ИСТИНА

Проект направлен на решение методами мессбауэровской спектроскопии фундаментальной междисциплинарной научной задачи: изучение биогенных преобразований минералов железа и оксидов сурьмы, в результате которых образуются нано- и микрочастицы. В рамках данного проекта будут исследованы ранее неизученные объекты –продукты преобразования минералов железа (магнетита, ферригидрита, сидерита) и оксидов сурьмы экстремофильными микроорганизмали (накопительными культурами: Ectothiorodospira sp. + Geolkalibacter sp. + Natronincola sp. и термофильной накопительной культурой, выделенной из осадков термального источника Солнечный; синтрофной культурой бактерий Geoalkalibacter ferrihydriticus и Contubernalis alkalaceticum). Результаты исследования, позволят предложить способ биогенного создания магнитных проводящих наночастиц заданного размера для применения в экологии и медицине. Изучение продуктов преобразования минералов железа при росте экстремофильных бактерий имеет важное значение при моделировании процессов формирования железосодержащих минералов, протекавших в докембрийскую эпоху, и поиске аналогов этих процессов в современном биогеохимическом цикле железа. Изучение процессов восстановления токсичных оксидов сурьмы микроорганизмами поможет разработать методы очистки почв и подземных вод.

The project is aimed at solving a fundamental interdisciplinary scientific problem by means of Mössbauer spectroscopy methods: the study of biogenic transformations of iron minerals and antimony oxides, which resulted in formation of nano- and microparticles. Previously uninvestigated objects – products of iron minerals (magnetite, ferrihydrite, siderite) and antimony oxides transformations by extremophilic microorganisms (enrichment cultures: Ectothiorodospira sp. + Geolkalibacter sp. + Natronincola sp. and thermophilic enrichment culture isolated from the sediments of the thermal source of the Sun, a synthrophic bacteria culture of Geoalkalibacter ferrihydriticus and Contubernalis alkalaceticum) will be investigated in this project. According to results of this study, the method of biogenic production of adjusted size magnetic conducting nanoparticles for applications in ecology and medicine will be proposed. The study of the products of iron minerals transformation obtained during the extremophilic bacteria growth is important in modeling the formation of iron-containing minerals occurring in the Precambrian era and in searching analogs of these processes in the modern biogeochemical cycle of iron. The study of the toxic antimony oxides reducing processes by microorganisms will help to develop methods for purification of soils and groundwater.

1. Мессбауэровские спектры ядер 57Fe в структуре минералов железа контрольных (абиогенных) образцов и образцов, полученных в результате роста экстремофильных микроорганизмов: накопительных культур (Ectothiorodospira sp. + Geolkalibacter sp. + Natronincola sp. и термофильной накопительной культуры, выделенной из осадков термального источника Солнечный), синтрофной культуры бактерий Geoalkalibacter ferrihydriticus и Contubernalis alkalaceticum в присутствии магнетита, ферригидрита и сидерита. 2. Результаты модельной расшифровки мессбауэровских спектров исследуемых минералов в модели многоуровневой суперпарамагнитной релаксации с оценкой размера частиц. 3. Результаты мессбауэровского фазового анализа минералов среды микроорганизмов и образованных новых минеральных фаз. 4. Структурное и зарядовое состояние атомов железа в исследуемых минералах. Стехиометрия формирующихся частиц. Размер преобразованных микроорганизмами минералов и формирующихся наночастиц. 5. Мессбауэровские спектры ядер 121Sb в структуре оксидов сурьмы контрольных (абиогенных) образцов и образцов, полученных в результате роста Pyrobaculum arsenaticum. 6. Рамановские спектры оксидов сурьмы контрольных (абиогенных) образцов и образцов, полученных в результате роста Pyrobaculum arsenaticum. 7. Кинетика восстановления атомов сурьмы в структуре оксидов сурьмы при различном времени культивации микроорганизмов Pyrobaculum arsenaticum. 8. Доклады на конференциях и отправленные в печать статьи с результатами экспериментальных исследований и их интерпретацией. Полученные результаты позволят приблизиться к пониманию механизмов биогеохимической трансформации минералов, происходящей в естественных условиях донных отложений содовых озер. Изучение продуктов преобразования синтезированных минералов железа в результате роста микроорганизмов имеют важное значение для решения фундаментальных задач геохимии, связанных с моделированием процессов формирования железосодержащих минералов, протекавших в докембрийскую эпоху. Результаты исследований позволят предложить способ формирования магнитных наночастиц разного размера, образующихся в результате биогенного преобразования минералов железа. Такие частицы могут быть использованы для применения в экологии и медицине. Изучение кинетики восстановления микроорганизмами токсичных соединений сурьмы поможет разработать экологические методы очистки окружающей среды от токсичных соединений. Ожидаемые научные результаты будут получены впервые.

Мессбауэровские исследования при комнатной температуре и при 81К проводились нашим коллективом для образцов, полученных в результате роста микроорганизмов, в присутствии ферригидрита в минеральной среде. Наши предыдущие работы показывают эффективность применения методов мессбауэровской спектроскопии для изучения структурных особенностей минералов железа, полученных в результате роста микроорганизмов. Нам удалось установить, что в процессе восстановления бактерией Fuchsiella ferrireducens (штамм Z-7101Т) атомов Fe3+ в структуре синтезированного ферригидрита в присутствии этанола образуется как сидерит, так и магнитоупорядоченная фаза, которая является смесью гематита и маггемита. При этом, помимо крупных частиц гематита и маггемита наблюдается образование магнитных наночастиц, демонстрирующих суперпарамагнитное поведение. В процессе роста бактерии в присутствии ацетата происходит восстановление атомов Fe3+ в структуре ферригидрита с образованием сидерита. При этом магнитоупорядоченная фаза образуется в следовых количествах. Для образцов, полученных в процессе роста синтрофной алкалафильной культуры анаэробных бактерий Geoalkalibacter ferrihydriticus и Contubernalis аlkalaceticum на синтезированном магнетите и этаноле были проведены предварительные мессбауэровские измерения при комнатной температуре, удалось обнаружить образование малых частиц магнетита с одинаковой нестехиометрией, которая уменьшается с увеличением времени культивирования бактерий, также наблюдается образование новых минеральных фаз. Необходимы более детальные исследования, а также для оценки размеров формирующихся частиц необходимо провести исследования при низких температурах. Проведены предварительные измерения мессбауэровских спектров контрольного образца оксида сурьмы и образца, полученного в результате роста Pyrobaculum arsenaticum. Наблюдается восстановление атомов сурьмы в структуре оксидов сурьмы.