51. Биогеотехнология. Микробное выщелачивание металлов.

Биогеотехнология - использование геохимической деятельности микроорганизмов в горнодобывающей промышленности. Это экстракция и концентрирование металлов при биологической очистке сточных вод предприятий горнодобывающей промышленности и флотационных процессах: выщелачивание бедных и отработанных руд, десульфирование каменного угля, окисление пиритов и пиритсодержащих пород. Биогеотехнология стихийно зародилась еще в XVI в. До нас дошли сведения о том, что в те далекие времена в Венгрии для получения меди груды добытой руды орошали водой. Этот нехитрый технологический прием оказался прообразом современного бактериально-химического метода кучного выщелачивания металлов из руд (1922 г. благодаря работам немецких ученых Рудольфа и Хельброннера).

Биогеотехнология выщелачивания металлов — использование главным образом тионовых (окисляющих серу и серосодержащие соединения) бактерий для извлечения металлов из руд, рудных концентратов и горных пород. При переработке бедных и сложных руд тысячи и даже миллионы тонн ценных металлов теряются в виде отходов, шлаков, «хвостов». Происходят также выбросы вредных газов в атмосферу. Бактериально-химическое выщелачивание металлов уменьшает эти потери. Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. Окисляются сульфиды Cu,Fe,Zn,Sn,Cd и т. д. При этом металлы из нерастворимой сульфидной формы переходят в сульфаты, хорошо растворимые в воде. Из сульфатных растворов металлы извлекаются путем осаждения, экстракции, сорбции. Одним из возможных путей извлечения металлов из растворов является адсорбция металлов клетками живых микроорганизмов, так называемая биосорбция металлов. Металлы включаются в состав специфических белков – металлотионеинов. Открытый в 1947 г. Колмером и Кинкелем вид тионовых бактерий, названный Thiobacillus ferrooxidans. Характерная особенность их физиологии – кислая среда. Они обитают в водоемах, почвах, угольных и золоторудных месторождениях. В значительных количествах встречаются они в месторождениях серных и сульфидных руд.

52. Экологическая биотехнология. Перспективы использования микробиологических методов очистки окружающей среды. Биоконверсия отходов.

Экологическая биотехнология – это новейший подход к охране и сохранению окружающей среды при совместном использовании достижений микробиологии, биохимии, генетической инженерии и химических технологий. Круг проблем, решаемых экобиотехнологией, чрезвычайно широк – от разработки и совершенствования методологии комплексного химико-биологического исследования экосистем вблизи источников техногенных воздействий до разработки технологий и рекомендаций по рекультивации почвы, биологической очистке воды и воздуха и биосинтезу препаратов, компенсирующих вредное влияние изменения окружающей среды на людей и животных. Сегодня в мировой практике широко применяются биотехнологические методы очистки окружающей среды от нефти и нефтепродуктов, основанные на использовании высокоактивных микроорганизмов – деструкторов. Созданные на их основе биопрепараты позволяют производить очистку почвенных и водных экосистем от загрязнений нефтеуглеводородами. Так как углеводородокисляющие микроорганизмы являются постоянными компонентами почвенных и водных биоценозов, возникает естественное стремление использования их катаболической активности для очистки нефтезагрязненных природных субстратов. Ускорить этот процесс с помощью микроорганизмов возможно, в основном, двумя способами: Во-первых - активизацией метаболической активности естественной микрофлоры почвенных и водных экосистем путем изменения соответствующих физико-химических условий среды. Во-вторых - внесением специально подобранных активных нефтеокисляющих микроорганизмов в загрязненную почву или воду.

Биоконверсия – процесс превращения веществ с участием живых организмов, точнее процесс превращения одних соединений в другие при участии ферментных систем живых организмов. Особенности биоконверсии: идет превращение веществ-субстратов в структурно-родственные соединения (под воздействием ферментов органические вещества превращаются в родственные им по структуре вещества); не идет полная деградация субстрата, присутствует лишь незначительные его изменения, которые приводят к получению целевого продукта (это связано с ограниченным числом ферментных реакций, т.е., если есть несколько субстратов: S1, S2, …, Sn, но есть только один вид фермента, то будет идти превращение только одного вида). Реакции, катализируемые ферментами: окисление; гидролиз; декарбоксилирование; дегидрирование; гидрирование; метилирование; деметилирование; изомеризация; ацелирование; восстановление; фосфорелирование; галагенирование.

Виды процессов биоконверсии:

1.Одноступенчатые: брожение (продуктами являются спирты и органические кислоты);

изомеризация (превращение глюкозы во фруктозу); получение стероидных гормонов (из гидрокортизона получают преднизалон).

2.Многоступенчатые (требуются смешанные культуры микроорганизмов или последовательное, многостадийное добавление штаммов микроорганизмов): получение кормового белка; получение БАВ: гормоны, антибиотики, витамины; биоконверсионная очистка сточных вод; вермикультивирование (природная биоконверсия).