Ежегодно мировая горнодобывающая промышленность производит колоссальные объёмы отходов, оставляя после себя экологические бомбы замедленного действия – «хвосты» производства, насыщенные тяжёлыми металлами и агрессивными кислотами. Учёные Томского государственного университета в ходе новых исследований обнаружили в хвостохранилище на вольфрамовом руднике бактерии, которые обезвреживают ядовитые отходы. Новый вид получил название Desulfosporosines cupriresistens. Его описание опубликовано в статье, вышедшей в одном из самых престижных в мире междисциплинарных журналов 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 растворённом виде остаются железо, мышьяк, который является отходом золотодобычи, и другие токсичные элементы, – говорит 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, – объясняет 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.
Учёные 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, – отмечает Ольга Викторовна. – Эти бактерии относятся к редкой биосфере – совокупности видов микроорганизмов (бактерий, архей, грибов), которые присутствуют в каком-либо сообществе в очень-очень малых количествах.
Ещё 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 учёные ТГУ, Desulfosporosinus cupriresistens можно выращивать в промышленных объёмах. 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 редкозёмов.
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 учёных ТГУ, результатом которых стало открытие новой бактерии, проведены в рамках проекта «Культивирование, характеристика физиологии и геохимической активности трудно культивируемых экстремофильных Bacteria», поддержанного грантом РНФ (РНФ №24-14-00396). 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.