ВКР: Мёссбауэровские исследования процессов восстановления синтезированного ферригидрита диссимиляторными бактериями

ВВЕДЕНИЕ
Открытие в 1980 годах способности микроорганизмов получать энергию, восстанавливая оксиды и гидроксиды трехвалентного железа, подтолкнуло ученых к активному изучению процессов железоредукции [1-3]. Биогенное образование минералов железа привлекает все большее внимание микробиологов, геологов и биофизиков. Одним из возможных путей образования железосодержащих минералов является внеклеточное восстановление аморфных оксидов и гидроксидов Fe(III), вызванное новой физиологической группой микроорганизмов, получивших название диссимиляторные железоредуцирующие микроорганизмы или железоредукторы, впервые описанные в [4]. Особый интерес среди диссимиляторных железоредукторов вызывают термофильные микроорганизмы, которые были открыты в 1995 г. [5]. Долгое время считалось, что процесс микробиологического восстановления железа не может происходить в щелочных условиях. Однако, из щелочного пруда, образовавшегося на месте разработки буры (США), была выделена алкалофилная диссимиляторная железовосстанавливающая бактерия [6].
Ранее методами мессбауэровской спектроскопии при комнатной температуре нами были проведены исследования процессов образования железосодержащих минералов штаммом Z-0001 [7–11]. Было показано, что восстановление СФ является результатом жизнедеятельности бактерии и невозможно в отсутствии живых клеток. Кроме того, было изучено влияние различных физико-химических условий (соотношения твердой и жидкой фаз, парциального давления углекислого газа) на процесс железоредукции [8, 9, 11]. Нами было также установлено, что количественное соотношение образованных минеральных фаз зависит от инертного органического вещества, добавленного в исходную минеральную среду [8, 10, 11]. Целью настоящей работы является детальное исследование процессов образования минералов железа термофильной нейтрофильной Thermincola ferriacetica (штамм Z-0001) и мезофильной алкалофильной Geoalkalibacter ferrihydriticus (штамм Z-0531) анаэробными железоредуцирующими бактериями методами мѐссбауэровской спектроскопии с привлечением низкотемпературных измерений.

ГЛАВА 1. ДИССИМИЛЯТОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОРЕДУЦИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ (ПО ДАННЫМ ЛИТЕРАТУРЫ)

Железо является самым распространенным элементом на Земле и наиболее часто используемым в процессах, происходящих в биосфере, переходным металлом. Оно является компонентом многих клеточных соединений и участвует в многочисленных физиологических процессах [2]. В 80-х годах прошлого века Дерек Ловли открыл новую физиологическую группу микроорганизмов, получивших название диссимиляторные железоредуцирцющие микроорганизмы или железоредукторы. Данные микроорганизмы получают энергию, восстанавливая оксиды и гидроксиды трехвалентного железа. В качестве донора электронов могут выступать как органические (например, ацетат), так и неорганические (например, водород) субстраты [3]. В работе [4] на примере немагнитотактического микроорганизма GS-15 впервые была описана возможность микроорганизмов, восстанавливая атомы трехвалентного железа, внеклеточно формировать ультрамелкозернистый магнетит в анаэробных условиях. Данное открытие привело к активному изучению процессов восстановления атомов железа с помощью диссимиляторных бактерий. Диссимиляторные железоредукторы имеют способность разрушать органические примеси в анаэробных условиях за счет окисления их в углекислый газ. Некоторые железоредукторы могут также дехлорировать хлорированные примеси. Авторами статьи [12], которые работали с микроорганизмами из рода Geobacter, были проведены исследования в загрязненных нефтью водах, которые показали, что железоредукторы могут быть эффективными средствами для удаления ароматических углеводородов из подземных вод в анаэробных условиях. Их лабораторные исследования выявили способность железоредукторов к удалению урана из загрязнѐнных грунтовых вод. В работе также говорится, что можно стимулировать действия железоредукторов некоторыми способами для повышения окисления органических загрязнителей и восстановления трехвалентного железа.