Ученые предложили избавляться от гнили с помощью «живой» и «мертвой» воды

Чтобы сберечь урожай от порчи, в сельском хозяйстве применяют различные моющие и дезинфицирующие средства. Но они часто не срабатывают, потому что гнилостные бактерии к ним привыкают. Микробы собираются в биопленки, которые очень сложно вывести, приходится применять все более сильные химикаты, механические и термические способы очистки. Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино предложили использовать для борьбы с биопленками анолит и католит, больше известные в народе как «живая» и «мертвая» вода. Их проект «Разработка экологически чистой системы обеззараживания объектов агропромышленного комплекса посредством электрохимически активированных растворов: архитектура, функция и дезинтеграция биопленок» поддержан Российским научным фондом в рамках конкурса «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых».

Биопленки образуются из различных бактериальных клеток, погруженных в межклеточный матрикс. В таком виде они представляют собой очень устойчивое сообщество, способное размножаться. Микробы в виде биопленок гораздо более живучие, устойчивы к агрессивным факторам внешней среды, способны сопротивляться действиям антибиотиков, дезинфекции, атакам иммунной системы организма.

«О причинах резистентности можно догадываться, но сложная пространственная организация биопленки и разнообразие заселяющих ее видов делают возможным выживаемость микроорганизмов в экстремальных условиях. Многоклеточный слой биопленки включает в себя бактерии, простейшие одноклеточные, грибы, которые кооперируются в симбиоз», - пишут авторы проекта в недавней публикации.

Многие заболевания человека происходят из-за биопленок, например стафилококковые инфекции, воспаление десен, холера, муковисцидоз, болезнь легионеров. Плоды и овощи при длительном хранении тоже поражает гниль, источником которой служат биопленки. Кроме того, биопленки разрушают поверхность, на которой они растут, поскольку выделяют химически агрессивные вещества. Есть много способов борьбы с биопленками, но ученые ищут еще более эффективные, недорогие, а главное — экологически чистые.

Биопленка образуется на влажной поверхности. Для ее роста важны свойства поверхности, окислительно-восстановительный статус раствора, кислотность, присутствие агрессивных молекул и другие факторы. Ученые из лаборатории функциональной гистохимии ИТЭБ РАН под руководством доктора биологических наук Александра Погорелова умеют выращивать биопленки в лаборатории. Они создали небольшую проточную установку, внутри которой в рециркуляционной трубке происходит образование биопленок из молочнокислых, пропионовокислых бактерий, стрептококков (Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus helveticus, Propionibacterium freudenreichii ssp. Shermani).

Зрелую биопленку обрабатывают различными дезинфектантами, и наблюдают с помощью сканирующего электронного микроскопа, как она разрушается. В предыдущих работах ученые выяснили, что обработка биопленки анолитом и католитом дает хороший результат. Анолиты и католиты получают, пропуская обычную пресную воду или растворы через аноды и катоды. Отсюда их название — электрохимически активированные водные растворы. Будучи в метастабильном состоянии, электрохимически активированные водные растворы проявляют бактерицидные свойства, а переходя в стационарное состояние, превращаются в обычную воду. Анолиты и католиты активно изучают с 1970-х годов. Одно время среди населения бытовало поверие, что «живая» и «мертвая» воды обладают целебными свойствами.

Ученые из ИТЭБ РАН планируют построить более сложный испытательный стенд, моделирующий условия в трубопроводе или молокопроводе, с застойными зонами. Они также намерены экспериментировать с биопленками на полимерных поверхностях (аналогах теплиц), на поверхностях сложной конфигурации, пористых поверхностях, аналогичных поверхностям овощей и фруктов.

«Будет разработана экологически чистая система обеззараживания сельскохозяйственных объектов посредством электрохимически активированных растворов с возможностью их комбинирования с электростатической обработкой», - так авторы проекта формулируют основную задачу исследования.

Литература:

Описание проекта http://рнф.рф/prjcard?rid=17-76-20014
Экспериментальное моделирование биопленки: структура, дезинтеграция и визуализация. Погорелова М.А., Кузнецов А.Л., Суворов О.А., Ипатова Л.Г., Погорелов А.Г. Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. 2017. № 144-2. С. 152-155.
https://elibrary.ru/item.asp?id=29937586
Pogorelov A. G. et al. Modeling, formation, destruction and scanning electron microscopy of biofilms //International journal of pharmaceutical research and allied sciences. – 2017. – Т. 6. – №. 1. – С. 145-152.
http://ijpras.com/vol6-iss1/IJPRAS-2017-6-1-145-152.pdf
Микробные биопленки: влияние электрохимически активированных водных растворов на микроструктуру полимерного матрикса. Погорелов А.Г., Ипатова Л.Г., Кузнецов А.Л., Суворов О.А., Левачева М.А. В сборнике: Современная наука: актуальные вопросы, достижения и инновации материалы международной (заочной) научно-практической конференции. Нефтекамск, 2017. С. 68-75.
https://elibrary.ru/item.asp?id=30051662
Микробные биопленки: механизмы образования и взаимодействия с окружающей средой, новые подходы к разрушению биопленок. Бахир В.М., Ипатова Л.Г., Суворов О.А., Погорелов А.Г. В сборнике: Пища. Экология. Качество Труды XIII международной научно-практической конференции. отв. за вып.: О.К. Мотовилов, Н.И. Пыжикова и др. 2016. С. 125-130.
https://elibrary.ru/item.asp?id=26033997
Релиз подготовлен Татьяной Пичугиной

Контакты для СМИ:
Пресс-служба ИТЭБ РАН: iteb-press@yandex.ru