Найдены «поставившие» на сланцевую нефть бактерии. Бактерии едят нефть


Кто съест разлитую нефть — Сноб

Андрей Шестаков, микробиолог из МГУ, создал препарат, который позволит избавить мировой океан от нефтяных загрязнений

Фото: Sean Gardner/Reuters

Что собой представляет ваше изобретение?

Мы в лаборатории микробной биотехнологии МГУ разработали средство, которое позволит устранить нефтяные загрязнения в соленой воде при минусовой температуре. Это гранула — законсервированные бактерии, которые находятся в состоянии анабиоза, то есть «спят», внутри оболочки. Бактерии спят до тех пор, пока не оказываются в нефтяном пятне. Как только гранула доплыла до разлива нефти, ее оболочка растворяется, а бактерии просыпаются, начинают активно есть нефть и размножаться.

Есть интересный нюанс. Гранула ведет себя на воде точно так же, как пятно нефти. Мы долго подбирали верную плотность и плавучесть. Когда наш шарик оказывается в воде, то ему достаточно задать нужное направление, и он доплывает до разлива нефти: если пятно будет двигаться к берегу, то и гранулы с бактериями окажутся там же.  

Почему для борьбы с разлившейся нефтью вы сделали ставку именно на бактерии?

Бактерии — самые распространенные живые существа на планете. И им не хватает еды. Поэтому при контакте с чем-либо они стараются как можно быстрее эволюционировать, чтобы начать есть то, что им доступно, а благодаря очень активному делению они эволюционируют очень быстро. К тому же углеводороды для микробов — это уже знакомая пища.

Алексей Шестаков

Фото: Naukatv.ru

Как вам пришла в голову идея создать гранулы, бактерии в которых будут есть нефть?

Я был в жюри на универсиаде 5 лет назад. В конце представитель нефтяной компании говорил вдохновляющую речь о том, что Арктический регион будет активно развиваться и было бы неплохо, если бы ученые позаботились о его экологической и биологической безопасности, взяли бы на себя работу по утилизации потенциальных загрязнений, и он тогда еще упомянул о микробах, которые едят мусор. Я повернулся к жене и со смехом сказал, что посмотрел бы на того человека, который возьмется за реализацию этой безумной идеи: ведь это практически невозможно — заставить бактерию оперативно работать при минусовых температурах. Но прошло 5 лет — и вы видите результат. В общем, я увидел запрос со стороны бизнеса и начал изучать, какие есть разработки на эту тему.

А с чем был тогда связан запрос бизнеса? Почему эта задача вообще была поставлена?

Как это ни удивительно, больше всего нефтепродуктов в океане не из-за крупных нашумевших разливов, а из-за так называемых хронических загрязнений. Например, заправлялся какой-нибудь пароход. И при стыковке аппаратуры выливается ведро топлива — 20 литров. Никто с этими 20 литрами ничего делать не будет. Это не аварийный случай. Для серьезных разливов есть целый протокол: нефтедобывающие компании очень об этом заботятся, ведь об аварийных загрязнениях узнает весь мир, но на самом деле происходят они очень редко, а фактический вред от них по сравнению хроническими загрязнениями очень небольшой. В случае больших разливов микробиологические препараты применяются в самом конце — так экономически выгоднее.

Фото: Naukatv.ru

Зачем нужно было создавать технологию именно для такого температурного режима?

Самая главная опасность — это Северный морской путь, настоящая транспортная артерия. Трафик по нему растет очень активно. Все теперь туда стремятся из-за того, что климат меняется и льды тают, и скоро по Северному морскому пути будет проходить невероятное количество кораблей. Так что после такого техногенного освоения региона нам угрожают серьезные последствия.

Что за отбор проходили бактерии? Как вы понимали, что именно они смогут справиться с нефтяными разливами?

