес Дж., Сато М., Унтерстеллер Э. 1995. Общий синтез бреветоксина В. II. Завершение. Варенье. хим. соц. 117, 1173–1174 (doi:10.1021/ja00108a052) [Google Scholar]

органических соединений уничтожают болезнетворные патогены: USDA ARS

Архивная страница

Эта страница была заархивирована и предоставляется только в справочных целях. Страница больше не обновляется, поэтому ссылки на странице могут быть недействительны.

Органические соединения уничтожают болезнетворные патогены

Сандра Авант
28 июня 2012 г. USDA) ученых.

Исследователи из Исследовательского отдела безопасности пищевых продуктов и кормов Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) в Колледж-Стейшн, штат Техас, изобрели новый метод, который включает использование хлората (натрия или соли) и нитросоединений для значительного уменьшения или устранения кишечных бактериальных патогенов у животных. таких как поросята и телята.Нитросоединения — это органические вещества, содержащие одну или несколько нитрогрупп, состоящих из трех атомов — одного азота и двух атомов кислорода, — которые действуют как единое целое.

ARS является главным внутренним научно-исследовательским агентством Министерства сельского хозяйства США.

Хлораты и нитросоединения доказали свою эффективность против пищевых патогенов Salmonella и Escherichia coli O157:H7. Одна только сальмонелла ежегодно вызывает более 1,3 миллиона случаев заболеваний пищевого происхождения у людей, что обходится в 2 доллара США.4 миллиарда. Salmonella и некоторые штаммы E. coli также наносят значительный ущерб свиноводству и животноводству из-за кишечных или кишечных заболеваний новорожденных.

Микробиолог Робин Андерсон и его коллеги из Колледж-Стейшн продемонстрировали эффективность соединения на основе хлората в более ранних исследованиях, смешивая его с водой или кормом и давая крупному рогатому скоту. Соединение, которое было высокоэффективным в снижении штаммов E. coli. , имеет лицензию частной компании.Хлорат также снижает количество Salmonella у индеек и цыплят-бройлеров.

Кроме того, ученые рассматривали использование определенных нитросоединений в качестве метода борьбы с бактериями пищевого происхождения. Бактерии Salmonella или E. coli обрабатывали хлоратом или без него, а также нитросоединениями или без них. Было обнаружено, что хлорат обладает значительной активностью по уничтожению бактерий против E. coli и Salmonella . Тем не менее, хлорат не был одобрен для коммерческого использования в животноводстве в США.С. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. При добавлении нитросоединения активность повышалась в 10-100 раз. Одни только нитросоединения обладали значительной активностью по уничтожению бактерий, которая была более стойкой, чем у хлората.

Андерсон и его команда пришли к выводу, что соединения нитро- и хлората вместе являются лучшим лечением — комбинация, которая может предложить альтернативу некоторым антибиотикам, которые обычно используются для лечения диарейных инфекций у молодых животных.

Подробнее об этом исследовании читайте в выпуске журнала «Сельскохозяйственные исследования » за май/июнь 2012 года.

Тестирование органических веществ в воде | Элемент

Эксперты-экологи Element проводят анализ воды на наличие органических соединений, чтобы помочь консультантам-экологам проверить поверхностные воды и участки нефтяных месторождений на наличие органических соединений в воде.

Типы органических веществ в воде

Типы органических веществ в воде могут быть самыми разнообразными и могут присутствовать в виде суспензии, коллоидного или истинного раствора. Органика в воде может поступать из растительных остатков, стоков с полей, бытовых и промышленных отходов:

• Биохимическая потребность в кислороде. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) является косвенным показателем биоразлагаемых органических соединений в воде.
• Питательные вещества. Питательные вещества представляют собой химические элементы или соединения, необходимые для роста растений и животных. Параметры питательных веществ включают аммиак, органический азот, азот Кьельдаля, нитратный азот и общий фосфор.
• Органический углерод — большая часть органического углерода в воде встречается в виде частично разложившихся растительных и животных материалов, некоторые из которых устойчивы к микробному разложению.
• Масла и жиры. Масла и жиры представляют собой один из наиболее распространенных параметров для количественного определения органических веществ из человеческих источников.Как правило, это незаконные сбросы в ливневую канализацию, моторные лодки, разливы нефти и сбросы с нефтедобывающих платформ в заливе.

Как измерить содержание органических веществ в воде

Органические вещества в воде проверяются по общему органическому содержанию (TOC), сумме твердых частиц и растворенного органического углерода (DOC), также известных как гуминовые вещества или тугоплавкие органические вещества. Количественная оценка органического вещества остается сложной задачей из-за его сложной природы и изменчивости от источника к источнику.

