Отечественные ученые делают бактерии и грибы агрессивными
Российские биологи намерены поставить на поток производство инновационных биологических средств для очистки окружающей среды от нефтепродуктов
Хрупкие экосистемы Арктики подвергаются все возрастающему техногенному загрязнению, в том числе нефтепродуктами. За свежими примерами далеко ходить не надо: в мае прошлого года на ТЭЦ в Норильске произошел разлив дизельного топлива, который стал самой масштабной экологической катастрофой в российской арктической зоне.
Существующие методы очистки — механическая, химическая, выжигание — далеко не самые эффективные, но при этом еще и довольно затратные.
Российские биологи предлагают свои технологии очистки. По их мнению, одно из наиболее перспективных направлений ликвидации загрязнений — использование микроорганизмов для разложения загрязнителей, которое получило название «биоремедиация».
Природа берет свое
Если использовать более точное и детальное определение, то биоремедиация — это целый комплекс методов очистки почв и вод, основанный на использовании биохимического потенциала микроорганизмов (бактерий, грибов), водорослей, высших растений. По мнению ученых, важнейшее преимущество этих технологий заключается в их безопасности для окружающей среды. Они основаны на процессах самоочищения живой природы, и считается, что при их деятельности отсутствуют вторичные отходы, образующиеся при других методах восстановления загрязнений. Хотя последнее утверждение далеко не бесспорно, учитывая дискуссию, состоявшуюся в рамках прошедшей в Москве Международной конференции по биоремедиации (биологической очистке) водных и наземных экосистем Арктического побережья.
Кстати, как утверждают ее участники, методы и научные разработки, которые пропагандируют отечественные ученые, зачастую превосходят технологии, предлагаемые их западными коллегами.
Боевой союз водорослей и бактерий
«Биологические методы очистки наиболее эффективны в Арктике в связи со все более интенсивным развитием региона, в том числе с ростом добычи углеводородов и грузоперевозок, — заявил и. о. директора Мурманского морского биологического института РАН Михаил Макаров. — Они могут использоваться не только на этапе устранения последствий ЧС, но также для предупреждения и раннего выявления уязвимых районов». По его словам, главной целью борьбы их института является такой проблемный продукт, как дизельное топливо. Именно на его поглощение и была направлена работа их микроскопических «подопечных».
«Средства и методы биоремедиации постоянно совершенствуются, в них вовлекаются новые группы организмов, — говорит Михаил Макаров. — Если раньше рассматривались в основном только микроорганизмы, способные утилизировать продукты загрязнения, то сейчас используются и водоросли, и высшие растения, а также их ассоциации с микроорганизмами».
Мурманские биологи свои разработки уже использовали в реальных ситуациях. Например, при разливе нефтепродуктов на нефтебазе в Белом море, в Кольском заливе, в районе затонувших судов при вытекании остатков дизельного топлива и т. д.
Для очистки моря специалисты института используют так называемые модули-биофильтры — своеобразные сетки, наполненные смесью водорослей и агрессивных к нефти бактерий. Их можно расположить как на поверхности, так и в толще воды, чтобы проводить глубинную очистку.
«Проведенные нами и лабораторные, и природные опыты и испытания показали, что один килограмм ассоциации бурой водоросли Fucus vesiculosus и находящихся на них некоторых видов бактерий способен поглощать 365 миллиграммов нефтепродуктов в день — примерно 100 квадратных сантиметров дизельного топлива, разлитого на морской поверхности, — доложил Макаров коллегам из разных стран. — Это очень хороший результат именно для арктических морей, где большую часть времени отмечаются довольно низкие температуры и естественная деградация (за счет воздействия солнечных лучей) нефтепродуктов снижена».
Кстати, об этой проблеме говорили и зарубежные биологи.
«Мы видим большой потенциал в изучении влияния микроорганизмов на разложение нефтепродуктов, — рассказала Кирстен Йоргенсен, эксперт Института окружающей среды Финляндии. — Подобные методы особенно эффективны на этапе после механической очистки загрязненной территории или когда применение других методов невозможно». В этом научном центре для очистки были исследованы возможности двух способов: грибного и микрокосма (замкнутой микроэкосистемы, требующей лишь световой энергии для самоподдержания). Увы, как признала сама г-жа Йоргенсен, по итогам исследований выяснилось, что оба способа оказались несостоятельными. «Эффективность грибов вряд ли можно назвать большой в условиях низких температур северных морей, — уточнила она. — Что же касается исследований микрокосма, то выяснилось, что в короткие летние месяцы и опять же при низких температурах углеводороды разлагаются крайне медленно». Более того, полной деградации, по ее словам, не происходило.
