Биологиялық сілтілеудің жалпы сипаттамасы

Екінші процес – бұл алтынды арсенопириттен (Fe) темір, мышьяк және күкіртті алу, соның салдарынан минералда қалған алтынды цианирлеу арқылы жеңіл алынады. Осы екі процесс тотығу болып табылады. Егер өндірілетін металл ерітіндіге ауыстырылса, бұл биосілтілеу болып табылады. Металл кенде болған жағдайда, онда ол биототығу болып табылады. Дегенмен, жиі "биосілтілеу" термині екі жағдайда да қолданылады Кенді биосілтілеуге қатысатын ацидофильді және ацидотолерантты микроорганизмдер Ацидофильді хемолитотрофты микроорганизмдер тобы таксономиялық тұрғыдан өте біркелкі емес. Пайдалану көздері бойынша ацидофильді хемолитотрофтардың энергиясын үш топқа бөлуге болады. Бірінші топ пайдаланылатын энергетикалық субстраттардың кең спектрі бар микроорганизмдерді қамтиды.

Ацидофильді микроорганизмдердің екінші тобы Fе-ды тотықтырады, және де Nitrospirae, Actinobacteria және Euryarehaeotœ. Leptospirillum ferrooxidans, Leptospirillum thermoferrooxidans, Acidimicrobium ferrooxidans, Ferroplasma acidiphilum, Ferroplasma acidarmanus филумдарының ацидофильді өкілдерін қамтиды.

Ацидофильді хемолитотрофтардың үшінші тобы, тек элементті күкіртті және оның қалпына келтірілген қосылыстарын тотықтыратын және Proteobacteria мен Crenarchaeota филумдарына жататын микроорганизмдерді қамтиды. Ацидофильді хемолитотрофты микроорганизмдердің жекелеген топтарының эволюциясы, белгілі бір ерекше табиғи эконишаларда екі негізгі бағыт бойынша өтті: энергетикалық метаболизмнің ерекше түрінің дамуы, температураны (мезофилдердің хемолитотрофтарының, қалыпты термофилдердің және термофилдердің пайда болуы) және энергияның минералдық көздерін (электрондар донорлары) пайдалануға негізделген.

Белсенді вулканизмдар бар аудандарында, күкірті бар термдерде, күкіртті қышқылдандыру қоғамдастықтары қалыптасты. Кен орындары мен сульфидті гидротермаларда Fe2+ тотықтыратын микроорганизмдердің эволюциясы, 11 сульфидті минералдар, сондай-ақ күкірт үшін неғұрлым қолайлы жағдайлар қалыптасты. Қазіргі уақытта кенді сілтілеуге қатысатын хемолитотрофты бактериялар қатары белгілі. Ацидофильді және алкалифильді гетеротрофты бактериялар қызығушылық тудырады, оларды өнеркәсіптік процестерде пайдалану перспективалары аз зерттелген. Мысалы, Acidiphilium cryptum., Ac.angustum және Ac. facilis металдарды сілтілеуге көмектесетін хемолитотрофты бактериялар. Бактериялардың Arthrobacter oxydans, Microbacterium sp., Dietzia natronolimnaea, Promicromonospora sp., Pseudonocardia autotrophica штаммдары, химиялық технологиялармен салыстырғанда, силикатты қалдықтардан магний мен марганецті сілтілеу кезінде жоғары тиімділігін көрсетті.

Құрамында сульфидтер аз кендерден алынатын металдарды сілтілеу үшін, тіпті көмірсутекті қышқылдайтын бактерияларды қолдану ұсынылды. Ferroplasmaceae отбасы өкілдерін биосілтілеу тәжірибесінде қолдану перспективті. Бұл Sulfobacillus және мезофильді архей өкілдеріне жақын Acidithiobacillus sp. және Leptospirillum spp., бактериялары төмен PH деңгейіне, Fe және басқа металдардың жоғары концентрациясына, жоғары температураға тез бейімделеді. Мысалы, Ferroplasma acidiphilum, Ferroplasma acidarmanus, Ferroplasma cupricumulans түрлері.