Эксперты

Elements могут обнаруживать естественные органические вещества с помощью многих передовых спектроскопических, хроматографических и масс-спектрометрических средств.

Для рутинного неселективного мониторинга наши эксперты обычно полагаются на количественную оценку содержания органического углерода (то есть измерение общего или растворенного органического углерода), оценку гидрофобности с использованием удельного поглощения УФ-излучения и определение окислительного потенциала с помощью фотоэлектрохимического химического потребления кислорода.

Для получения дополнительной информации об испытаниях органических веществ в воде свяжитесь с нашими экспертами сегодня.

Летучие органические соединения (ЛОС) в вашем доме

Летучие органические соединения (ЛОС) — это большая группа химических веществ, которые содержатся во многих продуктах, которые мы используем для строительства и обслуживания наших домов. Как только эти химические вещества попадают в наши дома, они выделяются или выделяются в воздух в помещении, которым мы дышим. Они могут или не могут чувствовать запах, и обоняние не является хорошим индикатором риска для здоровья.

Типичными примерами летучих органических соединений, которые могут присутствовать в нашей повседневной жизни, являются: бензол, этиленгликоль, формальдегид, метиленхлорид, тетрахлорэтилен, толуол, ксилол и 1,3-бутадиен.

Источники ЛОС

	Товары для дома и личной гигиены
Краски, лаки, герметики, клеи Ковер, виниловое напольное покрытие Изделия из композитной древесины Обивка и поролон	Освежители воздуха, чистящие средства Косметика Мазут, бензин	Курение Химчистка, копировальные аппараты Кулинария, хобби Сжигание дров

Физические лица могут проверить Базу данных товаров для дома, чтобы узнать больше о том, что является обычными предметами домашнего обихода.

Последствия воздействия ЛОС на здоровье

Риск воздействия на здоровье при вдыхании любого химического вещества зависит от того, сколько его находится в воздухе, как долго и как часто человек его вдыхает.

Вдыхание низких концентраций летучих органических соединений в течение длительного времени может увеличить риск возникновения проблем со здоровьем у некоторых людей. Несколько исследований показывают, что воздействие ЛОС может ухудшить симптомы у людей, страдающих астмой или особенно чувствительных к химическим веществам. Это совсем другие воздействия, чем профессиональные воздействия.

Важно помнить, что летучие органические соединения относятся к группе химических веществ. Каждое химическое вещество имеет свою токсичность и способность вызывать различные последствия для здоровья.

Общие симптомы воздействия ВЫСОКОГО уровня ЛОС включают:

Острые/кратковременные воздействия (часы в дни)	Хронические воздействия (от лет до жизни)
Раздражение глаз, носа и горла Головные боли Тошнота/рвота Головокружение Ухудшение симптомов астмы	Рак Поражение печени и почек Поражение центральной нервной системы

Каков безопасный уровень ЛОС?

Чтобы защитить свое здоровье, лучше ограничить воздействие продуктов и материалов, содержащих летучие органические соединения.Если вы считаете, что у вас могут быть проблемы со здоровьем, вызванные летучими органическими соединениями, попробуйте снизить их уровень в своем доме. Если симптомы сохраняются, проконсультируйтесь с врачом, чтобы исключить другие серьезные заболевания, которые могут иметь аналогичные симптомы.

Большинство исследований, связанных со здоровьем, проводились на отдельных химических веществах. Меньше известно о влиянии на здоровье воздействия комбинаций химических веществ. Поскольку токсичность ЛОС различается для каждого отдельного химического вещества, не существует Миннесотского или федерального санитарного стандарта для ЛОС как группы.

Подвержены ли некоторые люди большему риску воздействия ЛОС?

Люди с респираторными заболеваниями, такими как астма, маленькие дети, пожилые люди и люди с повышенной чувствительностью к химическим веществам могут быть более восприимчивы к раздражению и заболеваниям от летучих органических соединений.

Как снизить уровень ЛОС в доме?

Во-первых, проведите осмотр своего дома на наличие распространенных источников ЛОС. Ищите запасы неиспользованных химикатов, таких как краски, лаки, растворители, клеи и герметики.Предметы домашнего обихода, такие как ковер, мягкая мебель или предметы из композитного дерева, имеют тенденцию выделять больше летучих органических соединений, когда они новые.

