Ключевые слова
ацидофильные микроорганизмы, биоокисление железа, биоокисление серы, сульфидные минералы, биогидрометаллургия, цветные и благородные металлы, переработка отходов металлургии, нитрификация, окисление аммония, геномика

Направления исследований

• Разнообразие ацидофильных микроорганизмов
• Разнообразия нитрифицирующих микроорганизмов
• Физиология и геномика микроорганизмов
• Оптимизация биогидрометаллургических технологий и разработка новых
• Разработка гидрометаллургических технологий переработки отходов металлургии

Основные методы исследований
С помощью имеющейся в лаборатории установки для проведения гидрометаллургических процессов в лаборатории проводятся технологические исследования. Лаборатория обладает полным набором оборудования, необходимого для проведения микробиологических исследований.

Краткая история лаборатории
Лаборатория, носящая с 1996 года название «лаборатории хемолитотрофных микроорганизмов», была образована в 1982 году и называлась «Лабораторией горных пород», затем была переименована в «Лабораторию микробной трансформации минералов». Возглавлял ее до сентября 2006 г. чл.-корр. РАН, д.б.н. Григорий Иванович Каравайко — создатель и многолетний руководитель ведущей научной школы «Рудная микробиология».

В соответствии с постановлением Правительства РФ от 27 февраля 2008 г. № 121 в составе авторского коллектива работы «Создание в условиях Крайнего Севера высокотехнологичного производства по добыче и переработке золотосодержащих руд при промышленном освоении месторождения «Олимпиадинское», представленной ЗАО «Полюс», чл.-корр. РАН, д.б.н., проф. Каравайко Г.И. удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники 2007 г. (посмертно). С 2007 г. заведующей лабораторией является д.б.н. Тамара Федоровна Кондратьева. С 2013 обязанности заведующего исполняет к.б.н. Александр Генрихович Булаев.

ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

В течение 30 лет основной особенностью лаборатории была и остается теснейшая связь фундаментальных и прикладных исследований. Изучается видовое и штаммовое разнообразие сообществ хемолитотрофных микроорганизмов в природных и техногенных экосистемах, особенности их фенотипических и генотипических свойств, роль в трансформации неорганических субстратов, а также разработаны фундаментальные основы новых биогеотехнологий получения цветных и благородных металлов из сульфидных руд, концентратов, промпродуктов горноперерабатывающей и металлургической промышленностей, обеспечивающих рациональное и комплексное использование сложных по составу твердых полезных ископаемых, для которых альтернативные технологии либо отсутствуют, либо нерентабельны, и очистки промышленных стоков и территорий от загрязнений цианидами, нитратами, тяжелыми и токсичными металлами.

Создана коллекция промышленно важных штаммов ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов. Внесен существенный вклад в совершенствование существующих технологий и разработку новых, комбинированных технологий выщелачивания цветных металлов и извлечения благородных металлов из сульфидных руд, концентратов и промпродуктов.

Основные научные достижения лаборатории:

