DD279498A1 - PROCESS FOR MICROBIAL REMOVAL OF PHOSPHONO- BZW. PHOSPHINOVERBINDUNGEN - Google Patents

PROCESS FOR MICROBIAL REMOVAL OF PHOSPHONO- BZW. PHOSPHINOVERBINDUNGEN Download PDF

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DD279498A1
DD279498A1 DD32500489A DD32500489A DD279498A1 DD 279498 A1 DD279498 A1 DD 279498A1 DD 32500489 A DD32500489 A DD 32500489A DD 32500489 A DD32500489 A DD 32500489A DD 279498 A1 DD279498 A1 DD 279498A1
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Werner Lerbs
Rosemarie Weidhase
Birgit Slama
Dieter Janke
Benno Parthier
Reinhard Weidhase
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Akad Wissenschaften Ddr
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Phosphono- bzw. Phosphinoverbindungen, wobei der aus diesen Substanzen freigesetzte Phosphor dem Stoffwechsel der Bakterien zugeführt wird. Die beiden eingesetzten Stämme Pseudomonas spec. GS und Alcaligenes spec. GL sind in der Lage, auch toxische Phosphonate, wie z.B. Glyphosat oder Buminafos abzubauen. Der Einsatz phosphonatabbauender Mikroorganismen ist beispielsweise für den Abbau herbizider Phosphonate in der Landwirtschaft und für den Abbau von Phosphonaten in belasteten Abwässern (z.B. Waschmittelablaugen) von potentieller Bedeutung. Erfindungsgemäß werden die Phosphone- bzw. Phosphinoverbindungen dem Nährmedium als Phosphorquelle zugesetzt und das Nährmedium anschließend mit Bakterien beimpft, oder phosphonathaltige Medien beliebiger Zusammensetzung werden mit einer ausreichenden Menge an vorkultivierten Bakterien versetzt. Für die Fermentation ungeeignete Medien werden durch die Zugabe einer Kohlenstoff- und einer Stickstoffquelle sowie durch Einstellung eines physiologischen pH-Wertes so modifiziert, dass ein Abbau der darin enthaltenen Phosphonate möglich wird. Diese Abbau findet auch in Gegenwart von anorganischen Phosphat statt.{mikrobieller Phosphonatabbau; Bakterien; Pseudomonas; Alcaligenes; Glyphosphat; Buminafos; Nährmedien; Phosphorquelle; Abwasserreinigung; Fermentationsbedingungen}The invention relates to a process for the microbial degradation of phosphono or phosphino compounds, wherein the phosphorus released from these substances is added to the metabolism of the bacteria. The two strains used Pseudomonas spec. GS and Alcaligenes spec. GL are also capable of producing toxic phosphonates, e.g. Glyphosate or Buminafos. The use of phosphonate-degrading microorganisms is of potential importance, for example, for the degradation of herbicidal phosphonates in agriculture and for the degradation of phosphonates in polluted effluents (for example detergent liquors). According to the invention, the phosphonic or phosphino compounds are added to the nutrient medium as a source of phosphorus and the nutrient medium subsequently inoculated with bacteria, or phosphonate-containing media of any desired composition are admixed with a sufficient amount of precultured bacteria. For the fermentation unsuitable media are modified by the addition of a carbon and a nitrogen source and by adjusting a physiological pH so that a degradation of the phosphonates contained therein is possible. This degradation also occurs in the presence of inorganic phosphate. {Microbial phosphonate degradation; Bacteria; Pseudomonas; Alcaligenes; glyphosate; buminafos; Culture Media; Phosphorus source; wastewater treatment; Fermentation conditions}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrowellen Abbau von Phosphono- bzw. Phosphinoverbindungen (in dieser Patentbeschreibung gemeinsam als Phosphonate bezeichnet) unter Freisetzung von anorganischem Phosphat. Die Fähigkeit zur Spaltung der Kohlenstoff-Phosphor-Bindung erlaubt den abbauenden Organismen die Nutzung solcher Stoffe zur Abdeckung ihres für Wachstum und Vermehrung notwendigen Phosphatbedarfs. Im Falle pestizider Eigenschaften von Xenobiotika auf Phosphonatbasis können die Organismen durch deren Abbau sowohl sich selbst schützen (Resistenz) als auch zu einer Entgiftung ihrer Umwelt beitragen.The invention relates to a process for the microwave degradation of phosphono or phosphino compounds (collectively referred to in this specification as phosphonates) with the release of inorganic phosphate. The ability to cleave the carbon-phosphorus bond allows the degrading organisms to use such substances to cover their phosphate needs for growth and replication. In the case of pesticidal properties of phosphonate-based xenobiotics, the organisms can both protect themselves (resistance) and help detoxify their environment.

