Ученые обнаружили бактерии, обезвреживающие ядовитые отходы горнодобычи
Ученые Томского госуниверситета и их коллеги обнаружили и описали новый вид бактерий Desulfosporosinus cupriresistens. Он обитает в отходах горнорудного производства и способен превращать токсичные соединения в безопасные формы.
Ежегодно мировая горнодобывающая промышленность производит колоссальные объемы отходов, оставляя после себя экологические бомбы замедленного действия — «хвосты» производства, насыщенные тяжелыми металлами и агрессивными кислотами.
«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. Такие «хвосты» или, как их еще называют, кислые шахтные дренажи чрезвычайно опасны для окружающей среды, они загрязняют водоносные горизонты, реки и озера», — рассказала один из авторов исследования, заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук.
Но есть в природе и собственный механизм самовосстановления. Именно в этих, казалось бы, безжизненных средах, где концентрация токсичных веществ смертельна для большинства форм жизни, обитают сульфатредуцирующие бактерии, которые преобразуют отравляющие соединения в безопасные вещества.
«Сульфатредукция — это их способ «дышать» и получать энергию в мире без кислорода. 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 сероводород вступает в реакцию с растворенными тяжелыми металлами. В результате образуются нерастворимые сульфиды металлов, которые выпадают в осадок. Таким образом, микроорганизмы фактически осуществляют природный детокс, оказывая большую экологическую услугу человечеству», — объяснила Ольга Карначук.
Ученые измерили скорость сульфатредукции в «хвостах» на вольфрамовом руднике Бом-Горхон в Забайкалье. Для этого 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 исследователь.
Еще одним важным открытием 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.
Еще одним ценным свойством бактерий Desulfosporosinus cupriresistens может стать возможность их использования для извлечения из отходов редкоземельных элементов. Соединения редкоземельных металлов находятся в «хвостах» в очень малых количествах, и бактерии могут сыграть решающую роль в их извлечении. Как отмечают авторы, Desulfosporosinus cupriresistens можно выращивать в промышленных объемах. Технически этот процесс несложный и недорогой.
Помимо ученых ТГУ, в работе приняли участие их коллеги из Научного центра биотехнологии РАН, Пущинского научного центра биологических исследований РАН, Института общей и экспериментальной биологии СО РАН, Губкинского университета.
Исследование поддержано грантом РНФ.