XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение. Нефть и нефтепродукты – одни из самых опасных и распространенных загрязнителей окружающей среды [1, 2]. Их попадание в природу вызывает токсическое воздействие на все компоненты биоты, делая почвы и водные объекты непригодными для использования, что наносит не только экологический, но и значительный экономический ущерб [3, 4].

Традиционные физико-химические методы очистки (сжигание, механический сбор, химические диспергенты) высокозатратны и энергоемки [1,2]. Кроме того, многие из этих методов неприменимы в труднодоступных районах или на водных объектах без риска нанести дополнительный вред экосистеме [5].

В качестве экологичной и экономичной альтернативы широко применяются биологические методы, объединенные понятием биоремедиации [5, 6]. Ее преимущества включают экологическую безопасность (конечные продукты деградации – CO₂ и вода), низкую стоимость и возможность очистки непосредственно на месте загрязнения [3, 7]. В основе метода лежит способность аутохтонных микроорганизмов использовать углеводороды нефти как источник углерода и энергии [8,9].

Целью данной статьи является обзор современных знаний о возможностях применения углеводородокисляющих микроорганизмов для очистки нефтезагрязненных почв и вод.

Углеводородокисляющие микроорганизмы: разнообразие и свойства. Эффективность биоремедиации напрямую зависит от активности специализированных микроорганизмов, обладающих способностью использовать углеводороды в качестве источника углерода и энергии [9].

Основные группы микроорганизмов-деструкторов:

• Бактерии являются наиболее активными и широко изученными деструкторами нефтяных углеводородов. Они характеризуются высокими скоростями роста и метаболизма.

  • Pseudomonas – типичные представители углеводородокисляющих бактерий, способные утилизировать широкий спектр соединений. Их метаболическая гибкость и способность продуцировать биосурфактанты для эмульгирования нефти делают их одними из наиболее эффективных деструкторов [8,10].

  • Rhodococcus – актинобактерии, особенно эффективные в деградации высокомолекулярных алканов и сложных соединений благодаря наличию разнообразных ферментных систем [3,10].

  • Acinetobacter – бактерии, известные своей способностью к образованию капсул и эмульгированию углеводородов, что облегчает их усвоение [8].

  • Bacillus – спорообразующие бактерии, отличающиеся высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям среды, что особенно важно при очистке загрязненных территорий с изменяющимися параметрами [3].

Разные виды бактерий проявляют специфичность к субстратам. Например, многие Pseudomonas spp. предпочитают легкие фракции нефти, в то время как Rhodococcusболее активны в отношении тяжелых и высокомолекулярных компонентов [8,10].

• Грибы (мицелиальные и дрожжи) участвуют в деградации трудноокисляемых компонентов нефти, таких как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), асфальтены и смолы. Их нитчатый рост (гифы) позволяет им физически пронизывать загрязненный субстрат и обеспечивать доступ к загрязнителю. Среди мицелиальных грибов наиболее активными деструкторами являются представители родов Aspergillus и Penicillium [8,10].

• Актиномицеты занимают промежуточное положение между бактериями и грибами. Будучи грамположительными бактериями, они образуют мицелий и обладают мощным ферментативным аппаратом для разложения устойчивых органических соединений, включая сложные углеводороды. Их роль особенно важна в деградации остаточных фракций нефти после первичного разложения бактериями [8,9].

Основным источником углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ) являются естественные микробные сообщества, формирующиеся непосредственно в загрязненных зонах. Длительный контакт с нефтяными углеводородами приводит к микробной адаптации и увеличению доли деструкторов в сообществе микроорганизмов [9].

Для внесения специализированных штаммов, культуры микроорганизмов выделяют из загрязненных почв, водных объектов или даже буровых шламов, а затем нарабатывают в лабораторных условиях [11]. Такие штаммы часто хранятся в специализированных микробных коллекциях и отбираются под конкретные типы загрязнений и условия окружающей среды [3, 12].

Основной путь биодеградации нефти – это аэробное окисление, при котором микроорганизмы используют кислород как конечный акцептор электронов. Ключевую роль играют ферменты оксигеназы, внедряющие атомы кислорода в молекулу углеводорода с образованием спиртов. Они окисляются до ацетил-КоА [8, 10], который поступает в цикл трикарбоновых кислот и окисляется до CO₂ и воды с выделением энергии [8, 9]. Для доступа к гидрофобным субстратам микроорганизмы продуцируют биосурфактанты, эмульгирующие нефть и ускоряющие её деградацию [3, 10].

Факторы, влияющие на эффективность биоремедиации. Эффективность процесса биоремедиации нефтезагрязненных объектов с использованием УОМ зависит от комплекса взаимосвязанных абиотических и биотических факторов. Оптимизация этих условий является ключевой задачей для достижения максимальной скорости и полноты деградации углеводородов.

Среди абиотических факторов первостепенное значение имеет температура, поскольку она непосредственно влияет на физико-химическое состояние нефти и метаболическую активность микроорганизмов. Скорость биохимических реакций, катализируемых микробными ферментами, напрямую зависит от температурного режима.Не менее важными параметрами являются влажность и аэрация среды. Большинство УОМ являются аэробами, и для полного окисления углеводородов им необходим молекулярный кислород как конечный акцептор электронов в дыхательной цепи [8, 10]. Уровень pH среды также оказывает существенное влияние на активность ферментных систем микроорганизмов и на процессы сорбции нефти почвой [8, 13].

К биотическим и питательным факторам относится, прежде всего, доступность биогенных элементов [3, 8]. Нефтеуглеводороды служат для микроорганизмов источником углерода и энергии, но бедны азотом, фосфором и другими макро- и микроэлементами, необходимыми для построения биомассы. Для его устранения вносят минеральные удобрения [13, 14]. Токсичность высоких концентраций нефти может угнетать микробное сообщество, требуя предварительного снижения концентрации загрязнителя[10, 15]. Кроме того, в процессе адаптации у микроорганизмов могут активироваться механизмы защиты, такие как усиленный синтез гидрофобных компонентов клеточной стенки [9].Конкуренция внутри сообщества также важна, так как внесенные штаммы часто проигрывают аутохтонным микроорганизмам [10, 14]. Поэтому необходимо проводить отбор активных и устойчивых штаммов, адаптированных к конкретным условиям, либо использование подходов, направленных на стимуляцию собственных деструкторов, что особенно актуально для хрупких экосистем [14].

Основные биотехнологические стратегии и методы применения. Применение УОМ для очистки нефтезагрязненных объектов осуществляется с использованием двух основных биотехнологических методов: очистки непосредственно в месте загрязнения (insitu) и очистки после извлечения загрязненного материала (exsitu). Выбор метода определяется характером загрязнения, свойствами объекта, экономической целесообразностью и требуемой скоростью проведения работ.

Биоремедиация insitu является наиболее распространенным и часто экономически выгодным подходом, так как не требует масштабных земляных работ или извлечения больших объемов грунта или воды. Она включает два основных метода: 

• Биостимуляция направлена на активацию аутохтонной (аборигенной) микрофлоры путем создания для нее оптимальных условий [3, 13]. Преимуществом биостимуляции является ее естественность и низкий риск экологических нарушений, однако ее эффективность может быть ограничена низкой исходной численностью или активностью аутохтонных деструкторов, особенно в экстремальных условиях [14].

• Биоаугментация предполагает внесение в загрязненный объект специально отобранных активных штаммов, обладающих высокой деструктивной активностью и устойчивостью к токсическому действию нефти [10]. Этот метод применяется в случаях, когда аутохтонная микрофлора не справляется с загрязнением, например, при его высоких концентрациях или наличии токсичных компонентов. Теоретически, внесение высокоактивных штаммов должно значительно ускорить процесс очистки. Однако на практике эффективность биоаугментации часто оказывается ниже ожидаемой. Основная проблема заключается в низкой выживаемости и конкурентной неспособности внесенных штаммов в новой, зачастую агрессивной экологической среде [10, 14].

Биоремедиация exsitu требует извлечения загрязненного материала (почвы, шлама, воды) и его обработки в специально отведенных местах или установках, что обеспечивает более высокий уровень контроля над процессом. Одним из распространенных методов является биокомпостирование. Загрязненная почва смешивается с органическими добавками-сорбентами (например, солома, опилки, торф), которые не только сорбируют нефтепродукты, снижая их токсичность, но и служат структурообразователем, улучшающим аэрацию, и источником дополнительных питательных веществ для микроорганизмов [3]. Регулярное перелопачивание куч обеспечивает необходимое снабжение кислородом и равномерное распределение влаги и микрофлоры [7].

Для очистки больших объемов жидких сред наиболее эффективно применение биореакторов. Этот метод предоставляет максимально контролируемые условияи позволяет добиться более глубокой очистки по сравнению с методами insitu [1, 2].

Заключение. Микробиологические методы очистки окружающей среды от нефтяных загрязнений демонстрируют высокую эффективность и обладают большим потенциалом, являясь основой для разработки экологически безопасных и устойчивых технологий [3, 6, 13]. В основе этих методов лежит естественная способность специализированных УОМ утилизировать широкий спектр нефтяных фракций, превращая токсичные соединения в безопасные продукты метаболизма [8, 9, 10]. Это делает биоремедиацию предпочтительной альтернативой многим физико-химическим способам, позволяя проводить очистку с минимальным ущербом для экосистемы [1,2].

Однако внедрение этих технологий сталкивается с рядом серьезных ограничений. Основными проблемами остаются крайне медленная скорость биодеградации устойчивых высокомолекулярных компонентов нефти, а также значительное торможение метаболической активности микроорганизмов в неподходящих для них условиях [12, 14]. Кроме того, эффективность часто ограничивается низкой выживаемостью интродуцированных микроорганизмов в конкурентной природной среде и их чувствительностью к токсичности высоких концентраций загрязнителя [7, 10].

Перспективы развития биоремедиации связаны с преодолением этих ограничений за счет интеграции достижений современной науки. Одним из наиболее многообещающих направлений является поиск и конструирование суперштаммов с помощью методов метагеномики, позволяющей изучать некультивируемые формы микроорганизмов, и генной инженерии, нацеленной на создание штаммов с усиленной деградационной активностью и устойчивостью к экстремальным условиям [5, 10]. Важную роль играет разработка комбинированных технологий, например, фито-микробной ремедиации, где растения и микроорганизмы действуют синергетически, усиливая эффективность очистки [6]. Также значительный потенциал демонстрирует использование наноматериалов в качестве сорбентов и катализаторов для усиления микробной активности и целенаправленной доставки питательных веществ [5, 15].

Таким образом, дальнейшие исследования в области биоаугментации и применение современных биотехнологических подходов открывают широкие возможности для повышения эффективности и расширения масштабов применения микробиологических методов восстановления загрязненных территорий [5,6, 16].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Аварийные разливы углеводородов в водную среду: проблемы и пути их решения // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2010. № 11. С. 4−7.

2. Коршунова, Т. Ю., Логинов, О. Н. Нефтяное загрязнение водной среды: особенности, влияние на различные объекты гидросферы, основные методы очистки / Т. Ю. Коршунова, О. Н. Логинов // Экобиотех. — 2019. — № 2, Т.2. — С. 157-174.

3. Сопрунова О.Б. Способы очистки почв от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, применяя микробные биотехнологии. / О.Б. Сопрунова, А.Ш. Акжигитов, А.А. Казиев // Молодой ученый. - 2015. - № 7(87). - с. 240-242.

4. Мосунова Ю. В. Биоремедиация почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в условиях Западного Предкавказья : специальность 06.01.03 «Агропочвоведение, агрофизика» : Автореферат на соискание кандидата сельскохозяйственных наук / Мосунова Ю. В. ; Кубанский государственный аграрный университет. — Краснодар, 2009. — 22 c.