• Лаборатория занимается оптимизацией биогидрометаллургических технологий и разработкой новых, а также изучением разнообразия ацидофильных микроорганизмов, используемых в биогидрометаллургии, а также нитрифицирующих микроорганизмов.
• Сотрудники лаборатории являются ведущими специалистами по разработке и оптимизации биогидрометаллургических процессов и лидерами в области микробиологии ацидофильных микроорганизмов, применяемых биогеотехнологии, в России, принимали участие научно-исследовательских работах по разработке новых и модификации известных биогеотехнологий получения цветных металлов и благородных металлов из сульфидных руд, концентратов и техногенных отходов. Разработан новый способ для интенсификации выщелачивания золотосодержащих сульфидных концентратов. Предложено включить в процесс окисления сульфидных концентратов первую стадию высокотемпературного химического окисления при температуре 70-80оС раствором трехвалентного железа и последующее биоокисление на второй стадии. Проведены предварительные исследования для разработки технологий переработки отходов обогащения и пирометаллургических производств. В ходе исследований продемонстрирована принципиальная возможность биовыщелачивания отходов обогащения и химического выщелачивания  отходов пирометаллургических производств. Остается нерешенными ряд технологических проблем: поиск доступного источника трехвалентного железа, проблема регенерации окислителя микробным окислением при высокой температуре, проблема селективного разделения цветных металлов и железа, что является необходимым в случае переработки отходов обогащения. Предложен способ интенсификации процесса биоокисления сульфидного сырья путем внесения в среду органических питательных веществ.
• У коллектива имеется большой опыт по изучению сообществ ацидофильных микроорганизмов с помощью выделения чистых культур и молекулярно-биологическими методами, а также по изучению физиолого-биохимических характеристик выделенных штаммов. Членами коллектива было выделено в чистые культуры более 50 штаммов представителей экстремофильных микроорганизмов, доминирующих в лабораторных и промышленных реакторах биовыщелачивания. Впервые выделены и описаны были такие микроорганизмы как Sulfobacillus thermosulfidooxidans, S. thermotolerans, S. sibiricus, Ferroplasma acidiphilum. В лаборатории были проведены работы по изучению механизмов генетической изменчивости ацидофильных микроорганизмов при адаптации к различным энергетическим субстратам. Была проведена работа по изучению биохимии метаболизма бактерий р. Sulfobacillus. С помощью метода создания библиотеки клонов генов 16S рРНК определен состав микробного сообщества и пульпы промышленных реакторов и впервые показано доминирование в сообществе вида Acidiferrobacter thiooxydans. Впервые для представителей семейства Ferroplasmaceae на примере штамма Acidiplasma MBA-1 продемонстрирована способность к окислению элементной серы. Были проведены работы по секвенированию геномов штаммов штаммов Acidiplasma MBA-1, A. aeolicum VT, A. cupricumulans BH2T, что было сделано впервые  для представителей этого рода. Совместно с ИФХМ РАМН проведено секвенирование генома типового штамма Sulfobacillus thermotolerans.
• Сотрудники лаборатории внесли решающий вклад в изучение разнообразия нитрифицирующих микроорганизмов. Выделены и изучены были  такие микроорганизмы как Nitrospira moscoviensis,  первые известные умеренно-термофильные нитрифицирующие микроорганизмы «Candidatus Nitrosophaera gargensis» и «Candidatus Nitrosotenuis uzonensis».
• На часть разработок получены отечественные патенты.
• Исследования сотрудников лаборатории были поддержаны программами Президиума РАН, грантами РФФИ, Президента Российской Федерации, субсидиями Минобрнауки (в рамках мероприятия 1.2). В лаборатории было выполнено более 10 хоздоговоров с предприятиями РФ и СНГ по оптимизации и разработке биогидрометаллургических технологий.
• Сотрудники лаборатории ежегодно участвуют в различных отечественных и международных мероприятиях в качестве экспертов, докладчиков и слушателей.
• В лаборатории постоянно ведется работа с молодежью и проводится работа по подготовке молодых специалистов. За время существования Лаборатории по тематике исследований были защищены более 10 кандидатских диссертаций.

