Можно ли добывать редкие металлы без использования тяжёлых промышленных машин? Приморская студентка доказала реальность этого.
Сколько полезного можно добыть из отработанной породы, какую роль в этом играют микробы и сложно ли внедрить свои инновации молодым учёным? На эти и другие вопросы ответила разработавшая уникальный метод получения редких металлов с помощью микроорганизмов магистрантка ДВФУ Юлия Рысева.
Бактерии-геологи
Александр Колегов, vl.aif.ru: Юлия, скажите, в чём заключается предмет вашей работы?
Юлия Рысева: Мы начинаем работу по исследованию взаимодействия микроорганизмов с субстратами, содержащими редкоземельные микроэлементы, и того, как микроорганизмы эти элементы из субстратов извлекают и переводят в раствор.
– И в дальнейшем элементы можно будет из раствора извлечь?
– Можно. Полученный раствор сначала подвергается концентрации, а затем целевые вещества осаждают из него.
– С какими микроорганизмами вы имеете дело?
– С лито- и органотрофами. Первые способны окислять серу, получая при этом энергию для собственной жизнедеятельности и оставляя неиспользованными другие вещества, в том числе металлы. Они уже используются в промышленных масштабах для добычи меди и золота. Дело в том, что эти металлы часто находятся в сульфидных рудах, а бактерии, питаясь, разрушают минерал, выделяя ценные элементы. Метод получается очень удобным, ведь таких бактерий почти не нужно подкармливать. С редкоземельными элементами ситуация сложнее. В природных источниках и отходах они редко встречаются в форме сульфидов, поэтому использование только литотрофов не подходит. Органотрофные бактерии, как и мы, питаются белками, жирами и углеводами, поэтому остаётся вопросом, как именно их можно использовать, но возможности тут гораздо шире, так как не ограничиваются сульфидными рудами.
Наши штаммы мы выделяли из естественных источников, они устойчивы к редкоземельным элементам, так как развивались в богатой ими среде. Главным образом мы работаем с космополитными видами – Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus и другими. Ничего особенно нового в этих родах нет. Более того, они постоянно находятся вокруг нас и сопровождают в любой момент жизни. Например, при порче продуктов на них можно заметить слизистый слой. Эта слизь – полисахаридная оболочка бактерий, которая, кстати, является одним из основных факторов, позволяющих микробам разрушать минералы.
Сама суть работы – выращивание культур микроорганизмов на питательном субстрате вместе с источником редкоземельных элементов и дальнейший анализ раствора при помощи масс-спектрометрии. Исследования будут выполняться в лаборатории геохимии гипергенных процессов (зав. лаборатории Брагин И.В.) в Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН под руководством с.н.с. Лебедевой Е.Г.
– Когда можно будет говорить о внедрении метода в промышленности?
– Это сложный вопрос, зависящий от множества факторов. На том этапе, когда будет завершена фундаментальная часть работы. Тогда к ней для реализации практической части будет необходимо подключать целую команду инженеров, геологов, химиков и других специалистов.
Но на старте мы постараемся понять, как это работает, каковы механизмы и закономерности, особенно у разных штаммов, в разных растворах, при разных методиках культивирования.
– Похожую работу кто-нибудь где-нибудь проводил?
– За рубежом есть аналогичные исследования. Имеется небольшое количество отечественных работ. Но в Приморье никто этим не занимался. Мы – первые. Мой научный руководитель – старший научный сотрудник ДВГИ ДВО РАН Лебедева Елена Геннадьевна имеет научные работы по аналогичным темам – адсорбции редкоземельных элементов микроорганизмами. Это противоположный нашей теме процесс, когда они не выводят элементы в раствор, а наоборот, накапливают на поверхности клеток.
Это перспективное направление для ремедиации загрязнённых экосистем – микроорганизмы, к примеру, могли бы очищать воду в каком-то водоёме, собирая на себе растворённые в воде вещества. В отличие от фильтров или иных приспособлений, микроорганизмы могут самостоятельно размножаться и не требуют обслуживания.
– А что, если они перестараются?
– Какой при этом след они сами могут оставлять на экологии – тема отдельного исследования. Но, насколько я знаю, при изучении вопроса уделяется особенное внимание теме использования аборигенной микробиоты, характерной для именно этой экосистемы. Они там уже есть и живут, не оказывая негативного влияния.
Так, например, в лаборатории морской микробиологии ДВФУ исследуются микроорганизмы Японского моря, способные к деструкции нефти. В перспективе их можно использовать для очистки Японского моря от нефтяного загрязнения, которое сейчас является серьёзной проблемой. Это делается в том числе для того, чтобы не подсаживать в экосистему посторонние виды.
Возможности
– Как вам удалось выиграть этот грант?
– Мой научный проект победил в конкурсе фонда имени Геннадия Комиссарова «Молодые учёные 2.0». Мы получили возможность закупить материалы и оборудование для экспериментов на сумму до 200 тысяч рублей. Теперь занимаемся подбором и закупкой оборудования. Мы купим аналитические весы, реактивы, компоненты для питательных сред и другие расходники. Даже базовые вещи, необходимые для исследований, стоят внушительно.
– Сложно ли было выиграть и как вы решились подать документы?
– Четыре года, пока я училась в бакалавриате, сомневалась в том, что имею какие-то шансы. Только придя в магистратуру, начала пробовать и подавать заявки. И была в шоке, когда начала выигрывать. Это реально! И, кстати, те, кто не выиграл поддержку с первого раза, но не опустил руки, а продолжил проявлять активность, выигрывали в каких-то других конкурсах. Благодаря разнообразию программ поддержки шансы на серьёзные победы имеются у всех.
Вместе со мной в конкурсе победила студентка кафедры цитологии и генетики ДВФУ, она будет получать стипендию от фонда для изучения морских водорослей – паразитов двухстворчатых моллюсков.
Но конкурс проходит всего второй раз, поэтому большого количества выигравших заявок ещё просто нет. Хотя на сайте проекта есть материалы о том, как и чьи проекты дают реальные результаты.
Всего через несколько дней после объявления результатов Комиссарова я узнала, что вместе с двумя своими одногруппницами буду также получать именную стипендию Потанина. В этом году в конкурсе участвовали магистранты из 75 вузов России, в том числе ДВФУ.
Интерес со стороны
– Размножение бактерий и выделение веществ из раствора, на первый взгляд, не выглядит чрезмерно сложным делом. Технология доступна для кустарного применения?
– На первый взгляд, технология выглядит как довольно простая, но, если посмотреть цены на оборудование, то можно убедиться, что в домашних условиях подобную работу делать нереально.
– Вы рассчитываете на коммерческий успех результатов вашей работы?
– Пока я не рассматриваю даже вопросы практического применения, не то что коммерческого успеха. По крайней мере, на ближайшее время. Это интересно с научной точки зрения. Микроорганизмы, обитающие в естественной среде, постоянно контактируют с различными микроэлементами, и редкоземельными в том числе. И мы хотим посмотреть их поведение на разных моделях, в разных средах и на разных питательных субстратах с разными методами культивирования. Ведём подготовительные работы.
– А у действующих промышленников и науки к вашей работе есть интерес?
– Мне уже написали несколько представителей из разных институтов России. Уже интересуются результатами. Но мы только начинаем работу