Выбросы промышленных сточных вод содержат токсичные для окружающей среды соединения. Проблему загрязнения водных ресурсов решают специальные методы очистки стоков, наиболее экономичный и экологический из которых – утилизация вредных веществ с помощью микроорганизмов. Однако токсичные вещества промышленных стоков снижают активность живых систем.

Решение проблемы предложили российские ученые – они разработали специальную защиту для микроорганизмов. Дрожжевые грибки способны эффективно разлагать опасные для человека токсины, но при этом сами страдают от воздействия ионов тяжелых металлов и ультрафиолета. Чтобы биофильтры работали дольше, ученые создали для них оболочку из кремниевого гидрогеля.

Биокатализаторы и биофильтры для очистки токсичных стоков разработаны сотрудниками молодежной лаборатории и кафедры биотехнологии Тульского государственного университета (ТулГУ) совместно с учеными-химиками Института органического синтеза имени И. Я. Постовского Уральского отделения РАН. Лаборатория экологической и медицинской биотехнологии была открыта в Научно-образовательном центре мирового уровня «ТулаТЕХ», созданном в рамках нацпроекта «Наука и университеты».

На возможное решение проблемы ученых Тульского государственного университета вдохновили водоросли. Диатомовые водоросли – одноклеточные организмы, которые в процессе эволюции природных систем научились выстраивать на своей поверхности минерализованные панцири на основе композитов диоксида кремния (кремнезема) и биоорганических молекул. Важнейшая функция таких систем – защита живых организмов и генетического материала своего вида от неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти водоросли неплохо приспособлены к самым разным экологическим факторам.

Ученые научились упаковывать микроорганизмы в искусственные оболочки из кремнезема. Их исследования опубликованы еще в 2015 году в одном из международных журналов, посвященном изучению, проектированию, разработке и применению биосенсоров и биоэлектроники. Однако тогда ученые столкнулись с проблемой: живые клетки в панцире кремнезема были ограничены в своей жизнеспособности.

Поэтому специалисты из ТулГУ обратились за помощью к химикам Института органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН, которые синтезировали гибридные молекулы диоксида кремния и органического полимера – полиэтиленгликоляты кремния. Эти молекулы при взаимодействии с компонентами клеточных стенок микроорганизмов и водой способны формировать кремнеземсодержащие нанокомпозиты-гидрогели прежде всего на поверхности клеток.

«Образующиеся на поверхности метилотрофных дрожжей органосиликатные оболочки создают комфортную среду обитания для упакованных клеток, с одной стороны, и защищают живые микроорганизмы от стрессовых факторов окружающей среды (ионов тяжелых металлов, ультрафиолетового излучения), с другой стороны, что важно не только для развития технологий очистки промышленных сточных вод, но и для разработки новых биокатализаторов для биотехнологических производств. Предложенную технологию инкапсулирования живых клеток можно адаптировать для их криоконсервации и создания искусственных органов и тканей», – рассказывает руководитель научной группы, доктор химических наук, заведующая кафедры биотехнологии Ольга Понаморёва.

Биофильтры на основе разработанных биокатализаторов – микроорганизмов в органосиликатных защитных композитах – характеризуются эффективной утилизацией метанола в модельных сточных водах. Окислительная способность биофильтра составила 900 gO₂/м³ (за 90 минут), степень очистки метанола – более 60 %.

Результаты исследования опубликованы в одном из ведущих научных журналов. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» – одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты».

Источник: Минобрнауки России.