Der Einsatz pnosphonatabbauender Mikroorganismen ist beispielsweise für den Abbau herbizider Phosphonate in der Landwirtschaft und für den Abbau von Phosphonaten in belasteten Abwässern (z. B. Waschmittelablaugen) von potentieller Bedeutung.The use of phosphonate-degrading microorganisms is of potential importance, for example, for the degradation of herbicidal phosphonates in agriculture and for the degradation of phosphonates in polluted effluents (eg detergent liquors).

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Ei; ist bekannt, daß die verschiedensten Mikroorganismen in der Lage sind, sich Phosphono- bzw. Phosphinoverbindungen zur Dnckung ihr js Phosphatbedarfes zugänglich zu machen (Wackett et al., J.Bacteriol. 16911987], 710-717, Cook et al. J. Bacteriol. 133 [19781,85-90, Cordeiro et al., J. Am. ehem. Soc. 10811986], 332-334. Diese Abbauleistung ist jedoch weitgehend auf die VE'iAvertung von Alkylphosphonaten bzw. anderer, dem Abbau leicht zugänglicher nichttoxischer Phosphonate beschränkt. Pestizide Substanzen, wie z. B. N-fPhosphonoJmethylglycin (Glyphosat) oder Phosphonomycin, können nur von einigen Mikroorganismen als Phosphatquelle verwendet werden, da die Kohlenstoff-Phosphor-Bindung eine hohe biochemische Stabilität aufweist. Bei de "n als Herbizid eingesetzten Glyphosat erfolgt der Abbau im Boden durch das Zusammenwirken veischiedenor Spezies von Mikroorganismen, wobei der Primärschrilt der Entgiftung in der Bildung eines nichttoxischen Phosphonates (Aminomethylphosphonsäure) besteht, welches eine biochemisch relativ leicht zugängliche Phosphatquelle darstellt (Roslucky, E. P. Soil. Bio!. Bioc'nem. 14 [1982], 87-92). Dieser Kometabolismus verschiedener Spezies ist für den gezielten Einsatz in biotechnologischen Verfahren zum kontrollierten Phosphonatabbau nicht nutzbar.Egg; It is known that the most diverse microorganisms are able to access phosphono or phosphino compounds in order to meet their phosphate requirement (Wackett et al., J. Bacteriol 16911987], 710-717, Cook et al., J. Bacteriol 133 [19781, 85-90, Cordeiro et al., J. Am., Al., 10811986], 332-334 However, this degradation activity is largely due to the conversion of alkyl phosphonates or other non-toxic species that are readily accessible to degradation Pesticidal substances, such as N-phosphono-methylglycine (glyphosate) or phosphonomycin, can only be used by some microorganisms as the source of phosphate since the carbon-phosphorus bond has a high biochemical stability Glyphosate is degraded in the soil by the interaction of different species of microorganisms, the primary detoxification toxin being the formation of a non-toxic phosphonate (aminomethylphosphonic acid) b which represents a biochemically relatively readily available phosphate source (Roslucky, E.P. Soil. Bio !. Bioc'nem. 14 [1982], 87-92). This cometabolism of various species can not be used for targeted use in biotechnological processes for controlled phosphonate degradation.

Andererseits wurde für verschiedene Mikroorganismen auch die vollständige Metabolisierung von Glyphosai beschrieben (Jacob et al. J. Biol. Chem. 262 [1987], 1 552-1 557, Pipke et al. Eur. J Biochem. 165 [1987], 267-273, FEBS Letters 236 [1988] 135-138). Als Abbauprodukte des Glyphosatss in mikrowellen Kulturen konnten die zitierten Autoren die Verbindungen Sarkosin, Glycin und Aminomethylphosphonsäure (AMPA) nachweisen.On the other hand, the complete metabolism of glyphosai has also been described for various microorganisms (Jacob et al., J. Biol. Chem. 262 [1987], 1552-1 557, Pipke et al., Eur. J Biochem. 165 [1987], 267- 273, FEBS Letters 236 [1988] 135-138). The cited authors were able to detect the compounds sarcosine, glycine and aminomethylphosphonic acid (AMPA) as degradation products of glyphosate in microwave cultures.