Чего мы с ними только ни делали. Из-за того, что никто раньше не думал работать с при минусе, нам приходилось оборудование (шейкер) ставить на свой страх и риск в морозилку, чтобы достичь нужной температуры в –3,5 градуса. Вода, кстати, не замерзала, потому что опыты мы проводили на морской воде. Те бактерии, которые прошли испытания, отправляли в естественные условия на опыты: ведь даже если они в лаборатории справляются с нефтью, то в естественной среде их могут съесть быстрее, чем они съедят нефть. Потом мы их высушивали — этого они тоже очень не любят, затем помещали в замкнутое пространство — гранулу. Бедные!

Фото: Naukatv.ru

Сколько времени вам понадобилось на разработку этого препарата и когда планируется промышленный выпуск?

Первый этап — найти и собрать уникальную коллекцию микроорганизмов — занял у нас полтора-два года. Прежде чем мы создали гранулу, прошло еще полтора года. Осталась последняя часть работы — этап нормативной документации и промышленного производства. Опять же через полтора-два года у нас будут мешки с готовыми препаратами, которые можно будет легально использовать в природе. Экватор пройден, осталось совсем немного.

А что происходит с микроорганизмами после того, как они съели всю нефть?

Пока бактерии поедают нефть, они размножаются — именно поэтому наших гранул для устранения нефтяных пятен понадобится немного. А после того, как они съедят всю нефть, их съедят другие микроорганизмы и морские животные.

Беседовала Василиса Бабицкая

snob.ru

Познакомьтесь с микробами, поедающими нефть в Мексиканском заливе!

Воистину, в природе нет ничего лишнего и все сбалансировано. Два месяца вытекала нефть из трубы, прорубленной в дно Мексиканского залива, как тут же активизировались микробы, для которых нефть и ее составляющие — отличная пища. Как будто природа, как зализывающая раны собака, чувствует, где ей больно и начинает сама себя исцелять.

ALCANIVORAX BORKUMENSIS:

water phase

Бактерия по форме напоминающая прут, A. borkumensis сыграла свою роль в уборке разливов нефти от Аляски (Exxon Valdez) до средиземноморских вод около Испании (Prestige). Хотя она всегда сохраняется в небольших количествах, эта бактерия всегда расцветает после разливов нефти — и имеет способность как к разрушению парафинов/алканов, которые являются частью нефти, так и к распространению биодисперсантов, которые помогают другим микробам питаться нефтью. В результате ученые пытались «повысить мощность» этого нефтяного едока с помощью генетической манипуляции, чтобы создать супермикроб, который бы боролся с разливами нефти. До сих пор сделать этого не удалось.

ВЫЕМКА ГРУНТА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ CYCLOCLASTICUS:

Выемка грунта для изучения Cycloclasticus

Некоторые из самых опасных элементов разлива нефти — полициклические молекулы ароматических летучих углеводородов, которые могут быть очень ядовитыми. К счастью, по крайней мере, 23 вида бактерий рода Cycloclasticus в Мексиканском заливе могут растворить эти вредные  элементы нефти, поглощая их для энергии. Еще лучше, некоторые члены групп прутообразных бактерий могут съесть другие ароматические углеводороды, которые еще более ядовиты, такие как, например, толуол. У них есть крошечные кнуты, которые помогают им двигаться от источника к источнику, очищая на своем пути все яды. В результате ученые активно исследуют Cycloclasticus pugettii, разновидность, найденную в водах Пьюджет-Саунда, в надежде на улучшение его способности к поеданию токсических веществ.

COLWELLIA (РОД):

COLWELLIA

Этот клан поглощающих нефть микробов распространен от холодных арктических и Антарктических вод до морей Мексиканского залива. У него также есть способность процветать во множестве сред обитания, от морских отложений до арктического моря. Пребывание во льдах делает их одним из наиболее приспосабливаемых борцов с разливами нефти. Учитывая, что нефть в отложениях — или холодные воды — намного более трудно очистить, ученые ищут по горячим следам этих борющихся с разливами экстремофилов для дальнейшего изучения.

