Применение микроорганизмов

Применение микроорганизмов

Использование микроорганизмов для извлечения металлов из руд долгое время считалось недостаточно эффективным. Но теперь ситуация начинает меняться.

Добыча руды в Европе

Цены на золото, медь, никель и многие другие металлы за последние годы выросли настолько, что некоторые методы их добычи, считавшиеся ранее недостаточно экономичными и потому отвергнутые, теперь снова становятся предметом дискуссий и научных исследований. К этим методам относится, в частности, и так называемое бактериальное выщелачивание, то есть извлечение тех или иных химических элементов из руд, концентратов и горных пород с помощью бактерий или продуктов их жизнедеятельности. А бактерий таких немало. Профессор Аксель Шипперс (Axel Schippers), геомикробиолог, научный сотрудник Федерального ведомства по геонаукам и сырью в Ганновере, собрал в своей лаборатории более полутора тысяч штаммов разных бактерий, которые могут найти применение в процессе обогащения руд.

Микробный зоопарк

Собрание ученого — не база данных в привычном понимании этого слова и не коллекция, а нечто вроде «зоопарка» микробов, все обитатели которого находятся в глубокой зимней спячке, поскольку хранятся в условиях крайне низких температур, при минус 140 градусах. «Так получается менее трудоемко, — поясняет ученый. — Но все равно время от времени эти культуры приходится размораживать и пробуждать к жизни, чтобы убедиться, что они по-прежнему активны и не загрязнены».

Контекст

Европу как источник минерального сырья рано списывать со счетов

Добыча полезных ископаемых в Европе уже давно неуклонно сокращается. Однако рост мировых цен на минеральное сырье может положить конец этой тенденции и побудить европейцев задуматься о самообеспечении.

Раскрыта тайна Доломитовых Альп?

Хотя доломит и известняк имеют много общего, образовались они по-разному. История известняка давно изучена, но происхождение доломита до сих пор сводится к гипотезам.

Наводнения и лептоспироз: фатальный тандем

Стихийные бедствия нередко вызывают вспышки инфекционных заболеваний — дизентерии, холеры, брюшного тифа. Но есть и еще одна не менее опасная инфекция: лептоспироз.

Биодеградация нефти: насколько эффективен механизм в арктических морях

Многие эксперты считают, что лучший способ борьбы с разливом нефти — ее разложение с помощью микроорганизмов. Вопрос лишь в том, насколько эффективен этот механизм в условиях Арктики.

Бактерии ставят в тупик инженеров

Офшорные ветропарки считаются важным элементом экологичной энергетики будущего. Однако теперь инженеры столкнулись с неожиданной проблемой — биокоррозией опор ветроустановок. И как эту проблемы решать, пока неизвестно.

Хотя в «зоопарке» профессора Шипперса имеются, конечно, и весьма экзотические микроорганизмы, подавляющее большинство его обитателей составляют разные штаммы хорошо известных так называемых тионовых бактерий, получающих энергию за счет окисления практически всех сульфидных минералов, серы, а также соединений железа, меди, селена, сурьмы, урана и некоторых других элементов. Именно эти микроорганизмы представляют наибольший интерес с точки зрения их использования в бактериальном выщелачивании металлов из руд.

Для этого горную породу измельчают, смешивают с кислотой, а затем в раствор добавляют культуру подходящих бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности и переводят металл в раствор. Извлечь его оттуда можно, например, методом электролиза. Бактериальное выщелачивание считается относительно экологичной технологией. Во всяком случае, оно обходится без выбросов двуокиси серы в атмосферу и требует меньших энергозатрат, чем традиционная пирометаллургия с полным расплавлением шихты и разделением расплава на металл и шлак.

Каждому минералу — свою бактерию!

Использование микроорганизмов для выщелачивания металлов из руд уходит корнями в давние времена, когда о самом существовании бактерий никто еще не подозревал. Осмысленно и целенаправленно эта технология развивалась в прошлом столетии, но ближе к концу века утратила популярность. «Отчасти наша работа начинается теперь там, где мы ее прекратили 20-30 лет назад», — говорит профессор Шипперс. Это связано с тем, что, с одной стороны, резко выросли цены на металлы, а с другой — с тем, что исследователи обнаружили немало новых видов бактерий. «30 лет назад было известно всего несколько микроорганизмов, игравших роль в выщелачивании металлов, — поясняет ученый. — Сегодня их не менее трех десятков, и это число продолжает расти. Поэтому сейчас мы можем для каждого минерала подобрать оптимальный вид бактерий».

