Специальную защиту для микроорганизмов, используемых при очистке промышленных сточных вод, от содержащихся в них токсичных веществ, понижающих эффективность работы фильтров, разработала команда российских ученых, 30 марта сообщает пресс-служба Минобрнауки России.

Очистка промышленных сточных вод, содержащих вредные для окружающей среды вещества, решается специальными методами, наиболее экономичным и экологичным из которых является утилизация вредных веществ с помощью микроорганизмов. Однако длительное воздействие токсичных веществ в этих стоках снижает активность таких живых систем.

Команда российских ученых, в которую вошли сотрудники молодежной лаборатории и кафедры биотехнологии Тульского государственного университета (ТулГУ) и химики Института органического синтеза им. И. Я. Постовского (ИОС) УрО РАН, нашли решение этой проблемы.

Они разработали для дрожжевых грибков, которые эффективно разлагают опасные для человека токсины, но при этом сами страдают от воздействия ионов тяжелых металлов и ультрафиолета, защитную оболочку из кремниевого гидрогеля.

Подсказку исследователи нашли у диатомовых водорослей — одноклеточных организмов, которые в процессе эволюции научились создавать на своей поверхности композитные минерализованные панцири на основе диоксида кремния (кремнезема) и биоорганических молекул для защиты своего вида от неблагоприятных факторов окружающей среды.

Ученые ТулГУ научились упаковывать микроорганизмы в искусственные оболочки из кремнезема еще в 2015 году, но тогда оказалось, что панцирь кремнезема понижал их жизнеспособность.

Помогли тулякам химики ИОС УрО РАН, синтезировав гибридные молекулы диоксида кремния и органического полимера, которые получили название полиэтиленгликоляты кремния. При взаимодействии с компонентами клеточных стенок микроорганизмов и водой эти молекулы образуют на поверхности клеток кремнеземсодержащие нанокомпозиты-гидрогели.

Руководитель научной группы, доктор химических наук, заведующая кафедры биотехнологии Ольга Понаморёва пояснила:

«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».

Она рассказала, что такая технология инкапсулирования живых клеток найдет применение не только в очистке промышленных сточных вод, но и в разработке новых биокатализаторов для биотехнологических производств. Ее легко можно адаптировать для криоконсервации клеток или создания искусственных органов и тканей.

Созданные на основе разработанных биокатализаторов биофильтры демонстрируют эффективную утилизацию метанола в модельных сточных водах. Согласно данным экспериментов, степень очистки метанола составила более 60%.

Результаты исследования ученые представили в статье «Биосовместимые композиты на основе силикагеля и полиэтиленгликоля для иммобилизации микробных клеток методом золь-гель синтеза», опубликованной в журнале Polymers.