Сорбенты из полимерных материалов помогут очистить воду от токсичных микроорганизмов

Биологи из МГУ имени M.В.Ломоносова работают над созданием сорбентов на основе полиаминов для удаления фототрофных микроорганизмов из воды. Такой метод позволит эффективно избавляться от токсичных микроорганизмов, а также собирать их биомассу для биотехнологических целей. Результаты работы были представлены на международной конференции Algal Technologies for Wastewater Treatment and Resource Recovery, которая проходила 16–17 марта в городе Делфт (Нидерланды).

«В настоящее время проблема "цветения" водоемов приобретает глобальный характер. Одно из самых неблагоприятных явлений в этом процессе — массовое развитие фототрофных микроорганизмов (к ним относятся некоторые виды цианобактерий и микроводорослей), создающее множество проблем при рекреационном, хозяйственном и питьевом использовании водоемов», — сказала руководитель гранта РНФ, доктор биологических наук Елена Лобакова.

Известно, что фототрофные (фотосинтезирующие) микроорганизмы, использующие энергию света для биосинтеза (для получения энергии), способны синтезировать токсические вещества: цианобактерии, например, вырабатывают цианотоксины. Ежегодно регистрируется около 150 тысяч случаев отравления людей рыбой или другими продуктами, содержащими токсины фототрофных микроорганизмов. Существующие на сегодняшний день способы устранения проблемы «цветения» водоемов дороги и малоэффективны.

Для эффективного и быстрого удаления фототрофных микроорганизмов из водной среды биологи в своем исследовании предложили использовать сорбенты из полимерных материалов на основе полиаминов, а именно полиэтиленимина и полилизина. Способ, предложенный учеными, также может найти широкое применение в биотехнологии. Известно, что спрос на биомассу микроводорослей и цианобактерий, а также на продукты на их основе растет, однако средняя стоимость биомассы высока, и 20-30% от ее себестоимости составляют расходы на сбор биомассы, так как методы, которые применяются сейчас, очень дорогие, энергозатратные и трудоемкие. Таким образом, разработка более экономичного и эффективного способа сбора биомассы как токсичных, так и биотехнологически значимых культур, микроводорослей и цианобактерий, тоже не менее важная задача.

Ученые МГУ разработали ряд сорбентов на основе полиэтиленимина и исследовали их физико-химические свойства, сорбционную способность и влияние процесса иммобилизации на жизнеспособность микроводорослей. Для оценки жизнеспособности клеток микроводорослей, биологи применили метод импульсно-моделированной флуориметрии, с помощью которого оценивался уровень фотосинтетической активности прикрепленных к сорбенту клеток. Получение сорбентов на основе сшитого полиэтиленимина ученые реализовали двумя способами.

«Одним из путей создания полимерных материалов на основе полиэтиленимина и полилизина, является прикрепление (иммобилизация) данных полимерных материалов на инертных пористых природных или синтетических носителях. Создавать сорбенты на основе этих полимеров можно также путем их сшивания различными соединениями, при этом можно получать частицы с высокой удельной площадью поверхности, различной формы, степени пористости и характером поверхности. Варьируя эффективную плотность заряда и химический состав сорбентов, можно создать полимеры, одновременно обладающие высоким сродством к поверхностным структурам микроорганизмов и в тоже время не влияющие на жизнеспособность и целостность клеток», — рассказала автор работы.

«Полученные сорбенты в лабораторных условиях доказали свою способность быстро и необратимо иммобилизовать клетки фототрофных микроорганизмов на своей поверхности. Эффективность иммобилизации зависела от химического состава сорбентов и количества используемого сшивающего агента», — заключила Елена Лобакова.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).