Der Stamm Pseudomonas PG 2982 (Jscob et al. 1987) wurde aus einem Pseudomonas aeruginosa Stamm als Vsrunreinigung isoliert, wobei Glyphosat als einzige Phosphorquelle angeboten wurde. Einen grundlegenden Nachteil des Stammes Pseudomonas PG 2982 stellt das zur Glyphosatverwertung notwendige Anzuchtmedium dar, das als Kohlenstoffquelle das teure D-Gluconat und als Vitamin Thiaminhydrochlorid enthalten muß. Die Verwertung von I m'/iql Glyphosat nimmt die relativ lange Zeitdauer von 96 Stunden in Anspruch. 'The strain Pseudomonas PG 2982 (Jscob et al., 1987) was isolated from a Pseudomonas aeruginosa strain as a contaminant, with glyphosate being the only source of phosphorus. A fundamental disadvantage of Pseudomonas PG 2982 represents what is necessary to Glyphosatverwertung culture medium as r, which must contain as a carbon source the expensive D-gluconate and as vitamin thiamine hydrochloride. The utilization of I m / Iql glyphosate takes the relatively long period of 96 hours to complete. '

Aus glyphosathaltigen Abwässern konnte ein Mikroorganismus der Gattung Flavobacterium isoliert werden. Auch in diesem Falle wurde Glyphosat als einzige Phosphorquelle angeboten.From glyphosate wastewater a microorganism of the genus Flavobacterium could be isolated. Also in this case glyphosate was offered as the only source of phosphorus.

Eine detaillierte Charakterisierung dieses Stammes ist nicht bekannt (Balthazor et al., Appl. Environ. Microbiol. 51 [1986] 432-A detailed characterization of this strain is not known (Balthazor et al., Appl. Environ. Microbiol. 51 [1986] 432-

Der Stamm Arthrobacter spec. GLP-1 (Pipke et al., 1987) wurde aus Anreicherungskultursn in glyphosathaltigen Medien (5-10mMol/l) isoliert und zeichnet sich durch eine hohe Glyphosattoleranz aus. Dieser und der Stamm Arthrobacter atrocyaneus ATCC 13752 weisen im Vergleich zu anorganischem Phosphat als Phosphorquello mit Glyphosat eine reduzierte spezifische Wachstumsrate auf (Pipke et al., 1987,1988).The strain Arthrobacter spec. GLP-1 (Pipke et al., 1987) was isolated from enrichment cultures in glyphosate containing media (5-10 mMol / L) and is characterized by high glyphosate tolerance. This and the strain Arthrobacter atrocyaneus ATCC 13752 have a reduced specific growth rate in comparison to inorganic phosphate as Phosphorquello with glyphosate (Pipke et al., 1987, 1988).

Das von Waukett et al. (1987) isolierte Agrobacterium radiobacter zeigt eine C-PLyaseaktivität mit breiter Substratspezifitat. Die spezifische Wachstumsraie mit Glyphosat als Phosphorquelle ist gegenüber anorganischem Phosphat drastisch gesenkt.That by Waukett et al. (1987) isolated Agrobacterium radiobacter shows C-PLyase activity with broad substrate specificity. The specific growth trajectory with glyphosate as the source of phosphorus is drastically reduced compared to inorganic phosphate.

Talbot et al. (Cun·. Microbiol. 10 [19841,255-260) gelang es, 21 nicht näher charakterisierte glyphosatabbauende Stämme aus Umweltproban zu isolieren. Der isolierte Alcaligenes-Stamm ist zwar gegenüber 50mMol/l Glyphosat resistent, wächst aber auch auf Glyphosat wesentlich langsamer als auf anorganischem Phosphat.Talbot et al. (Cun · Microbiol., 10 [19841, 255-260] succeeded in isolating 21 unspecified glyphosate-degrading strains from environmental probes. While the isolated Alcaligenes strain is resistant to 50mMol / L glyphosate, it also grows much more slowly on glyphosate than on inorganic phosphate.

Alle bisher aus der Literatur bekannten glyphosatabbauenden Stämme werden durch anorganisches Phosphat in ihrer Abbaufähigkeit gehemmt.All previously known from the literature glyphosate-degrading strains are inhibited by inorganic phosphate in their degradability.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, ein mikrobielles Verfahren zur Spaltung von Kohlenstoff-Phosphor-Bindungen zu entwickeln, das einen ökonomischen Einsatz in Industrie und Landwirtschaft ermöglicht und Voraussetzungen zur Reinigung phosponatverseuchter Abwässer schafft.It is the object of the invention to develop a microbial process for the cleavage of carbon-phosphorus bonds, which allows an economic use in industry and agriculture and creates conditions for the purification of polluted wastewater.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abbau von Phosphonaten durch solche Mikroorganismen zu entwickeln, die ein breites Spektrum von Phosphonaten ohne Beeinträchtigung des Wachstumsverhaltens verwerten können.The invention has for its object to develop a method for the degradation of phosphonates by such microorganisms that can utilize a wide range of phosphonates without affecting the growth behavior.

