Рудное дело: бактерия-экстремал добудет ценные металлы в самых сложных условиях
- Статьи
- Наука и техника
- Рудное дело: бактерия-экстремал добудет ценные металлы в самых сложных условиях
Ученые обнаружили в Талнахском месторождении медно-никелевых руд, расположенном в Красноярском крае, новый вид бактерий. Микроорганизм живет в экстремальных условиях и окисляет серу, участвуя тем самым в биовыщелачивании — природном процессе извлечения меди, никеля, кобальта и золота из содержащих серу руд. Новый вид может использоваться в составе микробных сообществ для экологичной переработки сырья при добыче полезных ископаемых в самых сложных условиях. Например, при высокой кислотности, температуре и присутствии металлов, которые обычно тормозят или убивают другие микроорганизмы. Подробнее о новом подходе — в материале «Известий».
Новые микроорганизмы на месторождениях полезных ископаемых
В месторождениях медных, никелевых, железных и других руд живут бактерии, которые помогают получать в чистом виде ценные металлы, исходно связанные с серой. Этот природный процесс растворения минералов, называемый биовыщелачиванием, происходит благодаря тому, что микроорганизмы окисляют серу и тем самым «убирают» ее из соединений с металлами. Один из наиболее распространенных родов окисляющих серу бактерий — ацидитиобациллюс (Acidithiobacillus). Однако большинство известных микроорганизмов чувствительны к экстремальной кислотности, высоким концентрациям солей и тяжелых металлов, что ограничивает их использование в сложных условиях некоторых месторождений. Поэтому ученые ищут новые микроорганизмы-окислители.
Исследователи из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН обнаружили новый вид бактерий из рода ацидитиобациллюс в Талнахском месторождении в Красноярском крае. Авторы вырастили найденные микроорганизмы в лаборатории и получили чистую культуру. Оказалось, что бактерия способна расти при экстремальной кислотности и при температурах до 43 градусов.
Ученые проанализировали геном обнаруженного вида и нашли в нем гены, отвечающие за процессы окисления серы, а также кодирующие важные защитные механизмы — благодаря им микроорганизм может расти в агрессивных средах. Так, описанная бактерия имеет гены, которые обеспечивают ее устойчивость к тяжелым металлам — меди, цинку, никелю и кобальту — и обезвреживают активные формы кислорода, окисляющие мембраны и белки и приводящие к гибели клеток.
— Крайне интересными оказались отдельные свойства этих бактерий: они образуют крупные скопления из клеток на поверхности частиц серы, которые в перспективе могут повышать эффективность переработки руды. В сочетании с устойчивостью к экстремальным условиям это делает микроорганизм идеальным объектом для выщелачивания металлов даже в месторождениях со сложными рудами, — рассказала кандидат биологических наук, сотрудник лаборатории хемолитотрофных микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Анна Панюшкина.
Опираясь на эти особенности и генетические отличия бактерии от других ранее описанных микроорганизмов, авторы выделили ее в отдельный вид, названный по региону, где она была найдена, — ацидитиобациллюс сибирикус (Acidithiobacillus sibiricus).
— В дальнейшем мы планируем изучить характеристики этой бактерии в отношении извлечения ценных металлов из конкретных природных минералов, найти предельные концентрации тяжелых металлов, при которых микроорганизм может «работать», а также исследовать механизмы его устойчивости к этим металлам. Это позволит понять, в каких процессах и для каких типов руд использование описанной бактерии наиболее перспективно, — рассказал руководитель проекта, к.т.н., сотрудник лаборатории хемолитотрофных микроорганизмов ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Максим Муравьев.
Добыча полезных ископаемых с помощью бактерий
Найденный микроорганизм можно использовать как биохимического помощника при переработке руд. Бактерия окисляет серу, разрушает связи между металлами и серосодержащими соединениями и тем самым облегчает извлечение меди, никеля, кобальта и других ценных элементов, рассказал «Известиям» эксперт НТИ по перспективным и новым источникам энергии Дмитрий Высокогорский. В перспективе это может сделать добычу более экологичной, потому что часть процессов, где сейчас приходится использовать более жесткие химические методы, можно будет перевести на биотехнологические рельсы.
— Особая ценность именно этой бактерии в том, что она приспособлена к очень тяжелым условиям, например к высокой кислотности, температуре и присутствию металлов, которые обычно тормозят или даже убивают другие микроорганизмы. Это значит, что ее можно рассматривать не как лабораторный образец для коллекции, а как реального кандидата для промышленных биосообществ, которые работают прямо в сложных рудах, — сказал эксперт.
Гипотетически это может привести к тому, что добыча станет более точечной, отметил специалист.
В перспективе новую бактерию можно запускать прямо в пласты месторождений или в чаны биореакторов, чтобы перерабатывать бедные руды, которые нерентабельно плавить традиционными методами. Это снизит энергозатраты и выбросы сернистого газа, рассказала молекулярный биолог Арина Холькина.
— Само направление биогидрометаллургии развивается стремительно. Уже сегодня около 15–20% мировой меди добывают с участием бактерий. Но в будущем микроорганизмы смогут не только извлекать металлы, но и селективно «собирать» редкоземельные элементы из отходов электроники, очищать промышленные стоки и даже работать на астероидах в установках замкнутого цикла, — сказала она.
Бактерии становятся полноценным инструментом «зеленой» металлургии — без муфельных печей и токсичных реагентов, подчеркнула Арина Холькина.
Результаты комплексного исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Systematic and Applied Microbiology.
