Сила одноклеточных. Биотехнологи ОмГТУ извлекают пользу из бактерий для промышленности 

Колонии бактерий и дождевых червей — инструмент для очистки воды и почвы от нефтепродуктов. Крапива, черноплодная рябина, куркума, лишайники, исландский мох.— мощные антибиотики. Чайный гриб — материал будущего, основа для биопластика и искусственной человеческой кожи. Солома, опилки, навоз — сырьё для производства автомобильного топлива. Золототвалы и горы шлака на рудниках — источник железа, меди, золота и даже редкоземельного тантала. Все эти утверждения отнюдь не футуристические фантазии адептов зелёных технологий. Это реальные проекты, которые уже сегодня реализуют учёные и студенты ОмГТУ. И, кстати, некоторые из их разработок уже применяются в промышленном производстве.

Кафедра биотехнолоии, технологии общественного питания и товароведения ОмГТУ — настоящий центр креативных индустрий. Здесь из «бросовых» ингредиентов, зачастую из отходов, создают уникальное сырьё для пищевой промышленности, способное заменить натуральные белки, жиры и углеводы. Находят неожиданно полезное применение водорослям, мхам и лишайникам. Создают биологически активные добавки из грибов и клетчатку из целлюлозы семенной оболочки сои. И много чего ещё. «Трамплин» уже писал об идеях омских учёных в сфере пищевой биотехнологии. Сегодня мы хотим рассказать о том, что исследователи предлагают химической промышленности, фармации и экологии.

В канун Дня биотехнолога в вузе прошёл очередной пресс-тур, в ходе которого журналистам рассказали о совершенно неожиданных свойствах и удивительных способностях мельчайших живых организмов.

В трёх из пяти лабораторий, в которых побывали представители омских СМИ в ходе пресс-тура, занимаются промышленными, фармацевтическими и нефтехимическими биотехнологиями. Работают здесь студенты и аспиранты вуза под началом Светланы Борисовны Чачиной, доцента, кандидата биологических наук. Исследования проводят по десяти направлениям, в том числе разрабатывают препараты для биоразложения полимеров и переработки отходов сельхозпроизвоства.  

Светлана Борисовна Чачина, доцент, кандидат биологических наук.

 — Наш конёк — это очистка нефтезагрязненных почв и вод. Когда в Керченском проливе произошёл разлив мазута, к нам в институт поступила заявка на разработку препаратов и технологии очистки. Мы разработали, сейчас ждём патент, — рассказывает Светлана Борисовна.

Из Анапы омским учёным прислали грязную морскую воду. Они выделили из неё бактерии и поместили в чистую среду без питательных веществ и в среду с мазутом. В некоторых чашках Петри выросли колонии микроорганизмов. Учёные идентифицировали их и определили 10 штаммов, а затем протестровали эти микроорганизмы на «всеядность», помещали их в растворы с различными химикатами, в том числе с нафталином, флуореном, мазутом, бензином и т. п. В результате определились бактерии — лидеры среди приверженцев нефтехимического питания Bacillus cereus Pseudomonas aeruginosa. Они стали основой препаратов и технологий для очистки морской воды.

— А главная фишка в том, что мы решили ещё и активировать серобактерии. Почему Чёрное море практически мёртвое? Потому что там много сероводорода, сероводородные источники, значит, там живут серобактерии. Мы решили их покормить. Нашли реагент, после добавления которого постепенно выделяется сероводород, он активирует нужные бактерии, и они съедают нефть. В ходе опытных испытаний у нас месяц стояла нефть на шейкере, за это время она практически вся разложилась, при этом мы вносили концентрацию 50 грамм на килограмм, это в три раза больше, чем в Анапе. И эти бактерии уже есть в море, их нужно просто активировать с помощью специального реагента, — продолжает Светлана Борисовна.

Для рекультивации почвы Светлана Чачина предложила использовать дождевых червей. Оказывается, они способны поедать нефть и выделять биогумус. Этой теме исследователь посвятила 10 лет. Сейчас в лаборатории на стеллаже в ряд стоят пластиковые контейнеры, в которых по 200 мг земли, политой нефтепродуктами в различной степени концентрации. Сначала в них внесли бактерии, чтобы они «съели» токсины, а через две недели туда запустили червей и этот живой биореактор сейчас разлагает сложные химические соединения на простые углеводороды — алканы, алкены и алкодиены. По словам Светланы Чачиной, эффективность рекультивации с использованием червей при концентрации нефтепродукта 50–100 грамм на килограмм за 4 месяца достигает 99%. Эту технологию уже применяют на Омском нефтезаводе для рекультивации нефтешламов.

В продолжение экологической темы: омские политехники научились «добывать» чёрные, драгоценные и редкоземельные металлы из рудных отвалов методом биовыщелачивания. Также с помощью бактерий. Светланы Борисовна говорит, залежей железа у нас осталось на 30 лет, меди на 30 лет, золота на 12 лет. Но все эти металлы, хоть и в мизерном количестве, хранятся и в отвалах пустой породы. Их можно и нужно оттуда добыть.