Erfindungsgemäß werden zum Phosphonatabbau die Stämme Alcalioenes spec. GL bzw. Psaudorr onas spec. GS bzw. deren Varianten oder Mutanten verwendet. Diu Stämme Alcaligenes spec. Gl und Pseudomonas spec. GS sind in der IMET-h'interlegungsstelle im Zentralinstitut für Mikrobiologie und experimentelle Therapie Jena unter den Bezeichnungen IMET 11314 und IMET 11315 hinterlegt.According to the invention for the Phosphonatabbau the strains Alcalioenes spec. GL or Psaudorr onas spec. GS or their variants or mutants used. Diu strains Alcaligenes spec. Gl and Pseudomonas spec. GS are deposited in the IMET depository at the Central Institute for Microbiology and Experimental Therapy Jena under the designations IMET 11314 and IMET 11315.

Es handelt sich dabei um Stämme, die Phosphonate unter Freisetzung von anorganischem Phosphat spalten u'-.d das freigesetzte Phosphat zum eigenen Wachstum verwerten.These are strains which cleave phosphonates with the release of inorganic phosphate and utilize the liberated phosphate for their own growth.

Im folgenden v/erder, die Stämme GL und GS ausführlich charakterisiert:In the following v / erder, the strains GL and GS characterized in detail:

Stammbeschreibung Alcaligenes spec. GL. IMET11314Tribe description Alcaligenes spec. GL. IMET11314

Stamm bildet auf Nähragar weiße, gnnzrandige, runde, schleimige Kolonien. Im mikroskopiscrmn Bild 'agen Ko'<ken vor. Die Bcc.eißelurig ist polar monotrich.Root forms on nutrient agar white, margined, round, slimy colonies. In the microscopic picture, Ko 'ken is present. The Bcc.eißelurig is polar monotrich.

Weitere Angaben v/erden tabellarisch aufgeführt.Further details are listed in tabular form.

Gram-Reaktion:Gram reaction: negativnegative Katalane:Catalan: negativnegative Wachstum bei 400C:Growth at 40 ° C: negativnegative Wachstum be· pH 4.5:Growth at pH 4.5: negativnegative Bildung fluoreszierender Farbstoffe:Formation of fluorescent dyes: negativnegative Cytchromoxidase:Cytchromoxidase: positivpositive Arginin-Dihydrolase:Arginine dihydrolase: negativnegative Stärkehydrolyse:Starch hydrolysis: negativnegative Gelatinase:gelatinase: positivpositive Urease:urease: positivpositive Reduktion von Nitrat zu Nitrit:Reduction of nitrate to nitrite: positivpositive DNase:DNase: positivpositive Phenyliilanindeamiricsi?:Phenyliilanindeamiricsi ?: positivpositive Äskulinhydiolase:Äskulinhydiolase: positivpositive H2S-Bildunc|:H 2 S image |: negativnegative Sarkosin-Dehydrogenase:Sarcosine dehydrogenase: negativnegative Indolbiidung:Indolbiidung: negativnegative Atmonij:Atmonij: aerobaerobic Verwertung von Glukose oxid/furm.:Utilization of glucose oxide / furm .: +/-+/- Verwertung von Lactat:Utilization of lactate: negativnegative Verwertung \ on Pyruvat:Utilization of pyruvate: positivpositive Verwertung ν η Mannit:Utilization ν η mannitol: negativnegative Verwertung von Acetat:Recycling of acetate: negativnegative Verwertung vonAdonit:Recovery of Adonite: negativnegative Verwerfung von Inosit:Rejection of inositol: negativnegative Verwertung von Saccharose:Recycling of sucrose: negativnegative Verwertung von Sarkosin:Recovery of sarcosine: negutivnegutiv Verwertung von D-Xylose:Utilization of D-xylose: negativnegative

Verwertung von verschiedenen Phosphonaten als Phosphorquelle: Verwertung von N-Phosphonomethylglycin (Glyphosat): positiv Verwertung von Aminomethylphosphcnsäure (AMPA): positivUtilization of various phosphonates as phosphorus source: Utilization of N-phosphonomethylglycine (glyphosate): positive Utilization of aminomethylphosphinic acid (AMPA): positive

C2H5Ox? „„ +HC 2 H 5 O x ? "" + H

U c ι * U c ι *

C2H5 C 2 H 5

?, H ?, H

CHo-P-CH9-N-CH9COOH positivCHo-P-CH 9 -N-CH 9 COOH positive

OHOH

Antibiotikaresistenzen:Antibiotic resistance:

Streptomycin: resistentStreptomycin: resistant

Rifampicin: msistentRifampicin: msist

Tetracyclin: sensitiv ab 25 mg/1Tetracycline: sensitive from 25 mg / 1

Kanamycin: msistentKanamycin: msist

Ampicillin: sensitiv ab 100 mg/mlAmpicillin: sensitive from 100 mg / ml

Chloramphenicol: sensitiv ab 50 mg/mlChloramphenicol: sensitive from 50 mg / ml

Polymyxin B: sensitivPolymyxin B: sensitive

Nalidixin: sensitiv ab 500 mg/mlNalidixin: sensitive from 500 mg / ml

Stammbeschreibung Pseudomon&s spec. GS. IMET11315Stammbeschreibung Pseudomon & spec. GS. IMET11315

Stamm bildet auf Nähi agar weiße ganzrandige, runde, schleimige Kolonien. Im mikroskopischen Bild liegt er als bewegliches Stäbchen vor. Die Begeißelung ist monotrich polar, z.T. lateral. Weitere Angaben werden tabellarisch aufgeführt.Stem forms on Nähi agar white ganzrandige, round, slimy colonies. In the microscopic picture he is present as a movable rod. The Flagellation is monotrich polar, z.T. lateral. Further details are listed in tabular form.