OCEANOSPIRILLALES:

OCEANOSPIRILLALES

Этот вид микробов филюма Proteobacteria, названного в честь меняющего форму греческого бога, Протеуса — принимает много форм и играет важную роль в устранении разлива нефти. Самый известный поедающий  нефть член этого вида — вышеупомянутый A. borkumensis, но другие участники также могут играть роль в устранении нефти. Изображенный здесь Halomonas elongata очень любит соль и лучше всего развивается в экстремальных условиях окружающей среды, но, увы, нефть для него не вкусна.

OLEISPIRA (РОД):

OLEISPIRA

Другой пожиратель парафинов (как и A. borkumensis) — это различные разновидности Oleispira. Они превращают нефть во все большее количество клеток Oleispira, наряду с углекислым газом и водой. Одним из непреднамеренных побочных эффектов можно считать образование локальных «мертвых зон», поскольку трудолюбивые микробные консорциумы, как те, которые изображены здесь, во время своего пира по поеданию нефти, потребляют большую часть растворенного кислорода в морской воде. Другая разновидность экстремофилов в этом роду была найдена в Антарктических (Oleispira antarctica) и субтропических водах, в которые хорошо проникал Macondo.

NEPTUNOMONAS (РОД):

NEPTUNOMONAS

Некоторые члены этого рода нападают на канцерогенные элементы, найденные в большинстве нефтяных залежей — вышеупомянутых полициклических ароматических углеводородах — и могут быть найдены в океанах по всей  планете. Члены этого рода играют роль не только в очистке разливов нефти — но также и в нейтрализации остатков жирной кислоты китов, — например, такие как изображенная здесь Neptunomonas japonica. Другие виды микробов, которые способствуют уборке ядов, являются Pseudomonas и Vibrio, хотя они представлены не в таком изобилии как Neptunomonas или Cycloclasticus.

THALASSOLITUUS OLEIVORANS:

THALASSOLITUUS OLEIVORANS

Также как и A. borkumensis, T. oleivorans живет посредством превращения парафинов из нефти в микробные клетки, CO2 и воду — и может быть найден везде от Черного моря до Мексиканского залива, также как и другие члены рода Thalassolituus. К сожалению, аналогично устроенная бактерия не участвует в общем деле своих сородичей — поедании нефти; некоторые эксперименты показывают, что добавление T. oleivorans уменьшает деятельность A. borkumensis и других едящих нефть микробов, поскольку крошечные бактерии соперничают за превосходство в поглощении нефти.

Да уж,.. люди не единственный вид, ведущий химическую войну в Заливе….

Источник: Scientificamerican

Перевод: Zelife.ru

    

www.zelife.ru

Как бактерии помогают добывать нефть

Полночь, граница между четвергом и пятницей на радио «Маяк» – время «Научных боев». Сегодня в эфире встретятся математик Андрей Трепалин, его специализация – алгебраическая геометрия, и биоинформатик Владимир Сеплярский, изучающий мутации при репликации ДНК. Мало того, что оба – прекрасные ученые, они еще и лучшие друзья. Тема дружеской беседы в формате боя – организация науки в России. Начало в 00:00.

А пока предлагаем вам посмотреть видеозапись «Научных боев» от 27 марта – микробиолог Илья Сережкин и геолог Виолетта Шанина рассказали о полевых научных исследованиях в самых красивых уголках России.

Цитаты

Илья Сережкин: что такое микробная биотехнология, где найти полезные бактерии и как их использовать?

«Микроорганизмы поселились на Земле задолго до нас, человек научился использовать их очень давно – в основном для производства и хранения пищевых продуктов. Времена меняются, и человечество ищет бактерии с конкретными свойствами, нужными для конкретных целей. Это и пищевое производство, и оптимизация промышленных технологий, и решение экологических проблем».

