Новые исследования в биопленках: борьба с природой с природой

Инкрустация биообрастающих организмов на металлическую поверхность. Кредит: Мария Сальта

Биообрастающие организмы на пластической поверхности (мидии, водоросли и мшанки). Авторы: Мария Сальта Биообрастающие организмы на пластиковой поверхности (мидии, водоросли и мшанки). Авторы: Мария Сальта Биообрастающие организмы на пластиковой поверхности (мидии, водоросли и мшанки). Авторы: Мария Сальта Биообрастающие организмы на пластиковой поверхности (мидии, водоросли и мшанки). Кредит: Мария Сальта

Биообрастающие организмы на пластической поверхности (мидии, водоросли и мшанки). Кредит: Мария Сальта

Previous Next

Под блестящим лоскутом блюза и зелени скрывается сложный мир уникальных сообществ животных, разнообразные ландшафты и изменчивые условия. Океан также является одной из самых необыкновенных и увлекательных экосистем на планете - местом, которое может служить как источником проблемы, так и решением. В морском секторе примерно 56 миллионов долларов в год связаны с биологическим обрастанием только для ВМС США.

Покрытия с противообрастающим покрытием могут ежегодно сокращать миллионы тонн выбросов парниковых газов, но отрасль пока не находит эффективный метод, который также является экологически чистым. Доктор Мария Сальта, экологический микробиолог из Университета Портсмута в Великобритании, изучает, как способность природы самоочищаться может содержать секреты, которые нам нужны, чтобы продолжать двигаться, а статические структуры - беспорядочно. В случае успеха она не только сохранит миллионы морских перевозок, но и поможет защитить планету от дальнейшего воздействия токсичных веществ, из-за которых морские сообщества по-прежнему страдают от последствий сегодняшнего дня.


Противообрастающие покрытия ежегодно сокращают 384 млн тонн двуокиси углерода и 3,6 млн тонн диоксида серы. По оценкам Международной морской организации, без корректирующих действий и внедрения новых технологий противообрастания выбросы парниковых газов могут увеличиться к 2020 году примерно на 38 процентов до 72 процентов.

Более тридцати лет трибутилолово (TBT) был активным агентом в противообрастающих красках, широко используемых в морском секторе. Только в 1980-х годах он был признан одним из самых вредных веществ, сознательно введенных в морскую среду. TBT вызывал серьезный ущерб нецелевым животным в более широкой морской среде, таким как деформации в моллюсках и сообществах моллюсков, снижение роста водорослей и токсические эффекты у молодых рыб.

Доктор Мария Сальта является экспертом в области морских биопленок с особым исследовательским интересом к экологически чистым противообрастающим покрытиям. «До 2003 года морская промышленность использовала TBT, который был успешным, но очень токсичным веществом. Он действовал против нецелевых животных, и наряду со многими другими побочными эффектами он менял свой пол. Токсины из TBT накапливаются в воде и осадках, так как они были впервые использованы в промышленности в середине 60-х годов. Потребовалось более 30 лет, чтобы полностью его запретить, но к тому времени это уже нанесло необратимый ущерб ».

Исследование Сальты исследует решения, которые имитируют природные системы, чтобы остановить морской флот на корпусах кораблей. Ученые изучили в микроскопических деталях, что делает кожу китов, акул и некоторых других морских существ способными сдерживать ракушки, мидии и водоросли, которые прикрепляются к антропогенным структурам, оставленным в море в течение длительного периода времени. В то время как первый слой колонизации (биопленки) чрезвычайно важен, его часто игнорируют в исследованиях.

Сальта объясняет: «Биопленки (иначе слизь) являются первым слоем колонизации, состоящим в основном из диатомовых водорослей и бактерий. Многие люди считают, что этот слой первый формируется на поверхности, но также действует как источник пищи для крупных организмов, таких как споры и личинки, которые в конечном итоге крепко придают. Только биопленка может вызвать до 18 процентов штрафа за топливо с толщиной менее 1 миллиметра. Таким образом, это не только источник пищи, но и создает огромные проблемы, включая поверхностную шероховатость, которая влияет на гидродинамику судна, точечную коррозию и биокоррозию морских трубопроводов, аквакультуру и многое другое - не только корабли ».

Биообращение затрагивает все созданные человеком объекты в водной среде. Для Сальты найти решение означает, что она должна сначала найти способы удалить биопленку. «Удивительно, потому что это такое динамичное микросообщество с множеством разных организмов. На самом деле, для водорослей и ракушек, которые являются основной проблемой, когда речь заходит о судоходстве, морская промышленность действительно имеет некоторые способы справиться с этой проблемой. Они используют покрытия на основе силикона, очень похожие на антипригарные поверхности, найденные на наших сковородах. Присутствуют организмы, но когда корабль начинает двигаться, они падают. Это отличная тактика, но лучше работает на высоких скоростях и вовсе не эффективный для статических объектов. Кроме того, биопленка все еще там, что приводит к хаосу ».

Благодаря ее исследованиям, Сальта разработала ряд инновационных методов для тестирования различных противообрастающих покрытий, материалов и поведения обрастания в лаборатории, которые имитируют естественные условия. «До сих пор существовал пробел в этих методах, и во многих отношениях люди все еще используют базовые методы. Например, при тестировании материалов с необрастающими материалами ученые часто делают это в статической среде, хотя и информативны, t представляют реальную среду, так как биопленки всегда подвергаются воздействию потока. Даже если корабли не двигаются, есть приливы, поэтому они никогда не являются «статическими». Я разработал новый метод, который включает в себя гидродинамику, поэтому я могу видеть, что происходит, когда биопленки находятся под потоком, который будет более репрезентативным для окружающей среды. Я также разработал высокопроизводительные методы, которые определяют, как биопленки формируются непосредственно на экспериментальных и коммерческих покрытиях ». - сказала Сальта.

«Мы также теперь знаем, что биопленки предпочитают прикрепляться к некоторым поверхностям больше, чем другие. Проблема в том, что часто бактерии адаптируются - если вы изменили свойства поверхности, бактерии могут потенциально модифицировать себя для преодоления барьеров. Мы не знаем, как или почему и в какой степени микроорганизмы адаптируются в соответствии с поверхностью, поэтому в рамках моих исследований мы рассматриваем ассоциации видов и материалов. В последнее время появились новые результаты, и они выглядят захватывающими. Но прежде чем мы сможем предотвратить биологическое обрастание, нам сначала нужно понять биопленки - Почему эти микроорганизмы связаны с тем, где они прикрепляются и как? И тогда мы найдем решение параллельно с этим исследованием ».

Работа Сальты охватывает различные ракурсы, включая биомиметику и секвенирование следующего поколения «Когда мышцы очень молоды, белки могут помочь им оставаться безрезультатными, но решение не будет простым, поскольку задействованы как химия, так и биология. Например, морские водоросли не является полностью грязным, у него также есть бактерии. Итак, бактерии играют роль в сохранении водорослей, свободных от других организмов с биологическим обрастанием? Бывают случаи, когда это проявляется.

Большие морские животные также были рассмотрены из-за их относительно безвыходного существования. Новые технологии черпают вдохновение в форме поверхности, а также на морских организмах, таких как акула. Например, поверхность акулы работает гидродинамически, а «весы» помогают создавать небольшие вихри, которые теоретически работают, чтобы удержать бактерии от прикрепления, колонизации и формирования биопленок. Сальта объяснил, что эти технологии имеют определенный успех; однако они часто недолговечны, потому что биопленка может в конечном итоге сформировать слой поверх поверхности.