СОСТАВ ЛАБОРАТОРИИ

УНИКАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

1. Ehrich S., Behrens D., Lebedeva E., Ludwig W., Bock E. A new obligately chemolithoautotrophic, nitrite-oxidizing bacterium, Nitrospira moscoviensis sp. Nov. And its phylogenetic relationship. — Archives of Microbiology, 1995, v. 164. № 1. p. 16-23. (DOI: 10.1007/BF02568729)
2. Golyshina O.V., Moore E.R.B., Abraham W.-R., Lünsdorf H., Timmis K.N., Yakimov M.M., Golyshin P.N., Pivovarova T.A., Karavaiko G.I., Kondrat’eva T.F. Ferroplasma acidiphilum gen. Nov., sp. Nov., an acidophilic, autotrophic, ferrous-iron-oxidizing, cell-wall-lacking, mesophilic member of the Ferroplasmaceae fam. Nov., comprising a distinct lineage of the archaea. — International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2000, v. 50. № 3. p. 997-1006. (DOI: 10.1099/00207713-50-3-997)
3. Меламуд В.С., Пивоварова Т.А., Турова Т.П., Колганова Т.В., Осипов Г.А., Лысенко А.М., Кондратьева Т.Ф., Каравайко Г.И. Новая умеренно термофильная бактерия Sulfobacillus sibiricus sp. Nov. — Микробиология. 2003, т. 72. № 5. с. 681-688 (DOI: 10.1023/A:1026007620113)
4. Lebedeva E.V., Alawi M., Bock E., Spieck E., Fiencke C., Namsaraev B. Moderately thermophilic nitrifying bacteria from a hot spring of the baikal rift zone. — FEMS Microbiology Ecology. 2005, v. 54. № 2. p. 297-306 (DOI: 10.1016/j.femsec.2005.04.010)
5. Karavaiko G.I., Bogdanova T.I., Tourova T.P., Kondrat’eva T.F., Tsaplina I.A., Egorova M.A., Krasil’nikova E.N., Zakharchuk L.M. Reclassification of ‘Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. Thermotolerans’ strain k1 as Alicyclobacillus tolerans sp. Nov. and Sulfobacillus disulfidooxidans dufresne et al. 1996 as Alicyclobacillus disulfidooxidans comb. Nov., and emended description of the genus Alicyclobacillus. — International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2005, v. 55. № 2. p. 941-947 (DOI: 10.1099/ijs.0.63300-0)
6. Bogdanova T.I., Tsaplina I.A., Kondrat’eva T.F., Melamud V.S., Tourova T.P., Karavaiko G.I., Duda V.I., Suzina N.E. Sulfobacillus thermotolerans sp. Nov,. A thermotolerant, chemolithotrophic bacterium. — International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2006, v. 56. № 5. p. 1039-1042 (DOI: 10.1099/ijs.0.64106-0)
7. Hatzenpichler R., Stoecker K., Daims H., Wagner M., Richter A., Lebedeva E.V., Spieck E. A moderately thermophilic ammonia-oxidizing crenarchaeote from a hot spring. — Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America, 2008, v. 105. № 6. p. 2134-2139 (DOI: 10.1073/pnas.0708857105)
8. Fomchenko N.V., Muravyov M.I., Kondrat’eva T.F. Two-stage bacterial-chemical oxidation of refractory gold-bearing sulfidic concentrates. — Hydrometallurgy.  2010, 101. № 1-2. P. 28-34 (DOI: 10.1016/j.hydromet.2009.11.009)
9. Lebedeva EV, Hatzenpichler R, Pelletier E, Schuster N, Hauzmayer S, Bulaev A, Grigor’eva N.V., Galushko A., Schmid M., Palatinszky M., Paslier D.L. , Daims H., Wagner M. Enrichment and genome sequence of the group i.1a ammonia-oxidizing archaeon «Ca. Nitrosotenuis uzonensis» representing a clade globally distributed in thermal habitats. — PLoS ONE, 2013, 8 (11): e80835 (DOI: 10.1371/journal.pone.0080835)
10. Muravyov M.I., Bulaev A.G., Kondrat’eva T.F. Complex treatment of mining and metallurgical wastes for recovery of base metals. — Minerals Engineering.  2014., v. 64.  p. 63-66 (DOI: 10.1016/j.mineng.2014.04.007)
11. Daims H., Lebedeva E., Pjevac P., Han P., Herbold C., Albertsen M., Jehmlich N, Palatinszky M., Jierheilig J., Bulaev A., Kirkegaard R., von Bergen M., Rattei T., Berndinger B., Nielsen P., Wagner M. Complete nitrification by Nitrospira bacteria // Nature. 2015. 528 (7583). P. 504-509
12. Kits K.D., Sedlacek C.J., Lebedeva E.V., Han P., Bulaev A., Pjevac P., Daebeler A., Romano S., Albertsen M., Stein L.Y., Daims H., Wagner M.           Kinetic analysis of a complete nitrifier reveals an oligotrophic lifestyle // Nature. 2017. V. 549. Is. 7671. P. 269-272.в
13. Fomchenko N.V., Muravyov M.I. Effect of sulfide mineral content in copper-zinc concentrates on the rate of leaching of non-ferrous metals by biogenic ferric iron // Hydrometallurgy. 2019. V. 185. P. 82-87
14. Muravyov M., Panyushkina A. Distinct roles of acidophiles in complete oxidation of high-sulfur ferric leach product of zinc sulfide concentrate // Microorganisms. 2020. Т. 8. № 3. 386
15. Muravyov M., Panyushkina A., Bulaev A., Fomchenko N. Biobeneficiation of bulk copper-zinc and copper-nickel concentrates at different temperatures // Minerals Engineering. 2021. V. 170. 107040
16. Bulaev A., Nechaeva A., Elkina Y., Melamud V. Effect of carbon sources on pyrite-arsenopyrite concentrate bio-oxidation and growth of microbial population in stirred tank reactors //  Microorganisms. 2021. Т. 9. № 11.  2350
17. Panyushkina A., Bulaev A., Belyi A.V. Unraveling the central role of sulfur-oxidizing acidiphilium multivorum lms in industrial bioprocessing of gold-bearing sulfide concentrates // Microorganisms. 2021. Т. 9. № 5.984

1. Проведение лабораторных испытаний по извлечению цветных и благородных металлов из различного сырья с помощью реакторного или кучного выщелачивания (в том числе биовыщелачивания)
2. Проведение исследований по анализу и созданию микробных ассоциаций, используемых в биотехнологических процессах