Ученые из Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН совместно с европейскими коллегами добыли со дна озер Центральной Азии микробы, способные производить метан посредством анаэробной переработки в биореакторах. В Германии уже планируют строить опытно-промышленную установку, предназначенную для применения данной технологии, и рассчитывают, что это станет большим прорывом в развитии возобновляемой энергетики. Об этом на страницах электронного издания "Наука и технологии России - STRF.ru" со ссылкой на публикацию в американском журнале "Journal of Biotechnology" рассказал журналист Алексей Шабельский.

Метанобразующие микроорганизмы давно в фокусе внимания биотехнологов из-за той огромной роли, которую они играют при анаэробной (без доступа воздуха) переработке индустриальных и бытовых вод. По сути из сточных вод они делают биогаз - он может прийти на смену дорогому природному, к тому же его ресурсы возобновляемы. Метан уже производится коммерчески, но он не может заменить полностью добываемый из скважин, так как в сточных бытовых водах содержится слишком мало углеродсодержащих веществ. Поэтому в настоящее время активно изучают комбинирование производства биомассы с ее последующей переработкой в метан.

Международный коллектив авторов из Германии (Институт исследований генома и системной биологии, Институт морской микробиологии Макса Планка), Нидерландов (Дельфтский технологический университет) и России (лаборатория экологии и геохимической деятельности микроорганизмов Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН) давно исследует способность микробов к жизнедеятельности в экстремальных условиях, в частности в насыщенных содовых растворах. В этих средах "протонная энергетика - основа жизни в нейтральных условиях - частично или полностью заменяется на натриевую, - пояснил в интервью STRF.ru участник проекта с российской стороны, ведущий научный сотрудник Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, доктор биологических наук Дмитрий Сорокин. - Это происходит в связи с тем, что в сильнощелочных средах существует нехватка ионов водорода (протонов), так необходимых для жизнедеятельности клетки. Поэтому она вынуждена перестраивать свой обмен веществ и использовать "то, что есть". В случае содовых растворов - это ионы натрия. Чтобы активно функционировать в таких нестандартных условиях, микроорганизмам необходимы особые ферменты и клеточные механизмы, отсутствующие у нейтрофилов (организмов, живущих в "обычной" нейтральной среде). Как уже говорилось, клетка переходит на активное использование ионов натрия. Побочным и весьма полезным эффектом в данном случае будет включение такого рода организмов в технологические процессы, проходящие при высоких уровнях pH и солености".

Исследователи изучили возможность применения микроорганизмов донных отложений (седиментов) из гиперсолончаковых содовых озер Центральной

Азии в качестве реакционной среды для щелочных биореакторов по производству метана посредством анаэробной переработки. Они сочетали измерения эффективности производства метана из различных субстратов с генетической характеристикой популяции метаногенов (микроорганизмов, производящих в результате своей жизнедеятельности метан) посредством специального маркерного гена mcrA.

Донные отложения ученые отбирали из нескольких солончаковых натриевых озер Кулундинской степи на Алтае. Более года эти микробы хранили при температуре 4°С и определенном давлении в стеклянном контейнере в инертной атмосфере. Затем их добавляли к субстрату (в этом качестве использовали метанол, ацетат или водород) и всю смесь выдерживали в темноте в течение 10 суток. После чего методом газовой хроматографии определяли количество полученного метана. Для этого находили его зависимость от концентрации соляного раствора и от уровня кислотности, при котором проводили процесс. Оказалось, что наивысшая концентрация биогаза присутствует на субстрате из метанола (метилового спирта) при pH 10 (т.е. в сильнощелочной среде) в одномолярном растворе соли. То есть метиловый спирт - самая эффективная основа для будущих биореакторов.

По маркируемому гену mcrA ученые определили: в донных отложениях алтайских озер присутствуют в основном четыре типа метаногенных организмов. Интересно, что ни об одном из них не сообщалось в предыдущих исследованиях других авторов. Иными словами, микроорганизмы со дна озер Кулундинских степей оказались уникальными. По оценке специалистов на их основе можно организовать биологическое производство возобновляемых источников энергии. Кроме того, эти микробы можно заставить очищать высокощелочные стоки, образуемые при газо- и нефтепереработке, в бумажной и текстильной промышленности.

Впрочем, прикладные аспекты ученые из разных стран будут дорабатывать отдельно. В России, полагает Сорокин, потребуется несколько лет, прежде чем результаты исследования дойдут до промышленности. Сначала должна быть создана модель, продуцирующая метан, потом она будет опробована в лабораторных биореакторах. И если получится приличный результат, то начнется создание пилотной установки, способной работать в промышленных масштабах.

Большие планы на создание в ближайшем будущем биореакторов промышленных масштабов имеют немецкие биотехнологи, участвующие в этом проекте. Их активность объясняется и тем, что правительство Германии в перспективе решило отказаться от невозобновляемых источников энергии (в частности, от обычного природного газа) и планомерно финансирует программу по производству биогаза из различных сельскохозяйственных отходов.

Шабельский А. Микробы алтайских озер пустят в производство метана. - Электронный журнал "Наука и технологии России - STRF.ru", 02 ноября 2012 г.

Материал подготовил Сергей МАКАРОВ

Permanent link to this publication: