XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение. Последнее время в атмосфере накапливается огромное количество углекислого газа и метана, что является основной причиной глобального изменения климата, а угарный газ, представляет большую опасность из-за своей токсичности. Традиционные методы улавливания и хранения этих газов энергоемки и экономически не оправданы. В связи с этим популярность набирают биологические методы, основанные на способности определенных микроорганизмов использоватьCO₂, CO и CH₄ в качестве источника углерода и энергии.

Для развития и роста клетки микроорганизмам требуется источники питательных веществ и энергии. Наибольшее значение среди питательных веществ имеет углерод (C), потому что он является основой всех органических молекул. Организмы, по типу источника углерода подразделяются на 2 типа: автотрофы и гетеротрофы [1]. В нашем исследовании главную роль играют автотрофы.

Автотрофами являются бактерии, которые могут использовать единственным источником для своей жизнедеятельности атмосферный углерод [2]. Автотрофы подразделяются на фототрофные и хемотрофные микроорганизмы, последние используют энергию химических реакций разложения неорганических веществ [3]. Таким образом некоторые бактерии перерабатывают неорганический углерод, находящийся в атмосфере в огромных количествах в органические молекулы.

Бактерии, использующие углекислый газ и водород, в процессе своей жизнедеятельности образуют метан, называются метаногены. К ним относят 14 родов. В природе они завершают разложение погибших животных и растений. Используя углекислый газ, эти бактерии фиксируют его в цикле Кальвина. Цикл Кальвина это процесс ассимиляции CO₂ с образованием органических веществ и высвобождением энергии (см. Рис.1) [4].

Рис. 1. Упрощенная схема цикла Кальвина.

Другие бактерии, например, зеленые бактерии рода Chlorobium содержат много фермента ЦТК и у них протекает другой путь ассимиляции углекислоты, его называют цикл Арнона (восстановительный цикл карбоновых кислот) [4]. Роль хемо-синтетиков заключается в том, что фиксированный углерод направляется на синтез полигидроксиалканоатов (ПГА) - биоразлагаемые пластики [7]. Таким образом CO₂ фиксируется и перерабатывается микробиотой, что играет важную роль в круговороте углекислого газа.

Карбоксидотрофы - это бактерии, которые для размножения используют CO, воду и некоторое количество минеральных солей. Но они все же нуждаются в органических веществах для развития и роста клетки. К таким бактериям относятся рода Carboxydothermus и Thermococcus[5]. Ключевой фермент – CO-дегидрогеназа, окисляющая CO до CO₂. Анаэробные ацетогены осуществляют синтез Вуда-Люнгдала, процесс конверсии смеси угарного, углекислого газов и водорода в ацетат [8]. Это основа технологии переработки синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода) в жидкое биотопливо (этанол, бутанол) через микробное брожение.

Бактерии, использующие CH₄ в качестве основного источника углерода, называют метанотрофы. К ним относятся класс Proteobacteria и филум Verrucomicroba[6]. Механизм протекает следующим образом. Сначала метан окисляется до метанола с помощь специального фермента метанмонооксигеназы (ММО). Далее метанол преобразуется в формальдегид и ассимилируется через рибулозомонофосфатный цикл (сериновый). Метанотрофы могут использоваться для очистки свалочного и шахтного газа, а их биомасса, рассматривается как кормовая добавка [9].

Микроорганизмы, утилизирующие CO₂, CO и CH₄, представляют собой мощный, экологичный и эффективный инструмент для смягчения последствий изменения климата и борьбы с загрязнением воздуха. В отличие от энергоёмких физико-химических методов, биологическая конверсия основана на природных процессах и может осуществляться в мягких условиях с получением ценных продуктов. Дальнейшие исследования в области метаболической инженерии и оптимизации биотехнологических процессов позволят вывести эти технологии на промышленный уровень, создав основу для экономики замкнутого цикла, где выбросы становятся сырьём.

Список литературы:

1. Сунцова Л.Н. Физиология растений: учебное пособие: в 2 частях/Л.Н. Сунцова, Е.М. Иншаков, Е.В. Лисотова. – Омск: СибАДИ, [б. г.]. – Часть 2 – 2024. – 80 с. [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/book/479687 (дата обращения: 12.12.2025).

2. Конопатов Ю.В. Основы экологической биохимии: учебное пособие/Ю.В. Конопатов, С.В. Васильева. – 3-е изд., стер. – Санкт-Петербург: Лань, 2022. – 136 с. – [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/book/213023 (дата обращения: 14.12.2025).

3. Микробиология: учебник/А.П. Дуктов, Н.А. Садомов, А.А. Бахарев [и др.]. – Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2024. – 442 с. [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/book/453389 (дата обращения: 13.12.2025).

4. Турлова Ф.С. Физиология и биохимия микроорганизмов: учебное пособие/Ф.С. Турлова, Я.С. Усаева, Ф.Х. Аматханова. – Грозный: ЧГУ им. А.А. Кадырова, 2024. – 90 с. [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/book/461546 (дата обращения: 11.12.2025).

5. Бонч-Осмоловская Е.А. Новые термофильные прокариоты/Е. А. Бонч-Осмоловская//Природа. – 2013. – № 9(1177). – С. 34-41.

6. Егорова С.В. Роль малил-КоА лиазы - фермента серинового цикла ассимиляции углерода - у метанотрофов, реализующих различные варианты С1-ассимиляции/С.В. Егорова, С.Ю. // Школа-конференция для молодых ученых, аспирантов и студентов "Генетические технологии в микробиологии и микробное разнообразие": Сборник тезисов конференции, Пущино, 06–09 декабря 2021 года/Под редакцией Т.А. Решетиловой. – Москва: Общество с ограниченной ответственностью "Издательство ГЕОС", 2021. – С. 144-145.

7. Получение полигидроксиалканоата с помощью культуры Pseudomonas helmanticensis в нестерильных средах, содержащих глицерин и додецилсульфат натрия/И.Н. Зубков, Ю.С. Букин, П.Н. Сорокоумов, С.М. Шишлянников//Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2022. – № 3. – С. 479-484. [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/journal/issue/323648 (дата обращения: 13.12.2025).

8. Дебабов В.Г. Ацетогены: биохимия, энергетика, генетика, биотехнологический потенциал/В.Г. Дебабов//Микробиология. – 2021. – Т. 90, № 3. – С. 259-285.

9. Биоэлектрокаталитическое окисление формальдегида метилобактериями methylobacterium dichloromethanicum dm4 в присутствии медиатора электронного транспорта - ферроцена/Т.А. Кузнецова, О.Н. Понаморева, А.С. Решетников [и др.]//Известия ТулГУ. Естественные науки. – 2012. – № 1-1. – С. 236-245. [Электронный ресурс]: https://e.lanbook.com/journal/issue/296150 (дата обращения: 14.12.2025).