Некоторые шаги по уменьшению воздействия включают:

• Контроль источника : Удалите или сократите количество продуктов в вашем доме, которые выделяют летучие органические соединения.
  
  • Покупайте только то, что вам нужно, когда речь идет о красках, растворителях, клеях и герметиках. Неиспользованные химические вещества, хранящиеся дома, иногда могут «протекать» и выделять летучие органические соединения в воздух.
  • Храните неиспользованные химикаты в гараже или сарае, где люди не проводят много времени.
  • Утилизируйте неиспользованные химикаты, хранящиеся у вас дома или в гараже. Узнайте в своем городе или округе о местах сбора опасных бытовых отходов.
  • Рассмотрите возможность приобретения красок и предметов интерьера с низким содержанием летучих органических соединений.
  • При покупке новых предметов ищите напольные модели, у которых в магазине разрешено выделение газа. Изделия из цельного дерева с отделкой с низким уровнем выбросов будут содержать меньше летучих органических соединений, чем изделия из композитной древесины.
  • Вентиляция и климат-контроль : Увеличение количества свежего воздуха в вашем доме поможет снизить концентрацию ЛОС в помещении.
  • Увеличьте вентиляцию, открыв двери и окна. Используйте вентиляторы, чтобы максимизировать приток воздуха извне.
  • Поддерживайте температуру и относительную влажность как можно ниже или комфортнее. Химикаты выделяют больше газов при высоких температурах и влажности.
  • Старайтесь выполнять ремонт дома, когда в доме никого нет, или в сезоны, когда вы можете открывать двери и окна, чтобы увеличить вентиляцию.

Должен ли я проверить свой дом на наличие летучих органических соединений?

Не существует федеральных или государственных стандартов для уровней летучих органических соединений в непромышленных условиях. Если вас беспокоят летучие органические соединения, лучше всего попытаться уменьшить или исключить продукты, которые приносят летучие органические соединения в ваш дом.

Пестициды, нефтехимические и другие органические химические вещества в питьевой воде

Финансовая помощь: есть ли средства, чтобы помочь мне оплатить мою систему водоснабжения или очистку?

Возобновляемый ссудный фонд по очистке сточных вод и питьевой воды Вермонта
Эта программа, также известная как Программа ссуды на месте, доступна для некоторых жителей Вермонта для ремонта или замены неисправных систем водоснабжения и сточных вод на территории.Программа кредитования на месте финансируется и управляется Агентством природных ресурсов, Департаментом охраны окружающей среды, а андеррайтинг и обслуживание кредита обеспечивается Кредитным союзом возможностей в Винуски. Ваша система снабжения питьевой водой должна быть неисправной, и вы должны проживать в резиденции круглый год, чтобы иметь право на получение помощи. Доход семьи не может превышать 200% среднего дохода домохозяйства по штату. Для получения дополнительной информации о правах на участие и о том, как подать заявку, позвоните в программу займов на месте по телефону 802-461-6051.

Альянс NeighborWorks штата Вермонт
Альянс NeighborWorks состоит из пяти местных организаций, предлагающих полный спектр услуг по доступному жилью для лиц, имеющих право на получение дохода. Вы можете претендовать на помощь по этой программе, если вам нужны деньги для установки системы очистки воды, бурения скважины или ремонта или замены септической системы. Для получения дополнительной информации о правах обратитесь в местную группу NeighborWorks в вашем регионе.

Ссуды и гранты на ремонт жилья для одной семьи
Эта программа предлагает ссуды и гранты существующим домовладельцам на строительство, ремонт и герметизацию колодцев.Он находится в ведении Управления по развитию сельских районов Министерства сельского хозяйства США. Программа предназначена для малообеспеченных семей, проживающих в сельской местности или в сообществе с населением не более 25 000 человек. Доход семьи не может превышать 50% среднего дохода округа. Лица в возрасте 62 лет и старше могут претендовать на получение гранта или комбинации кредита и гранта. Молодые заявители имеют право только на кредиты.

Burlington, South Burlington, Essex Junction, Winooski и части Колчестера не имеют права на участие в программе.Даже если ваша собственность находится в соответствующем районе, ваше право на участие в программе по-прежнему зависит от пределов дохода. Чтобы получить дополнительную информацию или узнать, находится ли ваша собственность в соответствующем районе, позвоните в Управление сельского развития Министерства сельского хозяйства США по телефону 802-828-6022.

Тугоплавкие органические вещества в окружающей среде

Загрузить рекламный проспект

Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке.Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание.

