Нередко в жизни случается так, что кажущееся на первый взгляд идеальным решение оборачивается страшными последствиями в дальнейшем. Подобные события происходят по разным причинам: излишняя самоуверенность, недостаток необходимых знаний или простая человеческая лень. Доподлинно неизвестно, какая именно из причин стала катализатором страшной трагедии под названием бактерия “Синтия”, но рассмотреть ход событий и последствия мы можем с максимальной достоверностью.
Как все начиналось
20 апреля 2010 года 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deepwater Horizon произошла авария, которая повлекла за собой взрыв метана, который спровоцировал пожар на платформе. Последовавший после аварии разлив нефти стал крупнейшим в истории человечества: по разным данным в первые дни из аварийной скважины вытекало в среднем 62 тысяч баррелей нефти в день. В конечном итоге в водах Мексиканского залива оказалось около 5 миллионов баррелей нефти, а углеводородное пятно покрыло собой площадь в 250 квадратных километров. Для сравнения размеров – масляное пятно было сопоставимо с площадью таких городов как Оренбург или Чебоксары. Говоря одним словом – разлив был колоссальным и стоил компании BP (British Petroleum) 42 миллиарда долларов на ликвидацию последствий аварии.
Бактерии против углеводородов
Разлив на платформе Deepwater Horizon требовал незамедлительных и радикальных действий. Именно поэтому по заказу транснациональной нефтяной компании BP компанией “Synthetic Genomics”, которая занималась разработкой биологических способов производства биоэтанола, была искусственно создана бактерия “Mycoplasma laboratorium” которая получила имя “Синтия”.
Основой для новой искусственной бактерии стала “Mycoplasma genitalium” – внутриклеточный паразит, содержащий в себе 482 гена и который способен вызывать ряд заболеваний мочеполовой системы. Из этой основы были выделены 381 ген, которые и стали впоследствии “Синтией“.
Ученые, создавшие искусственную бактерию гордились ей как прорывом науки в сфере экологии, ведь тогда всем казалось, что человек наконец-то сумел обуздать природу, однако у природы были свои планы на синтетическую бактерию.
Свое создание ученые пометили — ввели в геном последовательности, которых не было у M. mycoides, несущие зашифрованные послания тому, кто поймает искусственную микоплазму (хотя едва ли она способна сбежать в дикую природу) и прочтет ее геном. В этих посланиях каждый из нуклеотидных триплетов обозначал букву латинского алфавита или цифру. Среди «водяных знаков» в геноме Синтии — HTML-скрипт, который в браузере читается как поздравление расшифровщику, перечень авторов статьи, а также цитаты из Джеймса Джойса («Жить, заблуждаться, падать, торжествовать, воссоздавать жизнь из жизни»), Роберта Оппенгеймера («Видеть не то, что есть, а то, что может быть») и Ричарда Фейнмана («То, чего я не могу построить, я не могу понять»; хотя, точности ради, у Фейнмана было «создать»).
Создатели “Синтии” уверяли общественность в том, что она способна питаться только нефтепродуктами (углеводородами), которые являются продуктом растительного происхождения, а животный белок она, якобы, переваривать не способна. Возможно, в лабораторных условиях это и было правдой, однако из-за того, что бактерия – живое существо, под влиянием тех или иных обстоятельств, она способна изменяться и мутировать, что, собственно, и произошло, обернувшись трагедией мирового масштаба.
Биологическое оружие
Вскоре после запуска синтетической бактерии в Мексиканский залив для его полной очистки от нефтепродуктов появились сообщения о заболевании, которое журналисты назвали “Синей чумой”, и которое стало причиной гибели огромного количества птиц, рыб и прочих животных, обитавших в Мексиканском заливе. Попадая в микроскопические раны на теле животных, она с кровеносной системой разносится по всем органам, за короткое время буквально разъедая всё на своём пути.
За считанные дни кожа животных покрывалась кровоточащими язвами, которые впоследствии начинали гнить. При исследованиях погибших животных были обнаружены нетипичные язвы и почернения на внутренних органах, которые свидетельствовали о распространении новой неизвестной инфекции – сгустки крови, указывающие на разрывы сосудов и внутренних органов, полостные кровотечения.
Но все было бы не так страшно, если бы люди тоже не состояли из плоти и крови. В скором времени подобные симптомы начали проявляться и у людей, которые купались в Мексиканском заливе, причем нередко контакт с зараженной водой заканчивался летальным исходом. Причем, на начальном этапе болезни, у людей появились такие же красные волдыри на поражённых участках, словно следы от ожогов – первый симптом размножения инфекции, как и у погибших в океане животных.
Вовремя начатое лечение, а именно хирургическое удаление поражённых участков, могло спасти от ампутации. Найти лекарство от “Синтии” оказалось невозможным, поскольку бактерия была полностью синтезирована в лаборатории антибиотики на нее не действовали . Попав в ранку, она начинала размножаться с удивительной скоростью, что, по сути, должно было быть ее преимуществом как нефтедструктора, но сейчас играло против человечества. Поэтому единственным способом остановить продвижение бактерии по телу человека стало удаление пораженного участка, чтобы смертоносная “Синтия” не могла спровоцировать внутренние кровоизлияния.
А что же дальше?
С момента катастрофы на Deepwater Horizon прошло уже 10 лет, а последние данные о том, что опасная бактерия попала в теплые течения Гольфстрима, попала в Европу и даже добралась до Арктики датируются 2014 годом. Тем не менее, несмотря на отсутствие масштабных вспышек заболеваний, вызванных “Синтией”, экологические службы продолжали мониторить ситуацию, чтобы не допустить новой трагедии.
В последнее время ходят слухи о том, что “Синтия” как-то связана с COVID-19, однако на самом деле это является заблуждением, которое не имеет под собой никаких достойных обоснований.
Так например, существует мнение, что рекомбинантное РНК нового коронавируса – следствие его взаимодействия с Синтией, однако это недостоверная информация, поскольку мало того, что COVID-19 на 96,3% совпадает с генным коронавирусом летучих мышей, так еще и “Синтия”, как уже было описано выше, имела в своем геноме “сюрприз” для тех, кто будет ее расшифровывать. А COVID-19 наверняка уже не раз и даже не два был расшифрован в поисках лекарства от него, и никакой информации о “Синтии” от ученых не поступало. Так что связь синтетической бактерии и нового коронавируса – всего лишь миф.
Биопрепараты — деструкторы нефти и нефтепродуктов
В России под биопрепаратом чаще всего понимают препараты на основе штаммов микроорганизмов, которые получили все необходимые разрешительные документы, т.е. эти препараты безопасны с медицинских, санитарно-гигиенических и экологических позиций и не имеют противопоказаний для промышленной наработки.
Комплекс мероприятий, завершающихся получением разрешения на использование биопрепарата, обычно включает в себя работы по таксономической идентификации штаммов-биодеструкторов (для микроорганизмов, выделенных из природных сред), токсико-гигиеническую оценку микробных препаратов, определение ПДК клеток в рабочей зоне (зоне применения препарата), составление паспорта на биопрепарат, получение сертификата на биопрепарат, удостоверяющего его медицинскую и эколого-гигиеническую безвредность.
Биопрепараты на основе штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов подразделяются на две основные группы:
— биопрепараты на основе монокультуры;
— биопрепараты, в состав которых входит несколько штаммов микроорганизмов.
Монобактериальные препараты характеризуются более узкой специфичностью по отношению к индивидуальным углеводородам, более узким интервалом рН, оптимальным для активности микроорганизмов, а также интервалом солености, температуры, концентрации углеводородов. Полибактериальные препараты имеют более широкие адаптационные и экологические возможности для использования.
Подбор микроорганизмов — деструкторов углеводородов, в том числе и в составе нефтей, не вызывает особых проблем. Они широко распространены в природе, причем в нашей стране накоплен особенно большой опыт работы с ними в связи с созданием на протяжении 60-70-х гг. крупнотоннажной промышленности по получению БВК из углеводородов нефти в качестве сырья.
На отечественном рынке в последнее время появилось большое количество биопрепаратов для ликвидации загрязнений нефтью и нефтепродуктами, подтвердивших свою эффективность в различных условиях очистки и для различных нефтепродуктов, причем фирмы, занимающиеся проведением очистных и рекультивационных мероприятий считают для себя менее хлопотным и более выгодным налаживать выпуск собственного биопрепарата, чем покупать готовый на стороне. В этой связи необходимо отметить, что не все из испытывавшихся штаммов микроорганизмов-деструкторов обладали необходимыми разрешительными документами.
Биопрепараты представляют собой массу жизнеспособных клеток микроорганизмов- биодеструкторов и различаются используемыми для их получения штаммами, которые характеризуются различными физиолого-биохимическими свойствами, такими как термотолерантность, осмофильность, оптимальные для роста значения рН, способность включать в метаболические процессы разные классы углеводородов и спектры налканов. Эти физиолого-биохимические свойства штаммов — биодеструкторов определяют эффективность применения биопрепаратов в разных почвенно-климатических зонах, для удаления определенных по химическому составу загрязнений.
Как правило, все разработанные препараты предназначаются для уничтожения загрязнения нефтью и нефтепродуктами не только почвы и грунта, но и пресных водоемов, акватории морей, стоков промышленных предприятий и загрязненных внутренних поверхностей технологических резервуаров и танков.