Читайте также:  Что лучше кардиомагнил или аспирин кардио мнение кардиологов

При добыче меди и золота метод бактериального выщелачивания применяется уже довольно широко: на его долю приходится несколько процентов мировой добычи этих металлов. Тут лидерами являются Австралия, страны Латинской Америки и Африки. А в Финляндии с помощью особого штамма бактерий удалось наладить добычу никеля, кобальта и цинка на одном из местных месторождений.

Нет пророка в своем отечестве

Однако бактериальную технологию, эффективную на одном месторождении, далеко не всегда можно перенести на другое: отличия в составе горных пород допускают использование только местных штаммов бактерий, а у каждого такого штамма — свои «привычки» и свои «потребности». «С этим у нас сейчас проблемы, — сетует профессор Шипперс. — Что касается совершенствования технологий извлечения металлов из руд, у нас есть интересные лабораторные наработки, выполненные в ходе прежних исследований, но испытать их в Германии в крупном масштабе и проверить на экономическую рентабельность у нас нет возможности».

Зато некоторые наработки находят практическое применение в международном масштабе. Так, в сотрудничестве с Клаустальским техническим университетом профессор Шипперс доказал, что с помощью бактерий можно будет санировать гигантские отвалы бедной руды на одной из шахт в Перу, причем продажа извлеченного металла позволит полностью окупить это мероприятие. А еще ученый намерен использовать некоторых обитателей своего микробного «зоопарка» для бактериального выщелачивания металлов из шлаков, отходов обогащения, свалок и так далее.

Микробы-антагонисты и их применение для защиты растений

Известно, что болезни растений распространены широко и причиняют существенный вред сельскому хозяйству. Для борьбы с ними используют химические средства, а также более безопасные для окружающей среды биологические методы.

Освобождению почвы от фитопатогенных организмов способствует усиление размножения в ней микробов-антагонистов по отношению к возбудителям тех или иных заболеваний. Например, после посева люцерны почва очищается от возбудителя вертицил- лезного вилта хлопчатника (VerUcUlium dahliae). Очевидно, это объясняется не только тем, что корневая система люцерны выделяет в почву алкалоиды, угнетающие многие микроорганизмы, но и тем, что она стимулирует размножение в почве антагонистов возбудителя вертициллеза. Подобными свойствами обладают и растения рапса, промежуточная культура которого может быть использована на юге между посевами других культур.

Возделывание некоторых растений, например клевера и вики, способствует освобождению почвы от возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis: житняк, картофель, наоборот, благоприятствуют размножению этой бактерии. Таким образом, в принципе возможна борьба с болезнетворными микробами почвы путем введения в севооборот тех или иных растений. Однако для широкого практического применения этого приема необходима его экспериментальная доработка.

Внимание микробиологов привлекает использование микробов-антагонистов для лечения растений. На грибах-паразитах нередко паразитируют другие грибы, так называемые грибы-паразиты второго порядка. Так, на мучнисторосяных грибах паразитирует пикнидиальный гриб Cicinnobolus cesati; на возбудителе бурой ржавчины пшеницы Puccinia triticina — также пикнидиальный гриб Dar- luca /Пит. Эксперименты с грибами-паразитами второго порядка, которых наносили в виде водных суспензий на поверхность растений в профилактических целях или при борьбе с заболеваниями, дали обнадеживающие результаты. Однако для профилактических целей перечисленные микроорганизмы пока не применяют.

Хороший эффект дают культуры микробов-антагонистов при обработке семян, зараженных фитопатогенами, или при внесении на поверхность вегетирующих растений, а также в зараженную почву. Микроб-антагонист, уничтожая вредителя, не причиняет вреда растению-хозяину. Микробы-антагонисты угнетают фитопаразитов не только в зоне корня. Вырабатываемые ими антибиотики проникают в ткани растений, повышая их устойчивость к возбудителям болезней.

Читайте также:  Вареный кальмар польза и вред

Я. /7. Худяков (1935) выделил бактерии рода Pseudomonas, лизирующие мицелий фитопатогенных грибов Sc/erotinia и Botry’tis. Этих микробов-антагонистов успешно использовали в полевых опытах для борьбы с фузариозом пшеницы, льна и т. д. Культурой Pseudomonas бактеризовали семена растений. Оздоровлению сеянцев и саженцев сосны способствовало применение Н. Л. Красильниковым миколитических бактерий для борьбы с фузариозом. Как уже было отмечено, культура Azotobacter chroococcum предупреждает заболевания сельскохозяйственных растений, вызываемые рядом грибов, например Alternaria.

Успешно бороться с мучнистой росой крыжовника, вызываемой грибом Sphaerotheca morsuvae, позволяет опрыскивание растений настоем навоза. Это стимулирует размножение микроорганизмов на поверхности растения. В составе эпифитной микрофлоры находятся бактерии-антагонисты, которые после такого опрыскивания начинают размножаться.

Микробов-антагонистов, вероятно, можно использовать не только против возбудителей болезней растений, но и против растений-паразитов культурных растений. Так, положительные результаты были получены при борьбе с заразихой арбуза (Orobanche aegipty- аса) 1 с использованием патогенного для заразихи гриба Fusarium orobanches. Чистая культура указанного гриба, размноженная на питательном субстрате (кукурузная мука и г. д.), предложена для практического применения.

Не исключена возможность подбора микробных культур, действующих как гербициды на определенные группы сорных растений.

Культуры некоторых грибов-антагонистов применяют в борьбе с почвенной инфекцией. Установлено, что грибы рода Trichoder- та выделяют токсичные вещества, поражающие микробов-фитопаразитов. При внесении в почву культуры Trichoderma lignorum существенно уменьшается увядание хлопчатника, пораженного Verticillium albo-atrum, снижаются грибные заболевания картофеля и других сельскохозяйственных культур. Вносят культуру указанного гриба в почву при посеве растений. На основе культуры Trichoderma //- gnorum готовят препарат триходермин.

Кратко остановимся на технике использования микробов-анта- гонистов. Для обеззараживания семена опрыскивают культурой микроорганизмов, разведенной в воде. Стерилизуется не только поверхность семени, но и зона корня, куда переходят микроорганизмы и начинают там размножаться. При высадке рассады и саженцев их корни смачивают взвесью в воде соответствующих микробов-анта- гонистов. Водную взвесь микробов можно использовать и для опрыскивания надземных частей поврежденных растений, а также для профилактических целей.

Препараты для борьбы с почвенной инфекцией типа трихо- дермина вносят в почву при посеве. Однако пока микробы-антагонисты систематического применения в сельском хозяйстве не получили.

Широко используют микробиологический метод борьбы с фы- зунами — домашними мышами, полевками, крысами. Известно несколько культур микроорганизмов, вызывающих у грызунов кишечные заболевания, напоминающие брюшной тиф. Для человека и домашних животных данные микроорганизмы безопасны.

Впервые бактерию мышиного тифа — Bacterium typhimurium — выделил в 1892 г. в Германии Ф. Леффлер. Позднее С. С. Мережковский, Б. Л. Исаченко и другие ученые обнаружили ряд близких форм микроорганизмов. Эти бактерии относятся к роду Salmonella (семейство Enterobacteriaceae), они патогенны для человека и животных.

Микроорганизмы широко используются в пищевой промышленности, домашнем хозяйстве, микробиологической промышленности для получения аминокислот, ферментов, органических кислот, витаминов и др. К классическим микробиологическим производствам относится виноделие, пивоварение, приготовление хлеба, молочнокислых продуктов и пищевого уксуса. Например, виноделие, пивоварение и производство дрожжевого теста, невозможны без использования дрожжей, широко распространенных в природе.

История индустриального производства дрожжей началась в Голландии, где в 1870 г. была основана первая фабрика, выпускавшая дрожжи. Основным видом продукции стали прессованные дрожжи влажностью около 70 %, которые могли храниться всего несколько недель. Длительное хранение было невозможно, так как клетки прессованных дрожжей оставались живыми, сохраняли свою активность, что и приводило к их автолизу и гибели. Одним из способов промышленного консервирования дрожжей стало высушивание. В сухих дрожжах при низкой влажности дрожжевая клетка находится в анабиотическом состоянии и может сохраняться длительное время. Первые сухие дрожжи появились в 1945 г. В 1972 г. появилось второе поколение сухих дрожжей, так называемые инстантные дрожжи. С середины 1990-х годов появилось третье поколение сухих дрожжей: пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, которые объединили достоинства инстантных дрожжей с высококонцентрированным комплексом специализированных хлебопекарных ферментов в одном продукте. Эти дрожжи позволяют не только улучшить качество хлеба, но и активно противостоять процессу черствения.

Читайте также:  Гормон для роста молочных желез

Пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae используются и в производстве этилового спирта.

Виноделие использует множество разных рас дрожжей, чтобы получить уникальную марку вина с только ему присущими качествами.