Описание

Тугоплавкие органические вещества (АФК) являются неотъемлемой частью биогеохимического круговорота углерода. Везде, где есть жизнь на Земле, будут и АФК в виде плохо биоразлагаемых остатков организмов и как источник новой жизни.Кроме того, в настоящее время не вызывает сомнений, что АФК тесно связаны с углеродоемкостью, определенной как одна из движущих сил в динамике выбросов парниковых газов, так что АФК играют ключевую роль в устойчивом развитии.
«Огнеупорные органические вещества в окружающей среде» содержит результаты шестилетних приоритетных исследований, финансируемых Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). В рамках этой исследовательской программы изучались структура и функции АФК в различных частях окружающей среды с химической, физической, биологической и почвенной научной точек зрения.Он включал первое систематическое исследование набора эталонных образцов из Центральной Европы, взятых из болотного озера, почвенных просачивающихся вод, грунтовых вод, а также из сточных вод завода по переработке бурого угля и вторичных стоков. Таким образом, в этой работе освещаются не только структурные особенности, полученные в результате применения передовых аналитических инструментов, но и функции в антропогенно-воздействующих водных системах и почвах. Представляет особый интерес для студентов и исследователей в области наук о жизни.

Содержание

Предисловие
Список авторов
Список сокращений
ОБСТАНОВКА МЕСТА
Актуальность стандартных образцов Выделение и общая характеристика
Определение элементов и контроль их качества во фракциях тугоплавких органических веществ и соответствующих исходных пробах воды
СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Взаимодействие тяжелых металлов и галогенов с фракциями тугоплавких органических веществ, разделенными эксклюзионной хроматографией
Характеристика тугоплавких органических веществ и их металлов с помощью комбинированных аналитических процедур
Применение спектроскопии ядерного магнитного резонанса к структурным исследованиям тугоплавких органических веществ —
Принципы и определения
Структурная характеристика огнеупоров Органические вещества с помощью твердотельного ядерного магнитного резонанса высокого разрешения C-13 и N-15
Количественная оценка субструктур тугоплавких органических веществ с помощью ядерного магнитного резонанса ce
Ядерно-магнитно-резонансная спектроскопия Исследования силилированных тугоплавких органических веществ
Изотопные доказательства происхождения и образования тугоплавких органических веществ
Аналитический пиролиз гуминовых веществ и растворенных органических веществ в воде
Характеристика тугоплавких органических веществ с помощью ВЭЖХ/МС
УФ-видимая Спектроскопия и потенциал флуоресцентных зондов
Стационарная и временная флуоресценция для характеристики тугоплавких органических веществ
Структурная характеристика тугоплавких органических веществ с помощью пиролиза-ГХ/FTIR
Рентгеновская микроскопия Исследования тугоплавких органических веществ
Фракционирование тугоплавких органических веществ с помощью электрофореза
Наличие аминокислот, углеводов и низкомолекулярных органических кислот в тугоплавких органических веществах
Серологическая характеристика тугоплавких органических веществ путем серотипирования
Химические и спектроскопические данные исх.
Сравнение и оценка
БИОХИМИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Образование, утилизация и трансформация некоторых тугоплавких органических веществ водными микроорганизмами
Влияние микроорганизмов на образование и трансформацию йодсодержащих форм тугоплавких органических веществ
Влияние тугоплавких органических веществ о бактериальной колонизации и характере разнообразия
Влияние тугоплавких органических веществ на ферментативную активность in-vivo и повреждение ДНК водных микроорганизмов
Влияние растворенного органического вещества на биоконцентрацию органических загрязнителей и репродукцию водных беспозвоночных
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Сорбция растворенной органики Вещество на почвенных частицах и его зависимость от свойств их поверхностного заряда
Растворенный органический углерод в просачивающихся водах —
Образование и трансформация при прохождении через почву
Тугоплавкие органические вещества в совокупном лесу Почвы —
Удержание в сравнении с перемещением
Тугоплавкие органические вещества, полученные в результате органических изменений в почве —
Формирование, транслокация и взаимодействие с ксенобиотиками
Анализ связывания амитрола и анилазина с водными и наземными тугоплавкими органическими веществами
Сорбционные и химические реакции полициклических ароматических Углеводороды с растворенными тугоплавкими органическими веществами и родственными модельными полимерами
Исследование взаимодействий между полициклическими ароматическими соединениями и тугоплавкими органическими веществами с помощью стационарной и временной флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии

Отзывы

«…несомненно, будет представлять особый интерес для студентов и исследователей в области почвоведения.