Gram-Reaktion:Gram reaction: negativnegative Sporenfärbung:Spore color: negativnegative Katalase:catalase: positivpositive Wachstum bei 40"C:Growth at 40 "C: positivpositive Wachstum bei 42°C:Growth at 42 ° C: negativnegative Wachstum bei pH4.5°CGrowth at pH4.5 ° C negativnegative Bildung fluoreszierenden Farbstoffe:Formation of fluorescent dyes: negativnegative Cytochromoxidase:cytochrome oxidase: positivpositive Arginin-Dihydrolase:Arginine dihydrolase: verzögertdelayed Stärkehydrolyse:Starch hydrolysis: negativnegative Gelatinase:gelatinase: positivpositive Urease:urease: positivpositive Reduktion von Nitrat zu Nitrit:Reduction of nitrate to nitrite: positivpositive DNase:DNase: negativnegative Phenylalanindeaminase:Phenylalanindeaminase: negativnegative Lysindecarboxylase:lysine decarboxylase: negativnegative Ornithindecarboxylase:ornithine decarboxylase: negativnegative H2S-Bildung:H 2 S formation: negativnegative Sarkosin-Dehydrogenase:Sarcosine dehydrogenase: positivpositive Indolbildung:indole: negativnegative Atmung:Breathing: aerobaerobic Verwertung von Glukose oxid./ferm.:Utilization of glucose oxid./ferm .: +/-+/- Verwertung von Lactat:Utilization of lactate: positivpositive Verwertung von Pvruvat:Utilization of Pvruvat: positivpositive Verwertung von Acetat:Recycling of acetate: positivpositive Verwertung von Adonit:Recovery of Adonite: positiv, verzögertpositive, delayed Verwertung von Inosit:Recovery of inositol: negativnegative Verwertung von Glycerin:Utilization of glycerine: positivpositive Verwertung von D-Xylose:Utilization of D-xylose: positivpositive Verwertung von SaccharoseRecycling of sucrose positivpositive Verwertung von Sarkosin a!s N-Quelle:Utilization of sarcosine a! S N source: positivpositive

Verwertung von verschiedenen Phosphonaten als Phosphorquelle: N-Phosphoriomethylglycin (Glyphosat positivUtilization of different phosphonates as phosphorus source: N-phosphoriomethylglycine (glyphosate positive

Aminomethylphosphonsäure (AMPA) positivAminomethylphosphonic acid (AMPA) positive

N-Isopropylphosphinomothylglycin positivN-Isopropylphosphinomothylglycine positive

2-Amino-3-phosphonopropiünsäure positiv2-amino-3-phosphonopropiolic acid positive

C2H5OC 2 H 5 O

++ HH

η CH3-P-CH2-N-CHoCOOHη CH 3 -P-CH 2 -N-CH 2 COOH

OHOH

positivpositive

PDBitivPDBitiv

Antibiotikaresistenzen:Antibiotic resistance:

Streptomycinstreptomycin

Rifampicinrifampicin

Tetracyclintetracycline

Kanamycinkanamycin

Ampicillinampicillin

Chloramphenicolchloramphenicol

Nalidixinnalidixic

Polymyxinepolymyxins

sensitiv ab 200 mg/1sensitive from 200 mg / 1

sensitivsensitive

sensitivsensitive

sensitiv ab 1 000 mg/1 sensitiv ab 500 mg/1 sensitiv ab 30 mg/1sensitive from 1 000 mg / 1 sensitive from 500 mg / 1 sensitive from 30 mg / 1

sensitivsensitive

sensitivsensitive

Beide Stämme können ein breites Spektrum von Phosphonaten als Phosphatquelle benutzen und tolerieren auch hohe Konzentrationen dieser Phosphonate. Weiterhin zeichnen sich die beiden Stämme dadurch aus, daß ihr Wachstumsverhalten in Gegenwart von Phosphonaten nicht von dem in Gegenwart von anorganischem Phosphat unterscheidbar ist. Vorteilhaft ist, daß diese Stämme an das Kultivierungsmedium nur geringe Ansprüche stellen (Glukose oder Saccharose als C-Quelle. köin Vitaminzusatz). Verwendet man als Inokulum die Stämme Alcaligene'j spec. GL oder Pseudomonas spec. GS bzw. deren Mutanten oder Varianten, so müssen die phosphonathültigen Nährmedien neben einer gut verwertbaren Kohlenstoffquelle eine Stickstoffquelle und Mineralsalze enthalten. Dabei wird oas Wachstum in oder auf diosen Medien durch das vorliegende Phosphonatangebot limitiert. Setzt man als Inokulum die gesamte Biomasse einer Vorkultur ein, brauchen die phosphonathaltigen Medien keine Nährlösungsqualität zu besitzen, aber die metabolische Leistungsfähigkeit der Bakterien muß über den für den Abbauprozeß notwendigen Zeitraum erhalten bleiben.Both strains can use a wide range of phosphonates as the source of phosphate and also tolerate high concentrations of these phosphonates. Furthermore, the two strains are characterized by the fact that their growth behavior in the presence of phosphonates is indistinguishable from that in the presence of inorganic phosphate. It is advantageous that these strains only make small demands on the cultivation medium (glucose or sucrose as source of C, vitamin supplementation). If one uses as Inokulum the strains Alcaligene'j spec. GL or Pseudomonas spec. GS or their mutants or variants, the phosphonate-rich nutrient media must contain a nitrogen source and mineral salts in addition to a well-usable carbon source. This growth is limited in or on diosen media by the available Phosphonatangebot. If the entire biomass of a preculture is used as the inoculum, the phosphonate-containing media need not have nutrient solution quality, but the metabolic capacity of the bacteria must be maintained over the period required for the degradation process.

Die Kultivation wird bei einem pH-Wert von 5-8, vorzugsweise jedoch bei pH 7-7,5 durchgeführt. Der Phosphonatabbau erfolgt auch in Gegenwart von anorganischem Phosphat. Als phosphonathaltige Medien finden beispielsweise landwirtschaftliche oder industrielle Abwässer Verwendung. Um den Mikroorganismen einen effizienten Phosphonatabbau zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, diese Medien mit Nährstoffen, vor allem Kohlenhydraten und assimilierbarem Stickstoff, anzureichern.The cultivation is carried out at a pH of 5-8, but preferably at pH 7-7.5. Phosphonate degradation also occurs in the presence of inorganic phosphate. As phosphonate-containing media are used, for example, agricultural or industrial wastewater. In order to allow the microorganisms an efficient phosphonate degradation, it is expedient to enrich these media with nutrients, especially carbohydrates and assimilable nitrogen.

Der Phosphonatabbau nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl im batch-Verfahren als auch in kontinuierlicher Kultur erfolgen, wobei unter letztgenannten Bedingungen in Abhängigkeit von der Verdünnungsrate Phosphonate nicht vollständig aus der Nährlösung entfernt werden. Ein nahezu vollständiger Abbau auch toxischer Phosphonate (z. B. Buminafos) ist möglich, wenn die Stämme in einem Medium mit gut verwertbaren Phosphonaten (z. B. Glyphosat 5-10 mM/l· zur Biomasse-Produktion vorkultiviert werden und nach anschließender Verarmung in P-freiem Medium in einem neuen Medium resuspendieri werden, welches die abzubauenden Phosphoric»- oder Phosphinoderivate enthält. Die Erfindung wird nachstehend auch Ausführungsbeispiele erläutert.The phosphonate degradation by the process according to the invention can be carried out either in a batch process or in a continuous culture, wherein under the latter conditions, depending on the dilution rate, phosphonates are not completely removed from the nutrient solution. Near-complete degradation of even toxic phosphonates (eg, Buminafos) is possible when the strains are pre-cultured in a medium with readily utilizable phosphonates (eg, glyphosate 5-10 mM / L) for biomass production and subsequent depletion be resuspended in P-free medium in a new medium containing the phosphoric or phosphino derivatives to be degraded.

Ausführungsbeispieleembodiments Beispiel 1example 1

Ein phosphonathaltiges flüssiges Nährmedium (z. B. mit 1 mM Glyphosat) wird mit einem Aliquot einer phosphatverarmten Kultur des Stammes Pseudomonas spec. GS inokuliert (1 ml Inokulum für 200ml Nährlösung). Innerhalb von 36 Stunden erreichen die Bakterien die stationäre Wachstumsphase und produzieren mit 1mM Glyphosat als Phosphorquelle die gleiche Biotrockenmasse, die mit anorganischem Phosphat als Phosphorquelle erreicht wird.A phosphonate-containing liquid nutrient medium (for example containing 1 mM glyphosate) is mixed with an aliquot of a phosphate-depleted culture of the strain Pseudomonas spec. GS inoculated (1 ml inoculum for 200 ml nutrient solution). Within 36 hours, the bacteria reach the stationary growth phase and produce with 1mM glyphosate as a phosphorus source the same dry biomass, which is achieved with inorganic phosphate as a source of phosphorus.