«Зачем микробиологам выезжать в экспедиции и покидать тепличные условия лаборатории? Одно из направлений – поиск и выделение новых молочнокислых бактерий из национальных продуктов, например, кумыса или простокваши. Микробиологи посещают районы, где эти продукты употребляются, отбирают образцы и изучают бактерии. Полезные свойства этих микроорганизмов известны, и есть исследования, подтверждающие связь и употребления с долгожительством. Таким образом, разработка новых продуктов так называемого функционального питания – путь к решению многих проблем со здоровьем».

«А как применить бактерии в промышленности? Микроорганизмы способны даже помочь человеку в деле добычи полезных ископаемых, например, это касается технологии микробного увеличения нефтеотдачи. В процессе добычи нефти из скважины извлекают не более 40% запасов – из-за вязкости нефти. В скважину закачивают вещества, содержащие бактерии, которые способствуют ее разжижению, это спирты, кислоты и разнообразные поверхностные активные вещества».

«Микробиологи путешествуют по отдаленным уголкам страны, изучают пластовые воды, где обитают бактерии, наиболее активно выделяющие нужные вещества».

«Задача ученых состоит в том, чтобы максимально быстро и эффективно ликвидировать последствия возможных загрязнений среды в результате разлива нефти. Вот тут нам и пригодятся микроорганизмы, которые используют компоненты нефти, углеводороды, в пищу. В поисках этих персонажей мы отправляемся в экспедиции на Север, в Белое и Баренцево моря. Эти бактерии – самое безопасное средство ликвидации нефтяных загрязнений».

Виолетта Шанина: сварите кубик грунта и проверьте, как изменилась его плотность

«Представьте: вы идете по темной улице и вдруг видите аварию на водопроводе – из земли бьет фонтан. Как вы поступите? Позвоните в аварийную службу или сделаете вид, что ничего не заметили. А ведь это очень опасно: разные горные породы по-разному реагируют на воду, растворение идет с разной скоростью. Если это быстрорастворимые соли, то в почве образуются карстовые пустоты, куда затем проваливаются здания. Конечно, для Москвы это редкость – но случаются небольшие провалы на шоссе. В том числе и из-за таких утечек из водопровода. Я же изучаю изменения пород под воздействием гидротермальных процессов – практически то же самое, но там, где у нас активные вулканы, горячие источники, гейзеры с высокой температурой. Они очень сильно минерализованы, у них разный pH, поэтому порода начинает изменяться. Поэтому сначала магматические породы плотные, прочные, по ним можно спокойно ходить. Но горячие воды воздействуют на породу – например, на базальт, андезит, и они начинают превращаться в глину».

«На Камчатке есть геотермальная электростанция. Это возобновляемые источники энергии, считается, что экологически чистые. Если мы, конечно, не сбрасываем горячие воды в соседние речки, это вредит рыбам и всем микроорганизмам, о которых нам рассказал Илья. Поэтому мы стараемся закачивать отработанные воды назад в породу, внутрь земли, чтобы потом они там опять нагрелись, стали горячими, поднялись к нам, а мы использовали бы их для обогрева зданий, для выработки энергии. Но это приводит к изменению пород, и могут возникать проблемы – как растворение пород, так и образование новых минералов. Например, пористые породы могут уплотняться, и мы больше не можем закачивать туда воду».

«Полевые исследования может проводить практически каждый, это не обязательно поле, это может быть ваш огород, дачный участок, кухня. Возьмите кусочек грунта, принесите домой, проверьте его плотность: для этого нужно вырезать кубик, сделать геометрические замеры, взвесить и рассчитать. Дальше его можно, например, сварить и посмотреть, как изменилась плотность».

Теперь в ночь с четверга на пятницу на радио «Маяк» выходит радиоверсия «Научных боев». «Научные бои» – это состязания молодых ученых, за десять минут им нужно успеть раскрыть свою научную тему максимально интересно и понятно для широкой аудитории.

polymus.ru

Найдены «поставившие» на сланцевую нефть бактерии

Скваженная жидкость из сланцевого месторождения

The Ohio State University

Микробиологи из Университета Огайо изучили бактерий, которые живут в сланцевых пластах во время и после добычи там нефти методом гидроразрыва. Как оказалось, в таких местах образуются особые сообщества бактерий и даже появляются бактерии, ранее не найденные в других точках планеты. Подробности исследования ученые приводят в журнале Nature Microbiology.