Некоторые характеристики наиболее известных препаратов приведены в таблице 1
Срок очистки в оптим. условиях
3-4 мес. в почве, 2-4 нед. с поверхности воды
30-50кг/ 100м 2 почвы,100 кг/м 3 нефти
3-4 мес. в почве, 1-2 мес. с поверхности воды
Заявка N93041474от 25 августа 1993 г.
Разложение 90% нефти в почве за 30-40 дн.
Прикладная биохимия имикробиология.1996. т.32. N2, с.219- 223
Степеньочистки 90% за 35 дней присодержании 8-9 г.мазута/ кг сухой почвы
Environ.Technol., 1990. v. 11, N5, р. 443-454
Препарат «Путидойл» появился первым в ряду биопрепаратов-нефтедеструкторов. Его действующим началом являлись бактерии Pseudomonas putida, обладающие по данным разработчиков высокой окислительной активностью в отношении углеводородов нефти прямой, разветвленной и циклической структур. Препарат получали путем высушивания выращенной бактериальной массы и использовали в виде взвеси бактериальных клеток (не более 0,2% к объему раствора) в 0,07%-ом растворе минеральных солей (аммофоса или диаммофоса). Активирование препарата производилось выдерживанием суспензии при перемешивании и аэрации 4-18 ч. при t= 26-30°C.
По результатам исследований и испытаний были определены расходные нормативы и выработаны рекомендации по использованию препарата «Путидойл» (таблица 2).
Препарат «Деворойл» получен на основе консорциума микроорганизмов дрожжей и бак-терий Rhodococcus longus, Rhodococcus maris, Rhodococcus erythropolis, Alcaligenes sp., Pseudo-monas stutzeri, Jarrowia lipolytica, Candida sp., растущих на углеводородах различных классов и их производных, устойчивых к повышенной солености (до 150 г/л NaCl), к резким колебаниям температуры от +5 до +40°C, с активностью в широком диапазоне рН (от 4,5 до 9,5) при интенсивности загрязнения почвы нефтью более 5%. Высокая эффективность применения «Деворойла» по данным разработчиков определяется тем, что в состав препарата входят липофильные и гидрофильные микроорганизмы: бактерии, окисляющие нефтяные алканы с длиной углеродной цепи С9 — С30 и ароматические соединения, в частности фенол, крезол и пирокатехин; дрожжи, характеризующиеся высокой нефтеокисляющей активностью и способные выделять в среду аминокислоты, витамины и поверхностно-активные вещества. Используемые другими представителями почвенного биоценоза продукты жизнедеятельности бактерий и сами клетки отми-рающих бактерий легко усваиваются сапрофитной микрофлорой биоценоза.
Испытание препарата на реальных объектах Западной Сибири, Татарстана и др. показало его высокую эффективность. Так, с его помощью за 3 недели было удалено 70% нефти с поверхности почвы при содержании нефти 20г/дм3 почвы. Препарат может быть использован для очистки от различных типов сырой нефти (высоко и низкопарафинистой, вязкой, с высоким содержанием серы и др.), мазута, дизельного топлива, бензина, керосина.
Препараты серии «Биодеструктор», полученные на основе штаммов бактерий Acinetobac-ter valentis (препарат «Валентис»), Acinetobacter parapliinicum и Acinetobacter oleovorans (препарат «Олеоворин»), наиболее эффективны соответственно при температуре от +10 до +50 С и от +20 до +42°C при рН 6,5-7,2. Препараты получают путем высушивания на распылительной су-шилке биомассы бактерий Acinetobacter sp., выращенной на н-парафинах при t =20-42°C и рН=6,5-7,2.
В одном из вариантов испытания препаратов наблюдалось снижение за 45 сут. концентрации загрязнений с 20 кг/м2 до 1 кг/м2. В другом варианте испытаний в загрязненном отстойнике наблюдалось исчезновение пленки нефти через 30 сут. при исходном содержанием нефти 10 кг/га поверхности отстойника.
Основой препарата «Деградойл» является выделенная из почвы смешанная культура микроорганизмов, включающая азотфиксирующие бактерии Azotobacter vinelandii. По данным разработчиков препарат обладает широкой субстратной специфичностью. Бактерии окисляют углеводороды, а другие почвенные микроорганизмы метаболизируют продукты их окисления. Испытания препарата на загрязненных участках площадью 2,5 га показало, что при расходе препарата 6 кг/га и предварительной механической обработке за 49 сут. уровень загрязнения мазутом снижается с 20 г/кг до 2 г/кг в гумусовых почвах и 0,012 г/кг в глинистых почвах и песчаниках.
