UPTON, NY - Доведя концепцию «выживания наиболее приспособленных» до крайности, ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали штаммы бактерий, способных жить в суровых условиях, питаясь углекислым газом. богатые материалы, такие как уголь. Пищеварительное действие бактерий удаляет потенциально вредные загрязнители и может быть использовано для получения более эффективного и экологически чистого угля.
«Эти бактерии могут превратить обычный уголь в экологически привлекательный ресурс», - сказал химик Моу Лин. Он и бывший химик по натуральным продуктам Юджин Премузик недавно получили патент США № 6, 294, 351 за эту работу.
Уголь является одним из самых распространенных видов ископаемого топлива на Земле. Но его сжигание создает множество экологических проблем, включая выброс загрязняющих атмосферу оксидов серы и азота, а также остаточной золы, содержащей токсичные металлы. В то время как другие ученые пытались использовать бактерии для удаления этих примесей, большинство микробов неспособны выжить в суровых условиях, присутствующих при переработке угля, таких как высокое давление, высокая температура и кислотность..
Лин и Премузик, которые ранее разработали бактериальные штаммы, переваривающие масло, решили начать с бактерий, естественно адаптированных к экстремальным условиям, и посмотреть, смогут ли они изменить рацион микробов. Бактерии были выделены из геотермальных источников в южной части Тихого океана и в Северной Америке.
Используя технику под названием «проблемный биосинтез питательного стресса», ученые сначала культивировали бактерии в среде, содержащей небольшое количество сырой нефти, дополненной другими питательными веществами. Бактерии, которые смогли выжить в присутствии масла («наиболее приспособленные»), были затем перенесены в новую культуральную среду, на этот раз с более высокой концентрацией масла и более низким уровнем других питательных веществ. Этот процесс повторялся поэтапно, постепенно увеличивая содержание масла и удаляя другие питательные вещества, пока в живых не остались бактерии, которые могли использовать масло в качестве единственного источника пищи.
Затем ученые использовали тот же процесс, чтобы постепенно отучать маслоедущих бактерий от нефти, одновременно давая им все больше угля. «По сути, мы заставляем бактерии адаптироваться к новому источнику пищи», - сказал Лин.
Постепенно изменяя аналогичным образом другие параметры окружающей среды, такие как температура и кислотность, команда из Брукхейвена вывела несколько штаммов адаптированных к углю бактерий, которые могут выживать в различных экстремальных условиях, например, при температурах до 85°C (185°F), давление до 2 500 фунтов на квадратный дюйм, в широком диапазоне pH и солености, а также в присутствии токсичных металлов (до 10 процентов по весу). Штаммы включают недавно эволюционировавших представителей видов Leptospirillum ferrooxidans и Thiobacillus ferrooxidans, а также различные смешанные культуры.
В сочетании с угольной суспензией эти новые микробы расщепляют сложные молекулы угля, образуя более простые, и одновременно удаляют загрязнители серы и тяжелых металлов. Полученный более чистый уголь можно сжигать или превращать в жидкое или газообразное топливо гораздо эффективнее, чем необработанный уголь, при этом производя меньше нежелательных для окружающей среды побочных продуктов.
«Наилучшие результаты могут быть достигнуты при использовании комбинации недавно адаптированных организмов, каждый из которых очень эффективно разрушает один или несколько желаемых участков в сложной структуре угля», - сказал Лин. «Этот смешанный культурный подход позволяет нам адаптировать микробный пакет для преобразования различных типов угля и других углеродосодержащих материалов».
Чтобы просмотреть веб-версию этого выпуска новостей с иллюстрациями, перейдите по ссылке:
Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики США (https://www.bnl.gov) проводит исследования в области физических, биомедицинских наук и наук об окружающей среде, а также в области энергетических технологий. Брукхейвен также строит и эксплуатирует крупные объекты, доступные университетским, промышленным и государственным ученым. Лаборатория находится под управлением Brookhaven Science Associates, компании с ограниченной ответственностью, основанной Университетом Стоуни-Брук и Battelle, некоммерческой организацией, занимающейся прикладными науками и технологиями.