Добыча углеводородов в сланцевых месторождениях, так называемой сланцевой нефти, проводится методом гидроразрыва пласта. При этом нефтяники закачивают в сланец воду под давлением, что приводит к образованию множества мелких трещин, из которых вместе с водой затем выходят углеводороды. Они собираются в подземных пустотах, откуда их в конечном итоге и выкачивают на поверхность.

Вода для гидроразрыва обычно берется из ближайшего водоема где, конечно, имеются собственные сообщества микроорганизмов. Попав в породу, подавляющее большинство этих микроорганизмов погибает, так как им приходится сталкиваться с экстремальным давлением, высокой температурой и, главное, с большой концентрацией соли, которая вместе с углеводородами выходит из породы. Однако исследования скваженной жидкости говорят о том, что некоторые бактерии в сланцевых скважинах не только не погибают, но и начинают активно размножаться. До сих пор исследования таких бактерий были сильно ограничены по масштабу и времени, однако ученым из Огайо на этот раз удалось изучить жизнь бактерий в течение года после остановки добычи, причем не в одном, а в нескольких месторождениях в разных сланцевых бассейнах в США.

Исследование бактерий проводилось методом метагеномики, то есть секвенирования всей ДНК, выделенной из образцов скваженной жидкости. Традиционно микробиологи предпочитают сначала выделять чистые культуры бактерий, определять их таксономическую принадлежность и только затем переходить к генетическим экспериментам. Однако такой подход исключает из исследования микроорганизмы, которые не могут расти на лабораторной питательной среде, а таких, как выяснилось в последние 20 лет, очень много. Поэтому в последнее время микробиологи все чаще секвенируют всю имеющуюся ДНК без разбора, а уже затем пытаются собрать из прочитанных кусков по возможности полные геномы разных бактерий, живущих в исследуемых образцах.

В новой работе ученым удалось собрать 31 геном разных бактерий, чаще всего встречающихся в сланце. Среди этого набора оказался и новый, ранее не описанный микроорганизм, получивший временное название Candidatus Frackibacter (от слова фракинг, то есть hydraulic fracturing). Он занимал небольшую (около 2 процентов) долю среди всех организмов, найденных в образцах, однако появлялся именно к концу самостоятельной «жизни» скважины. То есть если он и был закачан в скважину вместе с водой для гидроразрыва, то его доля в наземных сообществах была очень невелика.

Как установили микробиологи на основании анализа геномов, в сланцевых скважинах формируются особенные биохимические взаимодействия между членами сообщества. Некоторые бактерии занимаются разложением веществ, которые нефтяники добавляют в воду в качестве присадок (этиленгликоль, метанол и т. д.). Продукты этого разложения затем становятся основой для жизни других членов сообщества. Frackibacter, например, ацетилирует триметиламин, который затем метаболизируют бактерии, производящие метан. Другие бактерии занимаются выработкой сульфитов и углекислого газа.

Схема гидроразрыва и биохимические взаимоотношения в сообществе сланцевых бактерий.

Rebecca A. Daly, et al., Nature Microbiology, 2016

Исследования микробиома сланцевых сообществ интересно не только с точки зрения нефтедобычи, хотя и тут ученые могут принести практическую пользу — некоторые бактерии, например, производят кислоту, которая приводит к порче скваженного оборудования. С фундаментальной точки зрения, подземные сообщества интересны тем, что они составляют огромную долю живого населения всей планеты, но при этом являются наименее изученной его частью. Только в 2002 году, например, ученым удалось обнаружить бактерии Desulforudis audaxviator, которые живут в изоляции на глубине 1-3 километров и при этом все свои биохимические нужды обслуживают сами, что крайне необычно для бактерий вообще.

Александр Ершов

nplus1.ru