БИОТЕХНОЛОГИЯ АНАЭРОБНОГО МЕТАНОГЕНЕЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОБНОЙ АССОЦИАЦИИ, АДАПТИРОВАННОЙ К ЖИВОТНОМУ И РАСТИТЕЛЬНОМУ СУБСТРАТУ

© В.К.Ильин, И.Н.Лыков, С.А.Сафронова, М.И.Морозенко, Н.И.Волыхина, Е.В.Волыхина, Е.А.Тарасова, К.С.Лауринавичюс, Д.А.Цветкова
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2005 г.

На сегодняшний день, несмотря на развитие гидро – и атомной энергетики, свыше 90% потребляемой в мире энергии приходится на органическое топливо. Эта тенденция сохранится и на ближайшие десятилетия. Только около 10% добываемого топлива используется в качестве сырья для основного органического синтеза и нефтехимического синтеза, для получения пластичных масс и др.

Биологические системы не могут позволить себе так расточительно и бурно извлекать энергию. Это неминуемо привело бы к разрушению биологической системы. Поэтому природа придумала различные способы извлечения энергии без повреждения биологических систем. Основными энергетическими процессами, благодаря которым поток энергии проходит через организм, являются фотосинтез, хемосинтез, дыхание и брожение. Первые два процесса обеспечивают синтез органических веществ за счет энергии света (фотосинтез) и окисления неорганических веществ (хемосинтез).

Часть энергии клетка использует для синтеза сложных органических соединений, таких как белки, нуклеиновые кислоты, жиры и т. п. Таким образом, создается биомасса, в которой накоплена энергия. Извлечение этой энергии является жизненно важной задачей микроорганизмов. Благодаря этому процессу реализуются биогеохимические циклы и поддерживается устойчивость биосферы.

В естественных условиях процесс извлечения энергии и веществ из биомассы происходит стихийно. Скорость и направленность этого процесса зависит от условий окружающей среды и от возможностей конкретной микробной ассоциации. Так как процесс биодеградации органических соединений животного и растительного происхождения реализуется за счет взаимодействия системы «фермент – субстрат», то имеется возможность оптимизировать этот процесс путем формирования микробной ассоциации, трофически адаптированной к субстрату, и создания благоприятных внешних условий. В рамках проекта РФФИ 04-06-80398 разработана лабораторная модель, в которой используется субстрат растительного и животного происхождения и лиофилизированный препарат микробной ассоциации, адаптированной к этому субстрату. Биодеградация происходит в биореакторе анаэробного типа. В результате разложения субстрата от 7 до 14% энергии микроорганизмы используют для удовлетворения своих биосинтетических потребностей, а основная часть энергии аккумулируется в молекулах метана. Направленная оптимизация процесса метанового брожения субстрата способствует в течение 8-12 суток выходу 85-90% метана в составе биогаза. Это создает хорошие предпосылки для практического использования разработанной биотехнологии извлечения метана из животных и растительных отходов как в условиях антропоэкосистемы (полигоны твердых бытовых отходов), так и в замкнутых герметичных экосистемах во время длительных комических полетов.