Бактерии в Сибири чистят ядовитые отходы горнодобычи

Ежегодно мировая горнодобывающая промышленность производит колоссальные объемы отходов, оставляя после себя экологические бомбы замедленного действия — «хвосты» производства, насыщенные тяжелыми металлами и агрессивными кислотами. Ученые Томского государственного университета в ходе новых исследований обнаружили в хвостохранилище на вольфрамовом руднике бактерии, которые обезвреживают ядовитые отходы.


Новый вид получил название Desulfosporosines cupriresistens, сообщили в пресс-службе вуза. Описание этого вида опубликовано в статье, вышедшей в междисциплинарном журнале Scientific reports (Q1) издательства Nature.

«По оценкам экспертов, мировое производство „хвостов“ достигает семи миллиардов тонн в год. После извлечения из руды нужных элементов в стоках в растворенном виде остаются железо, мышьяк, который является отходом золотодобычи, и другие токсичные элементы, — рассказала заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. — Такие „хвосты“ или, как их еще называют, кислые шахтные дренажи чрезвычайно опасны для окружающей среды, они загрязняют водоносные горизонты, реки и озера».

Но природа располагает собственными, эволюционно отточенными механизмами самовосстановления. Именно в этих, казалось бы, безжизненных средах, где концентрация токсичных веществ смертельна для большинства форм жизни, обитают невидимые «супергерои» — сульфатредуцирующие бактерии, которые преобразуют отравляющие соединения в безопасные вещества.

«Сульфатредукция — это их способ „дышать“ и получать энергию в мире без кислорода, — объяснила Ольга Карначук. — Бактерии-сульфатредукторы „едят“ сульфаты — химические соединения с атомами серы и кислорода. При этом они отнимают у сульфата кислород, в результате получается сероводород (H2S), который мы хорошо знаем по запаху тухлых яиц. Этот H2S вступает в реакцию с растворёнными тяжелыми металлами. В результате образуются нерастворимые сульфиды металлов, которые выпадают в осадок. Таким образом, микроорганизмы фактически осуществляют природный детокс, оказывая большую экологическую услугу человечеству».

Ученые ТГУ решили измерить скорость сульфатредукции в «хвостах» на вольфрамовом руднике Бом-Горхон в Забайкалье. Для того они использовали радиоактивные индикаторы. Биологи «скармливали» бактериям помеченный сульфат. После этого произвели расчет биохимических циклов и увидели, что несмотря на малое количество микроорганизмов, скорость сульфатредукции очень высокая.

«Это означает, что не самые многочисленные, но чрезвычайно активные и устойчивые микроорганизмы, которые могут быть представлены в сообществе небольшими группами, играют решающую роль в трансформации среды, — отметила биолог. — Эти бактерии относятся к редкой биосфере — совокупности видов микроорганизмов (бактерий, архей, грибов), которые присутствуют в каком-либо сообществе в очень-очень малых количествах».

Еще одним важным открытием биологов ТГУ стало обнаружение в «хвостах» рудника Бом-Горхон спор сульфатредуцирующих бактерий-термофилов, которые при высоких температурах, достигающих 60 градусов Цельсия, могли образовывать сероводород. Ученые считают, что эти споры прилетают по воздуху из термальных экосистем, таких как гейзеры или горячие источники.

Как отмечают в ТГУ, Desulfosporosinus cupriresistens можно выращивать в промышленных объемах. Технически этот процесс несложный и недорогой. Другим, еще более ценным свойством бактерии Desulfosporosinus cupriresistens является возможность использовать её для извлечения из отходов не только тяжёлых металлов, но и редкоземельных элементов. Соединения редкоземельных металлов находятся в рудных породах в малом количестве. Основная сложность заключается в их выделении. Бактерия, которую научились культировать биологи ТГУ, перспективна в качестве основы биотехнологии для добычи редкоземов.

Сульфатредуцирующие бактерии оказывают человечеству и другую экологическую услугу. Микроорганизмы «редкой биосферы» из рода Desulfosporosinus, обнаруженные австрийскими учёными в болотах, способны снижать концентрацию метана, уменьшая содержание в атмосфере этого чрезвычайно активного парникового газа.

Добавим, что исследования ученых ТГУ, результатом которых стало открытие новой бактерии, проведены в рамках проекта «Культивирование, характеристика физиологии и геохимической активности трудно культивируемых экстремофильных Bacteria», поддержанного грантом РНФ. В настоящее время при содействии Российского научного центра биологи ТГУ реализуют новый проект, нацеленный на культивирование, исследование физиологии и геохимической активности бактерий-экстремофилов, которые сложно поддаются выращиванию.