Препараты «Эконадин» и «Экойл» получают путем выращивания бактериальной культуры Pseudomonas fluorescens до концентрации не менее 5 г/л по сухой биомассе, ее последующего флокулирования перекисью водорода и хлоридом кальция, иммобилизации сфлокулирован-ной биомассы бактерий на сфанговом торфе и высушивания торфа при температуре не более 30 С. Полученный препарат вносят на поверхность загрязненной водной среды в соотношении 0,1-0,24 г препарата на 1 мл нефтяного загрязнения. Количество клеток бактерий не менее 109 клеток на 1 г торфа (около 10 мг/г).
При использование препарата «Эконадин» была показана возможность очистки поверхности воды и утилизации сорбированной торфом нефти за 6 суток в случае оптимальных условий. Применение торфяного препарата позволяет провести очистку и рекультивацию почвы за 4-8 мес. Отмечены также стимулирование роста и прибавка урожая растений при внесении препарата в незагрязненную почву.
Препарат «Экойл» также позволяет провести очистку поверхности воды торфом с микроорганизмами с утилизацией сорбированной нефти в течение 2-х месяцев и провести очистку и рекультивацию загрязненной почвы за 4-8 мес.
Как видно из приведенных данных, с помощью биопрепаратов в большинстве случаев удается очистить загрязненную среду за один летний сезон.
Дальнейшее повышение эффективности применения препаратов для нефтеочистки почвы связывается, во-первых, с совершенствованием технологии их применения, в частности, с разработкой методов, повышающих степень высвобождения нефтепродуктов, сорбированных частицами почв, например, при добавлении ПАВ, специальных сорбентов, а также методов, обеспечивающих транспорт кислорода в системе, например, при обработке почвы перекисью водорода и т.п. Во-вторых, с совершенствованием технологии их получения, и в первую очередь с использованием новых, более активных штаммов биодеструкторов, и, в частности, с использованием бактерий, содержащих плазмиды, кодирующие включение углеводородов в метаболизм.
Из данных, приведенных в таблицах 1 и 2, можно оценить удельные затраты на биопрепарат при различных вариантах очистки, которые составляют следующие величины (без учета технологических затрат на приготовление (активацию) биопрепарата непосредственно перед его использованием, обработку участка биопрепаратом, проведения необходимых для эффективной работы биопрепарата агротехнических мероприятий):
100-700 $/га почвы
30 — 150 $/га водной поверхности
0,1 -0,3 $/м3 грунта
0,2 — 1,5 $/м3 воды
40 — 250 $/м3 нефти (при очистке емкостей препаратом без носителя)
300 — 1500 $/м3 нефти (при очистке препаратом с торфом,
100 — 200 кг торфа с микроорганизмами на м3 нефти)
10000 — 30000 $/га почвы (при очистке препаратом с торфом,
30 — 50 кг торфа с микроорганизмами на 100м2 почвы)
Как видно из этих данных, затраты на препараты микроорганизмов с сорбентами выше в 15 — 300 раз.
Фирмы, производящие коммерческие биопрепараты-деструкторы нефти без носителя, реализуют препараты по цене 35-45 долл. США за 1 кг сухого биопрепарата. Для сравнения — стоимость 1 кг биопрепарата — кормовой добавки (белково-витаминного концентрата) 1-2 долл. США/кг. По рекомендациям специалистов, принимавших непосредственное участие в разработке биопрепаратов-деструкторов нефти, любой препарат становится эффективным (т.е. способным очистить загрязненный участок нефти в почвенно-климатических условиях средней полосы РФ за 1 сезон) при расходе препарата 1кг на 100 кг нефти. Приведенные в табл.1 и 2 цифры, взятые из рекламных источников фирм и патентов, действительны для небольших степеней загрязнения природных сред нефтепродуктами. Таким образом, фактические затраты на биопрепарат на обработку 1 т разлитой нефти составят 350-450 долл. США/т разлитой нефти или нефтепродукта. При таких затратах следует ожидать, что любые мероприятия, нацеленные на экономию биопрепарата или правильный выбор эффективного и работоспособного биопрепарата-деструктора могут дать существенный экономический эффект как для виновника загрязнения, за чей счет производится очистка загрязненной природной среды (или который выплачивает штрафы за причиненный ущерб), так и для организации, финансирующей проведение комплекса работ по биотехнологической очистке природных сред.
Таким образом, порядок затрат на очистку природных сред от нефтяных загрязнений 100-1000 долл. США на гектар почвы или тонну разлитой нефти.
Загрязнение нефтью земельного участка приводит к понижению его стоимости, а удаление загрязнения возвращает его стоимость до прежнего уровня. В этом случае положительный эколого-экономический эффект может быть получен при колебаниях цены земли в связи с загрязнением 100-1000 долл. США/га или 1-10 долл. США за сотку (без учета стоимости работ на обработку участка и проведение агротехнических мероприятий).
Таблица 2. Использование препарата «Путидойл» для очистки природных сред от загрязнений нефтью и нефтепродуктами
Условия обработки препаратом «Путидойл»
Расход препарата (в сухом виде)