Оксигенные и аноксигенные фотосинтезирующие микроорганизмы в природоподобных технологиях получения ценных продуктов и энергоносителей

Фотосинтезирующие микроорганизмы способны расти быстрее растений, потреблять солнечную энергию и в ряде случаев выделять молекулярный водород, то есть осуществлять прямой или непрямой биофотолиз воды. При этом они играют определенную, хотя и не до конца понятую роль в очистке органических отходов. При этом их биомасса богата пигментами (хлорофиллами и бактериохлорофиллами, каротиноидами), витаминами, убихинонами, в частности Q10, белки содержат все незаменимые аминокислоты, синтезируются и полиненасыщенные жирные кислоты. Пурпурные бактерии содержат уникальные ферменты, гидрогеназы, катализирующие активацию молекулярного водорода, которые активно исследуются с целью замены платины в топливных элементах. Таким образом, использование фотосинтезирующих микроорганизмов, их фракций, ферментов или принципов, заложенных в основе их систем, при разработке природоподобных технологий актуально. Именно поэтому фотосинтезирующие микроорганизмы являются объектом пристального внимания ученых всего мира. Целью исследований является выявление фундаментальных механизмов, регулирующих скорости преобразования солнечной энергии в ценные продукты и биотополива на разных уровнях организации: популяции микроорганизмов, молекулярные комплексы и отдельные ферменты. В рамках предлагаемой темы предполагается проведение исследований на разных уровнях организации живых систем. 1.Микробные популяции При изучении пурпурных бактерий основные усилия будут направлены на выявление отличий Cereibacter sphaeroides от Rhodovulum sp с точки зрения регуляции синтеза бактериохлорофилла а молекулярным кислородом с целью объединить высокую скорость роста C. sphaeroides и высокую концентрацию бактериохлорофилла у Rhodovulum sp в одном организме. 2. Особенности углеродного метаболизма и восполнения пула цикла трикарбоновых кислот у пурпурных бактерий при росте на ацетате. Это направление возникло из того, что ацетат является частым продуктом брожения при разложении органических отходов, а пурпурные бактерии растут на нем с пониженной скоростью. Увеличение скорости роста на ацетате может привести к повышению скорости выделения водорода. Будет также продолжено изучение роли HydSL гидрогеназы в метаболизме пурпурной серной бактерии Thiocapsa bogorovii. 3. Изучение особенностей функционирования гидрогеназы T. bogorovii и практическая значимость фермента. 4. Нами разработана простая методика ориентированной иммобилизации гидрогеназы на углеродных электродах, позволяющая развивать максимальные мощности топливного элемента до 4 мВт/см2 при токах более 10 мА/см2. Однако уже сейчас видно, что максимальную мощность ограничивает не активность фермента и не его количество, способ сборки мембран-электродного блока топливного элемента. Решение этой задачи позволит оптимизировать технологию создания всего топливного элемента и существенно повысить эффективность его работы.