Проведен сравнительный анализ данных, полученных с использованием стандартных методов количественного определения углеводородов (экстракционный газо-хромато-масс-спектрометрический, экстракционный ИК-спектроскопический и экстракционно-гравиметрический), которые позволяют оценить степень биоремедиации почв, загрязненных нефтью. Различия в распределении стабильных изотопов углерода (13С/12) нефти и почвенного органического вещества были использованы в качестве природной изотопной “метки” этих веществ. Показано, что при оценке степени биоремедиации почв наиболее информативным методическим подходом является экстракционно-гравиметрический метод в сочетании с характеристиками изотопного состава углерода органических продуктов в почве до и после биоремедиации. В настоящее время этот подход можно рассматривать как единственный метод, который позволяет определить общее количество углеводородов и почвенного органического вещества в загрязненной нефтью почве, а также их содержание, остававшееся в почве после биоремедиации, и количество углеводородов, трансформированных микроорганизмами в органические продукты.

На примере потребления глюкозы почвенными бактериями Pseudomonas aureofaciens BS1393(pBS216) и Rhodococcus sp. 3-30, иммобилизованными на твердофазной поверхности (кварцевый песок), определены их ростовые показатели: скорость роста бактерий (время удвоения клеток), суммарная продукция СО2 и продукция из расчета на бактериальную клетку, лаг-период относительно потребления субстрата, дыхательный коэффициент. При росте бактерий P. aureofaciens и Rhodococcus sp. на глюкозе выявлены различия штаммов по параметрам: (1) лаг-периодов относительно внесенного субстрата (лаг-период около 4 ч для P. aureofaciens и около 26 ч для Rhodococcus sp.); (2) максимальной скорости продукции СО2 (около 50 мкг СО2 г-1 песка ч-1 для P. aureofaciens и около 8.5 мкг СО2 г-1 песка ч-1 для Rhodococcus sp.); (3) продукции СО2 из расчета на одну клетку (около 1.94 ? 10-9 мкмоль СО2 для P. aureofaciens и около 3.4 ? 10-9 мкмоль СО2 для Rhodococcus sp.). Показано, что кинетика изотопного состава метаболической СО2 определяется различием в изотопных характеристиках углерода продуктов в клетке: после внесения глюкозы в среду (подготовительная стадия метаболизма) отмечено использование внутриклеточных обедненных 13 продуктов (липидов), на стадии максимальной скорости роста клеток метаболизируется, главным образом, внесенная глюкоза, и на завершающей стадии после исчерпания субстрата в обмен включаются “запасенные” продукты – липидная фракция. При максимальной скорости потребления глюкозы определен коэффициент фракционирования изотопов углерода СО2 относительно органических продуктов микробного биосинтеза, который составляет величину = 1.009 ± 0.002.

Исследован углеводородокисляющий потенциал почвенной микробиоты и интродуцированных в почву углеводородокисляющих микроорганизмов на основе количественных и изотопных характеристик углерода продуктов, образующихся при микробной деградации нефти. Из сравнения скоростей продукции СО2 в нативной почве и почве, загрязненной сырой нефтью, обнаружено, что интенсивность микробной минерализации почвенного органического вещества (ПОВ) в присутствии нефти выше по сравнению с незагрязненной почвой, т.е., обнаруживается затравочное влияние (прайминг-эффект) углеводородов нефти. Показано, что количество углерода вновь синтезированных органических продуктов за счет потребленной нефти (биомасса клеток и экзометаболиты) значительно превосходит количество ПОВ, израсходованное на продукцию СО2. Обнаружено, что в результате микробиологических процессов в почве, загрязненной нефтью, наблюдается мощный поток углекислоты, поступающей в атмосферу.

Presented are the results of studying bacterial methane generation and oxidation in the body of solid domestic wastes dump and intensity of gas release into atmosphere. The investigation revealed active microbial degradation of organic wastes with a distinct biogeochemical zoning. Quantitative and qualitative composition of micro-organisms depends on the depth of horizon. Disintegration of organic components of warehoused foods by various microorganisms occurs with production of volatile and gaseous compounds (carbonic acid, methane and others). Anaerobic conditions set the scene for active production of biogas, major components of which are methane and CO2. The final process in the sequence of organics transformations within the body of solid domestic wastes dump is predominant production of CH4 and CO2 in the ratio of approximately 60 and 40%, respectively, and trace quantities of other volatile compounds. Active bacterial methane oxidation is evidenced by the 13C isotope increase in methane and decrease in carbonic acid. The developed model of animal and plant wastes management demonstrated efficiency of the system using frozen-dried preparations of microbial associations and its practicability in municipal economy.

The authors have developed a highly sensitive method of non-invasive diagnostics of Helicobacter pylori, the most frequent human infection. Detection of urease activity is based upon measurement of the degree of the elevation of stable 13C isotope content in exhaled air after administration of C-urea as a test reagent. The method has been scarcely applied in Russia because the test preparation, 13C urea had not been produced domestically until 2002. The method can be easily applied by any healthcare institution; however, it requires special equipment and trained personnel to perform measurement of 13C content in exhaled air samples using mass spectrometers. The article presents the first experience in clinical application of the method.

During alcohol fermentation, the carbon isotope composition of ethyl alcohol produced depended on the substrate used and was characterized by the value of delta 13C equal to -24.7 +/- 0.8/1000 (wheat grain), -22 +/- 0.1/1000 (rye grain), -22 +/- 0.5/1000 (products of wood hydrolysis), -15.3 +/- 0.3/1000 (maize grain) and -10 +/- 0.1/1000 (sugar cane). The isotope composition of carbon of ethyl alcohol obtained during catalytic hydroxylation of ethylene has a delta 13C of -30.6 +/- 0.3/1000. The possibility of quantitative determination of specific components in mixtures of ethanol samples with various isotope compositions (chemical synthesis and alcohol fermentation of raw material from C3- or C4-plants) was shown.

An important role of anaerobic formation of succinate in anoxic and hypoxic states and the activation of succinate oxidation under hypoxia were shown. It was concluded that, for maintaining the energetics of animal cells under conditions of oxygen deficiency, it is advisable to use substrates capable of participating in the anaerobic formation of succinate, whereas under hypoxia it is reasonable to use succinate itself.