Регистрация / Вход
Прислать материал

Получение штаммов-продуцентов сульфидов металлов из кислых отходов добычи полиметаллических руд на основе метагеномного анализа.

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
ацидофильные сульфидогены, метагеном, биогенные сульфиды металлов, биогеотехнологии, генетические детерминанты устойчивости к металлам, микроорганизмы устойчивые к металлам, отходы сульфидных руд

Цель проекта:
Цель проекта: 1. Разработать биотехнологический метод извлечения металлов из отходов горнодобывающей промышленности на основе штаммов и/или консорциумов ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов (АСГМ). 2. Получить новые штаммы и/или консорциумы АСГМ из кислых отходов добычи сульфидов металлов с использованием данных о метагеномах местообитаний этих отходов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Отбор проб кислых отходов добычи и обогащения полиметаллических сульфидных руд и их метагеномный анализ (этап 1,2).
2. Получение консорциумов и чистых культур сульфидогенных штаммов-продуцентов устойчивые к кислой среде и металлам (этапы 1, 2, 3).
3. Полные геномы новых сульфидогенных штаммов-продуцентов и
определение основные возможных генетических механизмов устойчивости к ионам металлов и высокой концентрации протонов (этап 4).
4. Подбор оптимальных условий культивирования новых штаммов сульфидогенов в лабораторных условиях (этапы 3, 4).
5. Установленные максимальные концентрации ионов меди и других металлов, позволяющие рост новых ацидофильных сульфидогенов (этапы 3, 4).
6. Химические и минералогические характеристики образуемых штаммами сульфидов металлов (этапы 4, 5).
7. Лабораторный регламент по культивированию штаммов перспективных для биотехнологий извлечения металлов из шахтных вод (этап 5).
8. Технические требования к использованию биотехнологий для извлечения металлов из отходов горнодобывающей промышленности

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате выполнения проекта получены новые ацидофильные/ацидотолерантные штаммы-продуценты и консорциумы сульфидогенных микроорганизмов из кислых отходов добычи сульфидов металлов с использованием данных о метагеномах местообитаний этих отходов. Штаммы будут использованы для разработки биотехнологического метода извлечения металлов из отходов горнодобывающей промышленности, основанного на штаммах-продуцентах или консорциумах ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов устойчивых к металлам.

Для эффективного выделения ацидофильных штаммов получены и проанализированы данные метагенома кислых местообитаний отходов добычи сульфидных руд. Выделенные новые сульфидогенные штаммы/консорциумы микроорганизмов активны при низких значениях рН (2.5) и высоких концентрациях металлов (до 8 г/л ионов меди и до 200 мг/л ионов кадмия).
Секвенирование и анализ полных геномов новых штаммов позволит определить механизмы устойчивости к низким рН и металлам. Полученные данные с совокупности с результатами изучения ростовых характеристик ацидофильных/ацидотолерантных штаммов сульфидогенов, химических и минералогических характеристик образуемых штаммами сульфидов
металлов и геномной информации позволят разработать научный задел, который должен послужить основой для последующего создания ОКР по разработке биотехнологии извлечения металлов из отходов горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности и ОТР по созданию соответствующих биореакторов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Добыча и производство металлов (медь, никель, кобальт, цинк) из сульфидных руд сопровождается образованием значительного количества отходов. Прежде всего, это отходы обогащения руды после флотации, представляющие мелкую фракцию, смешанную с водной фазой, размещаемую в хвостохранилищах. Мелкий размер частиц сульфидсодержащей породы приводит к развитию процессов интенсивного окисления металлов, сопровождающихся выделением протонов и резким понижением рН среды. Другим источником металлов являются сточные воды металобрабатывающих и гальванических производств, а также воды естественного происхождения из отвалов предприятий горнодобывающей
промышленности, содержащие высокую концентрацию ионов металлов. Такие воды – фактически "бесплатное" сырье, к тому же опасный загрязнитель окружающей среды. Развитие биотехнологий очистки промышленных отходов от тяжелых металлов относится к перспективным направлениям научных исследований и входит в научно-технологические российские и мировые приоритеты.
Предлагаемый проект решает сразу две задачи: (1) извлечение ценного продукта – металлов и (2) очистка от них отходов предприятий.
Выделение новых ацидофильных/ацидотолерантных штаммов-продуцентов сульфидов металлов и их генетическая, физиологическая и биотехнологическая характеристика позволит разработать научно-технический задел для создания новых технологий рециклирования металлов из отходов горнодобывающей промышленности. В качестве субстрата в новых технологиях могут быть использованы сточные воды предприятий по переработке цветных металлов, кислые шахтные дренажные воды, образующиеся на территории хранилищ отходов добычи сульфидных руд, отходы обогащения и пирометаллургии сульфидных руд, стоки гальванических производств и т.д.
Разработка метода, основанного на использовании ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов, позволит усовершенствовать существующие биотехнологические схемы и обеспечит прямую очистку не только нейтральных промышленных стоков, но и кислых шахтных дренажей, представляющих опасность для окружающей среды и здоровья человека. Использование в работе современных методов, основанных на метагеномном анализе, позволит изучить аборигенную микрофлору экстремальных местообитаний и выявить наиболее устойчивые формы микроорганизмов для изучения и разработки биотехнологий.

