Ученые Биологического института Томского госуниверситета совместно с ФИЦ биотехнологии РАН завершили работу по созданию эффективных подходов для утилизации твердых органических отходов, сточных вод и рекультивации свалок. В ходе проекта исследователи выявили, какие именно бактерии служат источником неприятного запаха, и нашли простые и дешевые пути его нейтрализации. В частности, можно заменить одну из пищевых добавок.

Результаты исследований поддержаны грантом РФФИ и опубликованы в одном из самых авторитетных международных журналов Scientific Reports (Q1).

«Проблема эффективного управлениями бытовыми и промышленными отходами актуальна для всего мира. Существуют разные способы утилизации. В России один из наиболее распространенных методов – складирование на полигонах, – говорит руководитель проекта, заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики БИ ТГУ Ольга Карначук. – Такие специализированные площадки источают неприятный запах, чаще всего сероводорода, от которого страдают жители близлежащих населенных пунктов, и Томск не исключение».

Согласно анализу данных, представленных в литературных источниках, около 50 процентов запаха дурно пахнущих веществ – это сероводород и летучие соединения серы, остальное – аммиак, мочевина и прочее. Микроорганизмы, которые продуцируют сероводород, относятся к классу сульфатредуцирующих прокариотов – это разнородные анаэробные бактерии и археи, которым для жизнедеятельности кислород не нужен. «Виновники» запаха живут в кишечнике сельскохозяйственных животных и после переваривания пищи попадают в отходы.

Чтобы установить конкретные виды сульфатредукторов, ученые выделяют ДНК и по нему определяют исследуемые объекты. Но в данном случае, несмотря на интенсивность запаха, следов ДНК бактерий оказалось крайне мало для их идентификации.

«Было принято решение измерить активность процессов с применением радиоактивных изотопов. Радиоактивные изотопы широко используются для обнаружения биохимических процессов в разных областях, например, в медицине – для оценки размеров и типа опухоли, – рассказывает Ольга Карначук. – Оказалось, что микроорганизмов в отходах очень мало, но они крайне активны. Эти бактерии быстро восстанавливают сульфаты, из которых впоследствии образуется сероводород. Особенности течения этих процессов и факторы, обеспечивающие их интенсивность, пока не ясны. Мы предполагаем, что механизм образования сероводорода одинаков для отходов разных видов сельскохозяйственных животных (свиней, кур, коров и так далее)».

Благодаря соединению нескольких методов исследований ученым все же удалось найти «виновника» запаха – им оказалась бактерия Desulfovibrio desulfuricans. Одним из возможных путей ее нейтрализации является использование ингибиторов – соединений, способных сдерживать развитие физиологических процессов. Однако для окружающей среды этот способ – недостаточно экологичен, и биотехнологи смогли найти другие подходы.

Desulfovibrio desulfuricans / ©Пресс-служба ТГУ

Один из них заключается в изменении питания животных. Например, сейчас в качестве пищевой добавки им добавляют лизин в виде солей сульфата, который служит пищей и для сульфатредуцирующих бактерий. Лизин – незаменимая аминокислота, важная для выработки ферментов и гормонов, а также формирования костей и мышц. Чтобы обеспечить животных нужным веществом, достаточно заменить сульфатные соли лизина на другие соединения, например, хлорид лизина. Это лишит бактерии нужного им питания и источника образования сероводорода. Помимо этого малорастворимые сульфаты (сульфат кальция, гипс) используются и в подстилке животных, чтобы избежать излишней влажности. Изменение подсушивающих добавок в подстилке также способно значительно снизить интенсивность неприятного запаха.

Результаты исследований ученых, выполненные в рамках проекта РФФИ, представлены в статье, которая находится в открытом доступе. При желании любое сельскохозяйственное предприятие, стремящееся к эффективному и экологичному управлению отходами, может взять предложения и рекомендации биотехнологов ТГУ на вооружение.

Добавим, что в настоящее время ученые Томского государственного университета с партнерами реализуют другой важный проект по изучению микробиома сельскохозяйственных и региональных животных (верблюдов, яков, бурятских лошадей и северных оленей). Эти масштабные исследования нацелены на решение проблемы обеспечения населения безопасными продуктами, которые не содержат микробов с резистентностью к антибиотикам.

Исследования выполняются при поддержке программы развития генетических технологий в России. Сумма государственного финансирования проекта «Широкомасштабный поиск и изучение микроорганизмов и микробных сообществ, ассоциированных с сельскохозяйственными животными и продуктами животного происхождения», поддержанный Минобрнауки РФ, – более 320 миллионов рублей, 32 миллиона – привлеченные внебюджетные средства.