Mikrobiální procesy využívající anorganické látky anebo probíhající za anaerobních podmínek jsou tou formou látkové výměny, která je neprávem opomíjená z hlediska svého využití v technické ochraně životního prostředí. Tento projekt zaměřuje pozornost na lithotrofní metabolismus reprezentovaný skupinou mikroorganismů, které se pracovně nazývá Thiobacillus-like microorganisms. Aplikovaným výzkumem jejich metabolických možností vytváří předpoklady pro převod do podoby reaktorového systému LITHIM, jehož smyslem je biologicky imobilizovat toxické prvky v odpadních vodách v režimu on-site a in-situ. Druhou oblastí je vytvoření biodegradační technologie opřené o anaerobní metabolismus v přirozených podmínkách. Zaměřuje se na parametry, kterými lze aktivně podpořit biodegradační procesy. Součástí řešení je vývoj metodického aparátu pro charakterizaci, kvantifikaci mikroorganismů Thiobacillus sp. i mikrobiálních společenstev, která jsou nositeli biodegradačních schopností (zejména denitrifikace a sulfátové respirace). V obou případech je popsaný aplikovaný výzkum předpokladem úspěšné aplikace vedoucí k existenci takových technických řešení, která přispějí k tvorbě životního prostředí prostého kontaminace a to s využitím nízkonákladových technologických řešení. V řadě případů takzvaných starých ekologických zátěží je přitom existence takové nízko nákladové technologie jedinou ekonomicky uskutečnitelnou nadějí na jejich úspěšnou sanaci.
Rok 2014
V prvním roce řešení byl na základě požadavků shromážděn experimentální materiál (technologické a markerové mikroorganismy), který byl získán ze vzorků podzemních vod odebraných na lokalitách bohatých na S, N, Fe a/nebo Mn a anaerobní mikroorganismy z vhodných vzorků zemin. Po izolaci na selektivních médiích byly čisté kultury lithotrofních i anaerobních mikroorganismů uchovány pro následné experimenty a identifikaci. Jednotlivé izoláty byly zhodnoceny z hlediska čistoty, vitality a také morfologie buněk pomocí mikroskopických metod (stanovení živých a mrtvých buněk a vitální barvení). Jejich fyziologická aktivita byla ověřena v zařízení EcoPlate. K dlouhodobé konzervaci izolátů byla pro aerobní mikroorganismy využita lyofilizace, pro anaerobní mikroorganismy kryobanka B od firmy ITEST plus s.r.o.
V další fázi výzkumu byly provedeny vsádkové experimenty s T. denitrificans vázaného na sirných granulích, kdy se sledoval vliv vybraných organických látek na průběh denitrifikačních procesů bakterií T. denitrificans. Zároveň byla zahájena metodická příprava v rámci včasného zajištění podkladů pro návrh, konstrukci, výrobu a testování lithotrofního imobilizátoru LITHIM, který by měl mít podobu reaktorového systému, jehož smyslem je biologicky imobilizovat toxické prvky v odpadních vodách v režimu on-site a in-situ a který má být završen udělením užitného vzoru.
Při řešení problematiky imobilizace a vzorkování kultur byly vytvořeny a otestovány nosiče, které je použít k imobilizaci mikroorganismů a zároveň na vzorkování z lokalit. Byly testovány nosiče na bázi pyritu i nosiče na bázi nanovláken. Postupně vzniklo několik tvarových variant těchto nosičů a také modifikací samotných vláken a byly optimalizovány jejich biologicko – fyzikální parametry. Velkou výhodou těchto nosičů je jejich využití při dlouhodobé konzervaci (lyofilizaci) čistých kultur i mikrobiálních konsorcií z testovaných lokalit.
Rok 2015
Lithotrofní a anaerobní mikroorganismy, které byly izolovány ze vzorků z lokalit, byly identifikovány a použity k dalším experimentům. Výzkum byl zaměřen na systematické doplnění znalostí o aspektech metabolismu Thiobacillus-like mikroorganismů (TLM) se silným důrazem na jejich aplikaci v sanačních technologiích (např. obligátní/fakultativní charakter jejich lithotrofie/organotrofie, fakultativnost jejich heterotrofie, senzitivita vůči kovům ze skupiny toxických prvků apod.). Současně byly optimalizovány podmínky kultivace bakterií T. denitrificans a A. ferrooxidans, ověřeny schopnosti mikroorganismů kolonizovat vybrané nosiče a schopnosti sporulovat použitím barvící techniky dle Wirtze a Conklina. Testy imobilizace vybraných kovů u testovaných mikroorganismů ukázaly, že mikroorganismy neimobilizují kontaminanty přímo a je tedy nutné jít cestou nepřímou, tj. vyprodukovat pomocí mikroorganismů vhodné látky, kterou budou následně kontaminanty schopny srážet či vázat jinou formou.
V rámci problematiky anaerobní biodegradace ropných látek byly provedeny laboratorní testy na reálných vzorcích podzemní vody z lokality Litvínov. Cílem prací byla optimalizace kultivačních a dalších metod pro posouzení charakteru lokality a potvrzení přítomnosti denitrifikačních bakterií včetně jejich aktivity. Dále byly vyvinuty a implementovány metody kvantifikace vybraných mikrobiálních procesů pomocí qPCR. Tyto metody by měly být v dalším průběhu projektu použity pro odhad rozsahu a vývoje mikrobiálních procesů v laboratorních a poloprovozních experimentech a na lokalitách.