Результаты проекта послужат основой для создания ОКР по разработке биотехнологии извлечения металлов из отходов горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности и ОКР по созданию соответствующих биореакторов.
Полученные результаты проекта будут запатентованы (Проведен патентный поиск. Подана заявка на патент).

Потенциальными потребителями биотехнологий могут быть предприятия горнодобывающей промышленности; заводы по переработке руд цветных металлов; предприятия, занимающимися производством и эксплуатацией очистных сооружений; биотехнологические компании. Результаты проекта могут быть использованы ГМК «Норильский никель», Кольской горно-металлургической компанией, Уральской горно-металлургической компанией, компанией Полюс Голд и другими Российскими и международными компаниями, участвующими в добыче, обогащении, производстве и переработке металлов.
Мы предполагаем, что непосредственными индустриальными партнерами для создания технологий, основанных на ацидофильных штаммах-продуцентах, будут биотехнологические компании, занимающиеся производством биологических препаратов. В частности, компания «Экойл», специализирующаяся на производстве и поставках микробных препаратов для очистки нефтяных разливов, выразила интерес и готовность сотрудничать в области создания новых биотехнологических схем для извлечения металлов.

Текущие результаты проекта:
В 2015 году получены следующие результаты:

- Проведен анализ метагеномных данных после секвенирования сообщества микроорганизмов шахтных вод;
- Осуществлен поиск с помощью методов биоинформатики в метагеномных данных последовательностей генов 16S рРНК и функциональных генов, родственных ацидофильным сульфидогенным микроорганизмам (АСГМ), а также возможных молекулярных механизмов устойчивости к низким рН и тяжелым металлам;
- Проведен экспресс-анализ консорциумов АСГМ методом денатурирующего градиентного гель-электрофореза (ДГГЭ) и сопоставление полученных результатов ДГГЭ с данными метагеномного анализа;
- Получены чистые культуры новых штаммов ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов и определено их филогенетическое положение;
- Сопоставлены полученные результаты по филогенетическому разнообразию культивируемых ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов с данными метагеномного анализа;
- Проведены эксперименты по определению оптимальных условий культивирования полученных штаммов ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов в лабораторных условиях, включая значения рН, температурные условия, ростовые субстраты, а также выявление условий для максимальной продукции биомассы и сероводорода;
- Определены предельные для роста концентраций ионов меди и других металлов;
- Проведены работы по культивированию штаммов ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов в непрерывных условиях с использованием биореактора;
- Подобраны оптимальные условия для культивирования штаммов ацидофильных сульфидогенных микроорганизмов и образования нерастворимых осадков сульфидов при низких значениях рН с использованием биореактора при периодическом и проточном культивировании.