Биотехнология: что это такое? - Вакула Владимир Леонтьевич (читать книги без регистрации .txt) 📗
Словом, создание технологии, способной комплексно решить все перечисленные проблемы, с каждым годом становится задачей все более актуальной, и, судя по всему, именно биологическое направление займет среди конкурентов на лидерство одно из главных мест.
К такому выводу приходишь невольно, взвешивая достоинства и недостатки современного биометаллургического направления. Так, по расчетам института Унипромедь, тонна меди, полученная в нашей стране классическим путем (при подземном способе разработки руды), обходится государству в 525 рублей, а при микробиологическом — всего в 200. Разумеется, такой «выигрыш» дают только конкретные, мало приемлемые для классической технологии условия. Но факт остается фактом и налицо стоимостная разница более чем в два с половиной раза.
За расширенное использование при определенных обстоятельствах именно биологической добычи металла говорит и практика производства меди этим способом в США. Здесь с помощью микробов (название некоторых из них в переводе с латинского — литотрофные — звучит как «пожиратели камней») получают десять процентов от общего количества всей производимой в стране меди.
Так что же мешает более быстрому развитию биометаллургии?
Прежде всего, чересчур, по нашим понятиям, замедленный темп жизни микроорганизмов, утилизирующих минеральные вещества.
Что же делать? Попытаться этот естественный процесс стимулировать, создав бактериям более благоприятные, «комфортабельные» условия жизни. Например, повысить температуру в среде обитания. Разумеется, в каждом конкретном случае нужно точно знать, для каких бактерий и какая температура предпочтительней. Так, тионовые бактерии наиболее успешно развиваются, а стало быть, и интенсивнее переводят медь из сульфидных соединений в раствор, при 30—35° С.
Разумеется, это далеко не единственная «прихоть» невидимых тружеников. Для успешной работы им необходима в избытке углекислота (для построения клетки), наличие некоторых минеральных солей, воздуха. Как оказалось, скорость выщелачивания (выделение из рудного массива металла в раствор) меди зависит и от специальных добавок, которыми обогащают раствор.
Те же тионовые бактерии, например, весьма чувствительны к наличию фосфатов и аммонийного азота. Между тем в рудах медно-колчеданных месторождений эти легко усвояемые формы азота и фосфатов как раз чаще всего отсутствуют, что отнюдь не стимулирует производительность бактерий. Их жизнедеятельность успешнее, если в раствор, в котором происходит накопление металла, все время нагнетать воздух. На одном из наших уральских рудников аэрирование рабочего раствора давно вошло в практику. И что же? Обогащенные перед закачиванием под землю кислородом воды почти вдвое повысили производительность процесса.
Здесь, вероятно, стоит сказать, что производительность биологической системы, о которой идет речь, определяется в конце концов всего двумя условиями — активностью бактерий и их числом (концентрацией) в единице объема.
С точки зрения потребностей современной биометаллургии, природная концентрация бактерий в растворах, как правило, невысока. И чтобы ее поднять, надо опять же создать оптимальные условия для жизнедеятельности невидимых металлодобытчиков. Вот почему рабочий раствор теперь все чаще стали готовить в специальном резервуаре, в котором искусственно создают особые условия.
Опыты показали, что увеличение содержания клеток в миллилитре раствора до 106 повышает интенсивность выщелачивания (по сравнению с естественным процессом) на целых двадцать процентов.
Полупромышленные эксперименты, с результатами которых я вас знакомлю, велись на Дегтярском руднике Урала и выявили весьма обнадеживающие факты. Только за счет дополнительной аэрации здесь добились заметного увеличения концентрации бактерий. И как итог — повышение скорости выщелачивания.
Однако при отработке новой технологии исследователи всегда стараются выявить не только благоприятствующие обстоятельства, но и мешающие ее внедрению. Применительно к бактериям это требование означает прежде всего выявление компонентов, препятствующих их благополучию. Так чего же «не любят» бактерии-металлурги?
Прежде всего ионов так называемых тяжелых металлов — железа, цинка, ванадия. Они не терпят также присутствия некоторых видов бактерий, поскольку, как вы помните, не переносят органики. И, наконец, ультрафиолетовые лучи, о чем чуть выше тоже шла речь, для них губительны.
Как видите, отнюдь не все живое тянется к Солнцу. Хотя это и противоречит нашим давно сложившимся представлениям о жизни. Что ж, природа необычайно разнообразна, и ей не впервой разбивать самые «бесспорные» суждения. У нее свои законы, согласно которым человек и должен планировать и осуществлять всю свою созидательную деятельность. Отступление от них чревато бедой.
Однако строгое следование этим раз и навсегда установленным законам отнюдь не означает, что человек лишен возможности обернуть их себе на благо. Отнюдь. Так, зная особенности характера тех же бактерий-горняков, с помощью микробиологических методов можно и должно наделить их несколько иными качествами. Подмечено, например, что плохо переносящие всякую органику тионовые бактерии все же «терпят» в небольших количествах ионы цинка и мышьяка. А раз подметив эти «странности» в поведении органоненавистников, микробиологи-селекционеры учли ее в своих работах. В итоге была создана культура (штамм), способная жить и развиваться при наличии в литре рабочего раствора до 17 граммов цинка и даже 10 граммов мышьяка.
Для практических целей создание такой культуры имеет колоссальное значение, потому что благодаря ей область применения бактериальных методов невероятно расширяется. А это значит, что миллиарды тонн бедной руды попадают в орбиту индустриальных интересов. На них уже можно рассчитывать, закладывать в планы, подсчитывать возможную экономию, рационально перераспределять материальные ресурсы.
И более того. Учеными Московского института стали и сплавов совместно с Институтом микробиологии АН СССР создан штамм бактерий, способных нейтрализовывать действие страшнейшего яда — мышьяка. Попробуйте представить себе все последствия и возможности такого достижения. Как оценить его? И хотя такие бактерии создавались целенаправленно — для применения в горном деле, — они, я думаю, займут достойное место и в сельском хозяйстве и даже в медицине.
Штамму надлежит пройти еще этап опытно-промышленных испытаний, но и чисто «пробирочный», лабораторный, успех зачастую означает чрезвычайно много, хотя до настоящего масштабного его применения дистанция, как правило, огромна. Словом, в настоящее время промышленное использование таких бактерий уже не мечта, но пока и не реальность.
Сократить разрыв между рождением нового микробиологического метода и его внедрением — значит, способствовать интенсификации отечественной индустрии, успешное развитие которой означает и успех перестройки, осуществляемой в нашей стране.
Простой перечень организаций и ведомств, причастных сегодня к разработке геомикробиологических проблем, красноречивее всяких громких слов свидетельствует о перспективности нового метода.
Одни названия их говорят сами за себя. Здесь и уже упоминавшийся Унипромедь, и АрмНИИпроцветмет Минцветмета СССР, Институт ядерной геофизики и геохимии, Институт микробиологии, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР, Институты микробиологии Армянской, Казахской, Узбекской ССР, Институт микробиологии и вирусологии АН УССР, Институт стали, кафедра минералогии МГУ и кафедра микробиологии Днепропетровского университета, Симферопольский институт минеральных ресурсов Министерства геологии УССР, Кавказский институт минерального сырья Министерства геологии СССР и многие, многие другие.