Как отметил в своем выступлении Михаил Макаров, их водоросли довольно живучи, но наиболее эффективно они работают в течение одного года. «Сами биологические объекты живут довольно долго — до десяти лет, но срок их результативной деятельности связан скорее с тем, что на них оказывают негативное воздействие внешние факторы: штормы рвут сетки с водорослями, их повреждают льдины и так далее», — пояснил он. Но не это главное. Пока необходимо решить другую проблему — как наиболее безопасно и экологично утилизировать «отработавшие» водоросли, которые за время поедания загрязнений сами накапливают в себе тяжелые металлы. Это к вопросу об отсутствии вредных вторичных отходов, о которых было сказано чуть выше.
Сколько платить микробам за работу
На вопрос, во сколько обходится обработка поверхности предлагаемым его институтом методом, Михаил Макаров ответить затруднился. «Естественно, мы считали экономику процесса, но в данный момент назвать конкретную цифру не могу», — отметил он.
В свою очередь, Алексей Степанов, заведующий кафедрой биологии почв факультета почвоведения МГУ имени М. В. Ломоносова, объяснил сложность этого момента. «Разумеется, экономическая эффективность просчитывается, но, согласитесь, это задача все-таки не микробиологов, а экономистов, поэтому и возникают затруднения при ответе на подобные вопросы, — пояснил он. — Сама по себе “работа” микробов ничего не стоит: мы их извлекаем из почвы, направляем на определенные загрязненные участки — и все». В любом случае, как уверяет Алексей Степанов, технологии биоремедиации выгодны и эффективны. В отличие, например, от технологий химической или механической очистки, которые требуют довольно серьезных затрат на производство компонентов, специальных устройств и т. д.
Вообще, по его словам, сегодня существуют сотни технологий очистки, вопрос в том, как выбрать из них наиболее эффективные и безопасные. Этим критериям, как правило, отвечают смешанные методы, когда одновременно используются и микроорганизмы, и водоросли, и грибы, и бактерии, и сорбенты.
Штаммы получили прикрытие
Другой способ предложила команда исследователей при поддержке «Роснефти», результаты работы которой презентовал Илья Сережкин — микробиолог, научный сотрудник лаборатории микробной биотехнологии биологического факультета МГУ.
«На чем мы концентрировались? Сейчас существует довольно много микроорганизмов, которые предлагается использовать для биологической очистки. Говорить о них, их преимуществах и недостатках можно долго, но главная проблема заключается в том, что в условиях низких температур, штормов, длинной полярной ночи (когда поток ультрафиолета существенно ослабевает) и так далее эффективность большинства этих микроорганизмов и штаммов становится резко ограниченной, — перечислил он. — Поэтому мы сосредоточились на создании оболочки, которая позволила бы доставить микроорганизмы к источнику загрязнения». По его словам, эту задачу удалось решить, и сегодня уже имеется готовый к масштабированию препарат. Штамм бактерии Pseudoalteromonas arctica, полученный группой ученых, в которую входит Сережкин, может разлагать нефть и нефтепродукты в диапазоне от плюс 20 до минус 2,5 градуса по Цельсию и солености 30±10 г/л. При этом бактерия может развиваться даже в бедной питательными веществами среде.
Этот метод уже запатентован в России, а в будущем году, после завершения всех необходимых формальностей, бактерию, облаченную в гранулы, уже можно будет запустить в массовое производство.
Этот факт подтвердил и Алексей Степанов. «Насколько вы поняли, эти самые гранулы уже созданы, заканчиваются их производственные испытания, так что довольно скоро этот препарат будет готов к продаже, — уточнил он, не сообщив, правда, стоимость препарата, а лишь заверив, что «она не будет существенной». По его словам, единственным ограничением для применения является то, что препарат предназначен для очистки только водной поверхности. Легкие защитные гранулы как раз и используются в качестве средства транспортировки препарата к источнику загрязнения, их высыпают на поверхность воды, и они съедают нефтепродукты.
По словам Алексея Степанова, в состав препарата входят типичные почвенные организмы, так что их использование не приведет к каким-либо негативным экологическим последствиям. «Конечными продуктами разложения нефти являются диоксид углерода и вода, так что эта технология совершенно безопасна», — заявил он.
Говоря о месте, которое сегодня занимает российская наука в этой сфере, Алексей Степанов резюмировал, что по ряду технологий очистки мы опережаем своих зарубежных коллег. «Если вы могли сравнить ранее прозвучавшие выступления наших коллег из Канады и Финляндии, то поймете, что испытанные ими препараты эффективность показали довольно низкую», — заявил он. При этом отечественные препараты, особенно работающие «под прикрытием» гранул, могут работать даже в условиях не просто низких, но даже отрицательных температур, которые являются обычным делом в арктической зоне.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl