Загрязнение водоёмов токсичными промышленными стоками представляет угрозу для здоровья людей и, естественно, для всей окружающей среды. Особенно это касается регионов с развитой горнодобывающей, перерабатывающей и химической промышленностью. Состояние многих водных ресурсов вызывает обеспокоенность; учёные ищут пути решения проблемы. В Тульском государственном университете (ТулГУ) совместно с химиками Института органического синтеза УрО РАН разработали метод использования дрожжей для определения уровня загрязнения водоёмов, сообщает Минобрануки.

Одной из экологичной и экономичной технологий считается утилизация вредных веществ с помощью микроорганизмов. Однако токсичные вещества промышленных стоков снижают активность живых систем. Ученые же предложили для них специальную защиту. Дрожжевые грибки способны эффективно разлагать опасные для человека токсины, но при этом сами страдают от воздействия ионов тяжелых металлов и ультрафиолета. Чтобы биофильтры работали дольше, учёные создали для них оболочку из кремниевого гидрогеля.

На возможное решение проблемы учёных ТулГУ вдохновили водоросли. Диатомовые водоросли — одноклеточные организмы, которые в процессе эволюции природных систем научились выстраивать на своей поверхности минерализованные панцири на основе композитов диоксида кремния (кремнезёма) и биоорганических молекул. Важнейшая функция таких систем — защита организмов и генетического материала своего вида от неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти водоросли неплохо приспособлены к самым разным экологическим условиям.

Учёные научились упаковывать микроорганизмы в искусственные оболочки из кремнезёма. Их исследования опубликованы ещё в 2015 году в одном из международных журналов, посвященном изучению, проектированию, разработке и применению биосенсоров и биоэлектроники. Однако тогда учёные столкнулись с проблемой: живые клетки в панцире кремнезёма были ограничены в своей жизнеспособности. Поэтому они обратились за помощью к уральским химикам, которые уже синтезировали гибридные молекулы диоксида кремния и органического полимера. Эти молекулы при взаимодействии с компонентами клеточных стенок микроорганизмов и водой способны формировать кремнеземсодержащие нанокомпозиты-гидрогели прежде всего на поверхности клеток.

В итоге команда разработала новый нанокомпозитный материал на основе биологического полимера, который позволил сделать «дрожжевой» датчик более эффективным за счёт достижения лучшего сопряжения клеток дрожжей с электрохимическим устройством. Анализ воды с помощью такого датчика займет 10–15 минут, что в разы быстрее стандартного лабораторного исследования – обычно не менее 5 суток. Это считается огромной проблемой для лабораторий, занимающихся экологическим мониторингом, так как к моменту получения результатов анализа в загрязнённых водах уже может произойти гибель флоры и фауны или попадание загрязнения в питьевые источники. Единственным способом значительно ускорить данный анализ является использование биосенсоров на основе живых клеток микроорганизмов.