Молочнокислые бактерии принимают участие в приготовлении таких пищевых продуктов, как квашеная капуста, соленые огурцы, маринованные маслины и множество других маринованных продуктов.

Молочнокислые бактерии преобразуют сахар в молочную кислоту, которая предохраняет пищевые продукты от гнилостных бактерий.

С помощью молочнокислых бактерий готовят большой ассортимент молочнокислых продуктов, творог, сыр.

Однако многие микроорганизмы играют отрицательную роль в жизни человека, являясь возбудителями болезней человека, животных и растений; они могут вызывать порчу пищевых продуктов, разрушение различных материалов и т.п.

Для противоборства с такими микроорганизмами были открыты антибиотики — пенициллин, стрептомицин, грамицидин и др., которые являются продуктами метаболизма грибов, бактерий и актиномицетов.

Микроорганизмы дают человеку необходимые ферменты. Так, амилазу используют на предприятиях пищевой, текстильной, бумажной промышленности. Протеаза вызывает разложение белков в различных материалах. На Востоке протеазу из грибов применяли уже несколько столетий назад для приготовления соевого соуса. В настоящее время ее используют при производстве моющих средств. При консервировании фруктовых соков применяют такой фермент, как пектиназа.

Микроорганизмы используют для очистки сточных вод, переработки отходов пищевой промышленности. При анаэробном разложении органического вещества отходов образуется биогаз.

В последние годы появились новые производства. Из грибов получают каротиноиды и стероиды.

Бактерии синтезируют многие аминокислоты, нуклеотиды и другие реактивы для биохимических исследований.

Микробиология является быстроразвивающейся наукой, достижения которой во многом связаны с развитием физики, химии, биохимии, молекулярной биологии и др.

Для успешного изучения микробиологии требуется знание перечисленных наук.

В настоящем курсе в основном рассматривается микробиология пищевых продуктов. Множество микроорганизмов живет на поверхности тела, в кишечнике человека и животных, на растениях, на пищевых продуктах и на всех предметах вокруг нас. Микроорганизмы потребляют самую разнообразную пищу, чрезвычайно легко приспосабливаются к изменяющимся условиям жизни: теплу, холоду, недостатку влаги и т. п. Они очень быстро размножаются. Без знания микробиологии нельзя грамотно и эффективно управлять биотехнологическими процессами, сохранить высокое качество пищевых продуктов на всех этапах его производства и предотвратить потребление продуктов, содержащих возбудителей пищевых заболеваний и отравлений.

Следует особо подчеркнуть, что микробиологические исследования пищевых продуктов, не только с точки зрения технологических особенностей, но и, что не менее важно, с точки зрения их санитарно-микробиологической безопасности, являются самым сложным объектом санитарной микробиологии. Это объясняется не только разнообразием и обилием микрофлоры в продуктах питания, но и использованием микроорганизмов в производстве многих из них.

В этой связи, при микробиологическом анализе качества и безопасности продуктов питания следует различать две группы микроорганизмов:

Специфическая – это культурные расы микроорганизмов, которые используются для приготовления того или иного продукта и являются обязательным звеном в технологии его производства.

Такая микрофлора используется в технологии получения вина, пива, хлеба, всех кисломолочных продуктов.

Неспецифическая – это микроорганизмы, которые попадают в пищевые продукты из окружающей среды, загрязняя их. Среди этой группы микроорганизмов различают сапрофитные, патогенные и условно-патогенные, а также микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов.

Степень загрязнения зависит от множества факторов, к которым следует отнести правильность заготовки сырья, его хранения и переработки, соблюдение технологических и санитарных режимов производства продуктов, их хранения и транспортировки.

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 7439 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ссылка на основную публикацию
Приливы к голове при всд и остеохондрозе
Вегето-сосудистая дистония – это заболевание, которое по своим признакам напоминает остеохондроз, но вызывается оно совсем другими причинами. Изменения в шейном...
Признаки реканализации тромбоза
Д.м.н., доц. А.С. Петриков, д.м.н., доц. В.И. Белых, д.м.н., проф. Я.Н. Шойхет ГБОУ ВПО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздрава России...
Признаки ротовирусной у ребенка 4 года
Ротавирусная инфекция или кишечный грипп — заболевание, поражающее верхние дыхательные пути и пищеварительную систему. Возбудитель заболевания долгое время сохраняется в...
Приливы при климаксе что это такое и как облегчить состояние отзывы
Сегодня женская тема – приливы жара при климаксе. Одним из характерных явлений во время этого периода жизни женщины являются внезапные...
Adblock detector