Металдарды биосілтілендіруді экстремофильді термоацидофилдер - Sulfolobus, Acidianus, Metallosphaera түрлерінің өкілдері табысты жүзеге асыра алады. Пайдаланудың әлеуетті артықшылығы мезофильді бактериялар мен салыстырғанда биоацидофилдерді сілтілендіруде мыналар көрсетіледі:

1) жоғары температура кезінде жүйенің әсері (70-90 °С), Fe микробтары түзетін, минералдардың химиялық тотығу жылдамдығы арқылы арттырады;

2) салқындатқыш жүйелерді пайдаланбастан, және жасушалардың жоғары концентрациясы кезінде процесс жүруі мүмкін.

Аталған артықшылықтар температурасы реттелетін чандық реакторлар кезінде айқын көрінеді. Алайда, алтынды кенді сілтілеу үшін колонналарда жүргізілген сынақтар, мезофильді және орташа термофильді бактерияларды пайдаланудың шамамен тең әсерін және экстремалды термофилдердің сәл ғана үлкен тиімділігін көрсетті. Алынған нәтижелер колонналардағы температурдың режимінің мезгіл-мезгіл өзгерістеріне, осыған байланысты енгізілген бактериялар, сілтісіздендіруге бөлінген шектеулі уақыт аралығында ғана белсенді болады. Литотрофты микроорганизмдердің түрішілік әртүрлілігін зерттеу бойынша кешенді жұмыстар РАН микробиология институтының литотрофты микрорганизмдер зертханасында жүргізілді. Ацидофильді хемолитотрофты микроорганизмдер үшін өсу жылдамдығы, энергия көзінің тотығу жылдамдығы, рН және температураның энергетикалық процестері мен өсуі үшін, металл иондарына тұрақтылық сияқты белгілері бойынша штаммдық әртүрлілік белгілі болды. А. ferrooxidans штамдар арасындағы әртүрлілік, сондай-ақ жаңа энергетикалық субстраттарға бейімделуі, жылдамдығы мен тиімділігі бойынша, рН төмен және ауыр және улы элементтер иондарының 12 жоғары концентрациясымен ерекшеленеді.

Штамдардың дамуында - А. ferrooxidans штамдарының арасындағы айырмашылықтарды байқасақ, сульфидті минералдардың тотығу белсенділігінің әртүрлігі байқалады. Мысалы, О.В.Тупикинаның (2005) деректері бойынша А. ferrooxidans штаммы күрделі минералды құрамы бар субстраттан бөлінген, кедей кенінің құрамы бойынша, қарапайым үйіндіден бөлінген штаммға қарағанда пириттің әртүрлі түрлерінің өсуі мен тотығуының жоғары жылдамдығымен сипатталды.

А. ferrooxidans штамының әртүрлілігінің негізі - олардың генетикалық полиморфизмі: хромосомалық және плазмидтік ДНК. А. ferrooxidans түрлі штаммдарының жасушаларында плазмид мөлшері 1-ден 7-ге дейін өзгеруі мүмкін. Хромосомалық ДНҚ құрылымында өзгерісті тудыратын ортаның негізгі факторларының бірі, қайтымды да, қайтымсыз да энергетикалық субстрат болып табылады. Ацидофильді хемолитотрофты микроорганизмдердің басқа өкілдері А. Ferrooxidans-пен салыстырғанда осы тұрғыдан аз зерттелген, алайда пульсэлектрофорез әдісімен Sulfobacillus thermosulfidooxidans, s.Sibiriern, Ferroplasma acidiphilum штаммының хромосомды ДНҚ-сы бірегей құрылымына ие екендігі көрсетілді. S.sibiricus түріндегі штаммдар үшін энергетикалық субстраттардың тотығуы, оның ішінде кен минералдарының түрлі жылдамдығы мен артықшылығы көрсетілген.

Осылайша, литотрофты микроорганизмдер штаммдарының қасиеттеріндегі айырмашылықтары, олардың биотехнологиялық негіздегі айырмашылықты анықтайды және оларды сульфидті кендер мен концентраттардың, оларға кіретін минералдардың сапалық және сандық құрамымен ерекшеленетін тиімді тотығу үшін пайдалануға мүмкіндік береді