Dabei wird das eingesetzte Glyphosat vollständig metabolisiert. Mit Hilfe von 14C3-Glyphosat· Metabolismusstudien konnte nachgewiesen werden, daß 12% der eingesetzten Radioaktivität als CO; abgegeben werden, 1 % im wäßrigen Zellextrakt zu finden sind, 11,5% in das Protein und 40% in Membranbestandteile eingebaut werden. 36% der Radioaktivität wurden als Glyphosatmetabolite in das Nährmedium wieder ausgeschieden.The used glyphosate is completely metabolized. 14 C 3 glyphosate · metabolism studies have shown that 12% of the radioactivity used is CO; 1% are found in the aqueous cell extract, 11.5% are incorporated into the protein and 40% in membrane components. 36% of the radioactivity was excreted as Glyphosatmetabolite in the nutrient medium again.

Zusammensetzung des flüssigen Nährmediums:Composition of the liquid nutrient medium:

- Kohlenstoffquelle: 7gNatriumpyruvatoderCarbon source: 7g sodium pyruvate or

4 g Sacharose t- 0,1 g Glyzerin4 g of sucrose t- 0.1 g of glycerol

- Stickstoffquelle: 0,9 g Sarkosin oder 1 g NH4NO3 - Nitrogen source: 0.9 g sarcosine or 1 g NH 4 NO 3

(1OmM)(1OmM)

- Phosphorquelle: 0,169gGlyphosatoderO,136g KH2PO4 Phosphorus source: 0.169g Glyphosate or O, 136g KH 2 PO 4

(1mM) (1mM)(1mM) (1mM)

6,05 g Tris 15 mg CaCI2 6.05 g Tris 15 mg CaCl 2

- 200 mg MgSO4 x 7 H2O200 mg MgSO 4 .7H 2 O

- 40 mg KCI- 40 mg KCl

1 mg FeSO4 χ 7 H2O1 mg of FeSO 4 .7H 2 O

2 ml Spurenelemantelösung2 ml of micronutrient solution

mit HCI auf pH 7,5 einstellen, ad 11H2O dest. Spurenelementelösung: 500mg H3BO3 adjust to pH 7.5 with HCl, ad 11H 2 O dest. Trace element solution: 500 mg H 3 BO 3

400mg MnSO4 x H2O 400mg ZnSO, χ H2O 200mg Na2MoO4 x 2H2O 100mg CuSO4 χ 5H2O 100 mg KJ ad 11 H2O dest.400mg MnSO 4 x H 2 O 400mg ZnSO, χ H 2 O 200mg Na 2 MoO 4 x 2H 2 O 100mg CuSO 4 χ 5H 2 O 100mg KJ ad 11 H 2 O dest.

Beispiel 2Example 2

Mit Bakterien des Stammes GS wird eine Nährlösung mit 1 mM Glyphosat als einziger Phosphorqueile beimpft. Nach 4öh Wachstum wird die Biomasse durch Zentrifugation geerntet und in einem Medium zur Phosphatverarmung (d. h. ohne Phosphorquelle) suspendiert. Nach 24h wird die gesamte Biomasse geerntet und in ein Medium gebracht, welches das abzubauende Phosphonat enthält. Im Falle von Glyphosat werden in weiteren 24h 100% der Substanz abgebaut. Zusammensetzung des flüssigen Nährmediums wie im BeispielWith bacteria of strain GS, a nutrient solution is inoculated with 1 mM glyphosate as the only phosphorus source. After growth, the biomass is harvested by centrifugation and suspended in a phosphate depletion medium (i.e., without a phosphorus source). After 24 hours, the entire biomass is harvested and placed in a medium containing the phosphonate to be degraded. In the case of glyphosate 100% of the substance is degraded in another 24 h. Composition of the liquid nutrient medium as in the example

Beispiel 3Example 3

Mit Bakterien des Stammes GL wird eine Nährlösung mit 5mM Glyphosat als einziger Phosphorquelle beimpft. Nach 48h Wachstum wird die Biomasse durch Zentrifugation geerntet und in einem Medium zur Phosphatverarmung (d. h. ohne Phosphorquelle) suspendiert. Nach 24h wird die gesamte Biomasse geerntet und in ein Medium gebracht, welches das abzubauende Phosphonat enthält. Im Falle von Glyphosat werden in weiteren 48 h Inkubation 30-80% der Substanz abgebaut (30% bei einem Glyphosateinsatz von 90:nM/l, 80% bei einem Glyphosateinsatz von 2mM/l).With bacteria of strain GL, a nutrient solution is inoculated with 5 mM glyphosate as the only source of phosphorus. After 48 hours of growth, the biomass is harvested by centrifugation and suspended in a phosphate depletion medium (i.e., without a phosphorus source). After 24 hours, the entire biomass is harvested and placed in a medium containing the phosphonate to be degraded. In the case of glyphosate, 30-80% of the substance is degraded in a further 48 h incubation (30% for a glyphosate use of 90: nM / l, 80% for a glyphosate use of 2 mM / l).