5. Bala S, Garg D, Thirumalesh BV, Sharma M, Sridhar K, Inbaraj BS, Tripathi M. Recent Strategies for Bioremediation of Emerging Pollutants: A Review for a Green and Sustainable Environment. Toxics. 2022 Aug 19;10(8):484. doi: 10.3390/toxics10080484. PMID: 36006163; PMCID: PMC9413587.

6. Петрова Е. А., Кузнецов А. В. Перспективы использования биоремедиации для восстановления загрязненных экосистем / Петрова Е. А., Кузнецов А. В. // НАУКА И МИРОВОЗЗРЕНИЕ. — 2020. — № 1. — С. 1-4.

7. Руденко Е. Ю. Биоремедиациянефтезагрязненных почв органическими компонентами отходов пищевой (пивоваренной) промышленности : специальность 03.02.08 «Экология (биология)» : Диссертация на соискание доктора биолологических наук / Руденко Е. Ю. ; Самарский государственный технический университет. — Самара, 2015. — 352 c.

8. Тимергазина И. Ф., Переходова Л. С. К проблеме биологического окисления нефти и нефтепродуктов углеводородокисляющими микроорганизмами / Тимергазина И. Ф., Переходова Л. С. // Нефтегазовая геология. Теория и практика. — 2012. — № 1, Т.7. — С. 1-28.

9. Гоголева О. А., Немцева Н. В. Углеводородокисляющие микроорганизмы природных экосистем / Гоголева О. А., Немцева Н. В. // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал). — 2012. — № 2. — С. 1-7.

10. Брянская А. В., Уварова Ю. Е., Слынько Н. М., Демидов Е. А., Розанов А. С., Пельтек С. Е. Теоретические и практические аспекты проблемы биологического окисления углеводородов микроорганизмами / Брянская А. В., Уварова Ю. Е., Слынько Н. М., Демидов Е. А., Розанов А. С., Пельтек С. Е. // Вавиловский журнал генетики и селекции. — 2014. — № 4/2, Т.18. — С. 999-1012.

11. Плешакова Е. В., Беляков А. Ю., Деев Д. В. Особенности деградации углеводородов бактериями, выделенными из буровых шламов / Плешакова Е. В., Беляков А. Ю., Деев Д. В. // ПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ. — 2017. — № 2. — С. 170-182.

12. Журавлева А. С. Термофильные углеводородокисляющие почвенные бактерии из контрастных природно-климатических зон : специальность 06.01.03 «Агрофизика» : Диссертация на соискание кандидата биолологических наук / Журавлева А. С. ; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение агрофизический научно-исследовательский институт. — Санкт-Петербург, 2022. — 152 c.

13. Сазонова И. А., Щербаков А. А. Биотехнология защиты окружающей среды: краткий курс лекций для бакалавров IV курса направления подготовки 19.03.01 «Биотехнология» / Сост.: И.А. Сазонова, А.А. Щербаков // ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2016. – 51 с.

14. Лифшиц С. Х., Глязнецова Ю. С., Чалая О. Н., Зуева И. Н., Попова Н. И. Биоремедиации арктических почв от нефтезагрязнений, факторы, влияющие на ее эффективность // Физико-технические проблемы добычи, транспорта и переработки органического сырья в условиях холодного климата. 2024. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/bioremediatsii-arkticheskih-pochv-ot-neftezagryazneniy-faktory-vliyayuschie-na-ee-effektivnost (дата обращения: 10.12.2025).

15. Белик Е.С. Оценка эффективности применения биосорбента в технологии биологической очистки воды и почвы от нефтепродуктов // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2017. № 4. С. 104−114.

16. Мамедова П. Ш., Бабаев Э. Р., Гахраманова К. Р., Муштагова Ф. Г. Биоремедиация почв, загрязненных пестицидами / Мамедова П. Ш., Бабаев Э. Р., Гахраманова К. Р., Муштагова Ф. Г. // Вестник КНИИ РАН. Серия «Естественные и технические науки». — 2025. — № 3, Т.22. — С. 109-141.