Производство белка на водороде - Волова Т.Г.
Скачать (прямая ссылка):
РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОДЫ
Водородные бактерии в системах жизнеобеспечения могут выполнять не только роль регенатора атмосферы, но также и утилизатора продуктов обмена человека и регенерации воды. В условиях СЖО в бактериальное звено поступают продукты жизнедеятельности человека, и в нем происходят процессы трансформации веществ, приводящие к утилизации отходов и регенерации атмосферы и воды (рис. 41). Замыкание водного контура — необходимое условие для решения общей схемы массообмена СЖО. Для этого необходимо осуществить режим циркуляции среды в бактериальном культиваторе и включить в ее состав жидкие выделения человека.
Включить мочу в состав многократно используемой среды стало возможным после предварительно выполненных исследований, показавших способность водородных бактерий усваивать этот азотный субстрат в автотрофных условиях роста. Так как мочевина служит основным, до 95% азотсодержащим компонентом жидких выделений человека, естественно, возник вопрос о переработке их водородными бактериями. Принципиальная возможность использования Alcaligenes для этих целей показана в нескольких работах [Bongers, Кок, 1964; Lechtman е. а., 1964; Goldner, Dittman, 1968]. Известно также, что водородные бактерии в качестве азотного субстрата используют кроме мочевины другие компоненты мочи: аллантоин, гиппуровую и мочевую кислоты [Amman, Reed, 1967]. Установлено, что клетки Alcaligenes eutrophus, индуцированно сип-тезируя фермент уриказу, гидролизуют и ассимилируют мочевую кислоту как источник азота в автотрофных условиях роста, а также в качестве источника углерода и азота при гетеротрофном росте. Р. Виксом [Wixom е. а., 1972] показано, что бактерии A. eutrophus способны утилизировать микроазотсодержащие компоненты мочи: аминокислоты простой и сложной структур, алифатические амиды, низкомолекулярные пепти-
117
Рис. 41. Схема массообмена воды в СЖО с водородными бактериями.
ды, имидазол и его производные. Очевидно, что клетки водородных бактерий разрушают азотистые компоненты мочи подобно многим микроорганизмам: бактериям [Frank, Hahn, 1955; Campbell, 1955], дрожжам [De Carlo e. a., 1953] и микроводорослям [Amman, Lynch, 1964; Lynch e. a., 1964]. Отличие обмена азотистых соединений и водородных бактерий от других организмов состоит в том, что энергия для окисления и утилизации этих соединений может быть получена при окислении водорода.
Экспериментально исследована возможность длительного проточного культивирования A. eutrophus Z-1 в автотрофных условиях с использованием жидких выделений человека. Установлено [Кеслер и др., 1973], что водородные бактерии, применяя в качестве источника азота жидкие выделения человека, растут при удельной скорости роста, равной 0,370—0,400 ч-1-Клетки, синтезированные на этом азотном субстрате, имеют обычный биохимический состав с высоким содержанием полноценных белков. Рост бактерий проходит с высокой степенью переработки азотистых компонентов из мочи культурой бакте-
Н8
Таблица 33
Утилизация азотистых компонентов мочи проточной культурой A. eutrophus Z-1
Время, прошедшее с на- Общий азот Азот аммиака Мочевина Мочевая кислота Креати- нин
чала опыта, ч
В питательной среде, мг/л Const | 600 | 172 | 1,4* | 4,30 | 120
В околоклеточной среде, мг/л
1 169 37 7,8** 0,70 Сл
10 60 28 17,5 0,50 Нет
20 52 39 10,2 0,70 »
30 48 35 8,2 0,65 »
40 50 26 11,3 0,75 »
* г/л; ** 7/мл.
рий (табл. 33). Помимо мочевины и аммиака бактерии утилизируют из среды также мочевую кислоту и креатинин. Важно отметить, что при этом способность водородных бактерий окислять молекулярный водород не ухудшается. Коэффициент использования культурой энергии окисления водорода в опытах с применением жидких выделений человека практически не отличается от обычных условий (рост на среде с NEI4C1 и CO(NH2)2 и составляет 20—25%. Таким образом, введение мочи в состав повторно используемой среды в целом не должно осложнять процесс культивирования водородных бактерий накоплением в системе балластных азотсодержащих веществ органической природы.
Однако следует отметить, что помимо биогенных элементов (азот, фосфор, сера, калий, магний и др.) с продуктами обмена вносятся также натрий и хлор, которые не являются необходимыми для роста водородных бактерий и поэтому могут накапливаться в среде при ее рециркуляции.
Как было показано [Кеслер, 1974], рост Alcaligenes на среде, содержащей жидкие выделения человека, при рециркуляции практически не отличается от обычных условий культивирования (рост бактерий на однократно используемой среде с мочевиной в качестве источника азота). В эксперименте длительностью 63 ч (среда повторно использована 28 раз) удельная скорость роста бактерий и использование энергии окисления водорода составляли в среднем 0,45 ч-1 и 25% соответственно (рис. 42). При этом в среде накапливаются продукты метаболизма собственно водородных бактерий и хлористого натрия. Динамика накопления натрия и хлора рассмотрена при коэффициентах рециркуляции в 0,5 и 0,9, в обоих случаях — натрий накапливается в среде до определенных уровней, не сни-