Zusammensetzung des N.ihrmedi'jrns:Composition of the N.ihrmedi'jrns:

50mM/ITris/HCIpH7,5 20mM/INaCI 4mM/l NH4CI 0,4mM/l CaCI2 1mM/l MgSO4 0,8% Glukose50mM / ITris / HCIpH 7.5 20mM / INaCl 4mM / l NH 4 Cl 0.4mM / l CaCl 2 1mM / l MgSO 4 0.8% glucose

Beispiel 4Example 4

Industrieabwässer, die Phosphonate enthalten, werden durch Zusatz von 8g/l Glukose und 0,2g/l NH4CI sowie durch Korrektur des pH-Wertes mit NaOH auf pH 7,5 als Medium für die phosphonatabbauenden Bakterien geeignet gemacht. Mit nach Beispiel 3 phosphatverarmter Biomasse beimpft, wird innerhalb von 24-28h ein Abbau von 50-80% Phosphonat (z. B. Buminafos) gemessen.Industrial effluents containing phosphonates are made suitable by addition of 8 g / l glucose and 0.2 g / l NH 4 Cl and by correcting the pH with NaOH to pH 7.5 as a medium for phosphonate-degrading bacteria. Inoculation of phosphate-depleted biomass according to Example 3 results in degradation of 50-80% phosphonate (eg, Buminafos) within 24-28 hours.

Claims (9)

-1- £.'9 498 Patentansprüche:-1- £ .'9 498 Claims: 1. Verfahren zum mikrowellen Abbau von Phosphono- bzw. Phosphinoverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stämme Alcaligenes spec. GL oder Pseudomonas spec. GS bzw. deren Mutanten oder Varianten verwendet.1. A method for microwave degradation of phosphono or phosphino compounds, characterized in that the strains Alcaligenes spec. GL or Pseudomonas spec. GS or their mutants or variants used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Mikroorganismen als Inokulum für phosphonathaltige Nährmedien nutzt, wo'oei diese Nährmedien eine gut verwertbare Kohlenstoffquelle, eine Stiv-kstoffquelle und Mineralsalze enthalten, und der Phosphatbedarf der Mikroorganismen wahrend des Wachstums in oder auf diesen Medien durch das vorliegende Phosphonatangebot limitiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that one uses these microorganisms as an inoculum for phosphonate-containing culture media wo'oei these nutrient media contain a well usable carbon source, a Stiv-kstoffquelle and mineral salts, and the phosphate requirement of the microorganisms during growth in or on This media is limited by the available Phosphonatangebot. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inokulum die gesamte Biomasse einer Vorkultur einsetzt, wobei das phosphonathaltige Medium keine Nährlösungsqualität zu besitzen braucht, aber die metabolische Leistungsfähigkeit der Bakterien über den für den Abbauprozeß notwendigen Zeitraum erhalten bleiben muß.3. The method according to claim 1, characterized in that one uses as the inoculum, the entire biomass of a preculture, wherein the phosphonate medium need not have nutrient solution quality, but the metabolic capacity of the bacteria must be maintained over the necessary period for the degradation process. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadu'ch gekennzeichnet, daß man die Kultivation bei einem pH-Wert von &-8 durchführt.4. The method according to any one of claims 1-3, dadu'ch characterized in that one carries out the cultivation at a pH of -8. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kultivation bei pH 7-7,5 durchführt.5. The method according to claim 4, characterized in that one carries out the cultivation at pH 7-7.5. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Phosphonate enthält, die für die Bakterien toxisch sind.6. The method according to claim 1 and 3, characterized in that the medium contains phosphonates, which are toxic to the bacteria. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Phosphonatabbau in Gegenwart von anorganischem Phosphat durchführt.7. The method according to any one of claims 1,3 or 6, characterized in that one carries out the Phosphonatabbau in the presence of inorganic phosphate. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als phosphonathaltige Medien landwirtschaftliche oder industrielle Abwässer verwendet.8. The method according to any one of claims 1,3, 6 or 7, characterized in that one uses as phosphonate-containing media agricultural or industrial wastewater. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Zusatz der Mikroorganismen diese Medien mit Nährstoffen anreichert.9. The method according to claim 8, characterized in that enriches these media with nutrients before the addition of microorganisms.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0465452A1 (en) * 1990-06-27 1992-01-08 Monsanto Company Microbes and their use to degrade n-phosphonomethylglycine in waste streams

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