 — Мне присылают с месторождений отработанную породу, здесь в лаборатории мы её заливаем специальной питательной средой — для выделения каждого металла своя. Селим туда бактерии — тоже разные — и они путём переработки в результате выделяют из шлака чистый металл. Остаётся раствор отфильтровать и высушить осадок. Я попробовала использовать определённые виды бактерий для биовыщелачивания тантала, примерно 6% из образца переходит в раствор. А сколько всего у нас сегодня лежит в золоотвалах! Там содержится и железо, и медь, и алюминий, и кремний. Если мы повсеместно внедрим технологии биовыщелачивания, то не только природе поможем и обеспечим будущее нашим детям и внукам, но и получим дополнительные доходы, — убеждена Светлана Чачина. 

Кстати, о детях и внуках: передвигаться они будут на машинах, заправленных биотопливом. В вузе сегодня успешно занимаются получением альтернативных, возобновляемых источников энергии — биодизеля и биоэталона — из отходов сельхозпереработки и животноводства, содержащих целлюлозу. Это опилки, солома, конский навоз. Плюсы биоэтанола в том, что он не токсичен, обладает высоким октановым числом, а также легко сгорает без образования токсичных выбросов — оксида серы, азота, сажи и парниковых газов. Его можно использовать в качестве 50% добавки к бензину. При этом не потребуется какой-либо модернизации двигателя внутреннего сгорания, такое топливо будет само очищать топливную систему.

Экологичное горючее — не новая тема. На Западе и в США давно ездят на биотопливе, но там для производства биотоплива использовали пищевые ресурсы, например, кукурузу. Омские учёные решили не конкурировать за пищу, а использовать исключительно отходы. Здесь, в качестве сырья для биодизеля используют отработанное растительное и машинное масло. Предлагают также технологию производства этого материала из водорослей северных морей. Экологичные энергоносители от Омского Политеха сейчас также тестируют на Омском Нефтезаводе.

В лаборатории фармацевтических биотехнологий создают природные антибиотики, и не только. Начнём с антибиотиков — это очень актуальная тема, поскольку с каждым годом бактерии становятся всё более устойчивыми в синтетическим антибиотикам. Альтернатива — природные.

Для их создания экстрагируют в воде или спирте различное сырьё — мхи, лишайники и высшие растения. Помещают растворы на водяную баню или в ультразвуковую ванну, после того как они настоятся, переносят их на шейкер, где продолжается процесс экстрагирования. Затем исследуют полученные экстракты на спектрофотометре, определяют их антибактериальную активность и выявляют наилучшие экстракты, которые пригодятся для борьбы с наибольшим количеством патогенных микроорганизмов. Растения для экстракции — крапива, черноплодная рябина, куркума, лишайники, сфагнум, жимолость и др. Лучшие — смесь лишайников, женьшень и куркума, они подавляет всё.
 

Но настоящий «философский камень» растительного мира — комбуча (чайный гриб). Напиток на его основе содержит витамины группы В, антиоксиданты и пробиотики. Улучшает пищеварение, усиливает иммунную систему, обладает антибактериальным эффектом.

 — Кроме того, комбуча — материал будущего. На основе его микробной целлюлозы мы разработали биопластик, который активно применяется в косметике и в медицине, его можно даже использовать в качестве замены кожного покрова, например, в ожоговой терапии. Комбучу используют также как биобактериальные повязки. Мы разрабатываем кремы на основе комбучи, которые имеют противовоспалительное действие. Делаем тоник, который улучшает и подтягивает кожу. Комбуча — это биотехнология будущего, — рассказала Светлана Чачина.

 — Сейчас в России реализуются два крупных национальных проекта. Это национальный проект «Биоэкономика» и национальный проект «Новые материалы и химия». Если сравнивать динамику развития отраслей химической промышленности и биотехнологии, то химическая промышленность на текущий момент является более мощной по объёму инвестиций, но темпы роста биотехнологии химическую промышленность превышают. Поэтому во многих странах сейчас наблюдается крен в направлении хим-биотеха. И именно это направление сейчас является одним из флагманских у нас. Оно будет приоритетным и в будущем кампусе, который планируют построить в Омской области. Мы очень надеемся на это. Важный момент: в последние годы резко вырос набор в наш вуз на данную специальность. Сейчас уже средний балл доходит до 230 баллов ЕГЭ по направлению «Биотехнологии». Мы в этом году приняли 25 абитуриентов с таким средним баллом, а пороговое значение - 195. Это говорит о растущей востребованности специальностей, связанных с биотехнологией. Ещё один факт: в Омской области в этом году 20 студентов получили гранты на исследовательские проекты, из них 12 - наши студенты. Государство уделяет большое внимание биотехнологии и различным процессам, связанным с реинжинирингом в этой области. И наш вуз в тренде. Развитие биотехнологии в Омском политехе позволяет решать конкретные задачи самых разных отраслей промышленности, дать новые возможности не только предприятиям, но и простым потребителям, а также формировать инновационный и экономический потенциал региона, — рассказал Максим Александрович Шадрин заведующий кафедрой, доцент, кандидат технических наук.

В завершение стоит сказать, что представители омской прессы остались под большим впечатлением от увиденного и услышанного в ходе пресс-тура. Меня лично наполнила гордость за омскую науку. 

Автор: Марина Неупокоева

Фотографии предоставлены пресс-центром ОмГТУ