Микробы, утилизирующие нефть, исследуют в пущинском ИБФМ РАН

Многие тысячелетия природа сохраняла свою первозданную красоту, но развитие промышленности приводит к потерям природного богатства. Одна из самых актуальных проблем – загрязнение окружающей среды нефтепродуктами. Обычно поверхность мирового океана на четверть покрыта нефтяной пленкой, так как с больших глубин будущее топливо из месторождений просачивается в морскую воду и всплывает на поверхность. За миллионы лет бактерии успели выработать эволюционные механизмы для успешного поедания нефти.  Но крайне опасны залповые выбросы из-за аварий.

От загрязнения нефтепродуктами страдает и почва.

– Нефть – это остротоксичное соединение. Попадая в почву, оно вызывает гибель почвенных беспозвоночных, почвенных микроводорослей и высших растений на поверхности. Тем не менее, зачастую в почве встречаются бактерии, которые способны утилизировать соединения нефти, – рассказывает Ленар Ахметов, научный сотрудник лаборатории биологии плазмид ИБФМ РАН.

Проблему мирового значения решают ученые из Пущина. Один из объектов исследования лаборатории биологии плазмид – микроорганизмы, которые используют нефтепродукты для роста и развития.

– В нашей группе мы занимаемся вопросами деградации нефти и нефтепродуктов почвенными бактериями, – продолжает Ленар Ахметов. – Изучаем свойства данных бактерий-деструкторов, скорость роста на загрязнителях – той же нефти в комплексе или на каких-то соединениях, нефтепродуктах, таких как дизельное топливо. Мы выбираем наиболее эффективные деструкторы, смешиваем их между собой, изучаем как они утилизируют нефть вместе, не подавляют ли друг друга

Формулы нефти нет. Нефть – сложная система и сложный комплекс углеводородов различной химической структуры.  Утилизировать все ее компоненты способна только целая микробная ассоциация.

Эффективно бороться с нефтяными загрязнениями может разработка биотехнологии.

– Биотехнологии имеют также экономическое преимущество по сравнению с другими методами очистки: физико-химическими, например. Механические не обеспечивают должного уровня, а некоторые методы, такие как сжигание, они еще наносят вред окружающей среде, – рассказывает о преимуществах Андрей Филонов, старший научный сотрудник лаборатории плазмид ИБФМ РАН.

Чтобы очистить почву от нефти, недостаточно просто найти необходимые микроорганизмы и пожелать им приятного аппетита, за ними нужен уход – создание определенных условий для роста. В чашке Петри с богатой средой микроорганизмы растут очень быстро и обильно. Исследователи заботятся о них как о младенцах, у маленьких подопечных есть даже колыбель – микробиологическая орбитальная качалка. При насыщении кислородом в колбе идет процесс деструкции (разрушения) нефти в минеральной среде и в почве.  Вот пример – образец был получен в Казахстане.

– Вносим часть этой почвы, скажем, в количестве одного грамма, в колбу с минеральной средой, в которой содержатся необходимые витамины и микроэлементы для роста микроорганизмов, – показывает Ленар Ахметов. – В качестве субстрата, в качестве еды микроорганизмы используют, собственно, саму нефть или ее составляющие. Помещаем колбу на орбитальную качалку, где она несколько дней качается и микроорганизмы, соответственно, растут.

Наши маленькие герои – микроорганизмы – нуждаются в поддержке, у них много конкурентов – других бактерий, которые не могут поедать нефть. Поэтому задача ученых – изъять из среды, откормить, усилить и вернуть обратно, пожелав им приятного аппетита.

– Зачастую биопрепараты, разработанные для одного загрязненного места обитания, для одного загрязненного биотопа, могут совершенно не подходить для другого, – поясняет Ленар Ахметов.

Жаркий климат – далеко не санаторий для микробов-борцов с нефтяными загрязнениями. Но препараты, которые разрабатывают пущинские ученые, помогут справиться с экологическими проблемами, например, в Краснодарском, Ставропольском краях.

– Они способны утилизировать нефть и отдельные углеводороды: нафталин, дизельное топливо, гексадекан при температурах до 50 градусов. Что более интересно, мы проверили – эти бактерии способны также работать с почвой с низкой влажностью, – подчеркивает младший научный сотрудник Янина Делеган.

Вполне логично, что необходимо не только найти нужные микроорганизмы, но и увеличить их популяцию, то есть получить готовый продукт для очистки загрязненных территорий. Этим занимаются в центе экспериментальной биотехнологии того же института.

Для того чтобы вырастить бактерии, исследователи используют специальное оборудование.

– В ферментере поддерживаются температура, кислотность среды, скорость снабжения культуры кислородом. Все эти параметры у нас как контролируются, так и могут корректироваться в процессе культивирования, – рассказывает Владимир Самойленко, заведующий центром экспериментальной биотехнологии ИБФМ РАН.

Ученые выращивают разные штаммы (виды) микроорганизмов, снимают пробы и анализируют препараты. Ферментеры бывают разных объемов для разных целей.

– В маленьком ферментере выращиваем наш посевной материал, и вот, когда у нас возникает задача получения партий для крупных испытаний нашего препарата, мы это проводим в аппарате полупромышленного масштаба общим объемом 1000 литров, – показывает Владимир Самойленко.

В жидком состоянии довозить продукт до потребителя тяжело, поэтому ученые с помощью суперцентрифуги и сушильного аппарата превращают суспензию в порошок. Во-первых, перевезти несколько килограммов вместо нескольких тысяч литров менее затратно, во-вторых, жидкие препараты без охлаждения портятся быстрее.

– Здесь скорость вращения барабана 17 тысяч оборотов в минуту, и это позволяет отделять самые мелкие наши клетки продуцента от внеклеточной жидкости, от «бульона», в котором они выращивались, – уточняет Владимир Самойленко.

Основная проблема исследований – недостаток финансирования, но в ближайшее время специалисты надеются заключить контракт с заинтересованными лицами, это позволит использовать препарат на практике.

Благодаря микроорганизмам-выпускникам лаборатории ИБФМ есть шанс исправить ошибки, допущенные человеком при добыче и транспортировке нефти.

Юные журналисты центра «Радуга»