Микробное повреждение промышленных и бытовых объектов и материалов

Биоповреждения (биокоррозия) различных объектов и материалов имеют в своей основе как непосредственную микробную активность, так и агрессивные продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Микроорганизмы как группа обладают настолько широкими возможностями метаболизма, что практически любой материал может прямо или косвенно поддерживать их развитие. Это означает, что такой материал будет изменять свои свойства (часто в сторону ухудшения) под влиянием микроорганизмов, однако скорость процесса биокоррозии для разных объектов будет существенно различаться. Приведем лишь наиболее значимые примеры микробной биокоррозии.

Большой проблемой в нефтедобыче и производстве нефтепродуктов является биокоррозия трубопроводов и порча самого топлива. При транспортировании нефти по трубам на их внутренней поверхности образуется прочная пленка микроорганизмов. Она механически препятствует протоку и иод ней формируются очаги коррозии. Повреждение материала трубы происходит по нескольким причинам. Микроорганизмы сообщества биопленки относятся к разнообразным физиологическим группам, однако основными «агрессорами» считаются микробы, использующие в своем метаболизме соединения серы (тионовые бактерии и сульфатредукторы). Тионовые бактерии окисляют серу, содержащуюся в сырой нефти, и образуют серную кислоту. Сульфатредукторы, осуществляя анаэробное дыхание, выделяют сероводород, вступающий в реакцию с железом. Клетки судьфатредукторов находятся в биопленке в слое, тесно прилегающем к внутренней поверхности трубы, и их периплазматический ферментный комплекс способен окислять Fe° до реакционноспособного Fe²⁺. Двухвалентное железо связывается внеклеточно с сероводородом, полученным с результате сульфатного дыхания. Постепенное нарушение структуры металла приводит к разрыхлению стенки трубы и образованию отверстий в ней.

Нефть и нефтепродукты могут использовать многие микроорганизмы. Это представители дрожжей, псевдомонад, микобактерий, родококков и многие другие. Каждый микроорганизм потребляет определенный, свойственный только ему набор химических компонентов нефти, поэтому при развитии различных микробных сообществ изменения состава нефти будут разные. В хранилищах нефтепродуктов часто наблюдается рост на поверхности раздела фаз «вода — углеводород». Так растет, например, «керосиновый» гриб Cladosporium resinae.

Для борьбы с биокоррозией в нефтедобыче используют прежде всего сильнодействующие химические вещества-биоциды, замену металлических труб на более инертные пластиковые, облучение и механическую очистку труб и хранилищ. Все биоциды представляют собой очень ядовитые, экологически опасные вещества, а их действие имеет временный характер.

Порча произведений искусства и архитектурных памятников также в значительной степени происходит из-за биокоррозии. Микроорганизмы способны использовать натуральные компоненты красок в качестве питательных веществ для роста. Изменения картин, скульптур и каменных сооружений может происходить за счет выделения агрессивных продуктов (кислот, щелочей) и образования микротрещин при механическом внедрении гиф грибов и актиномицетов. Для борьбы с микроорганизмами в этих случаях применяют обработку различными ингибиторами, нанесение полимерных покрытий и соблюдение режима хранения (поддержание постоянной температуры, минимальной влажности, иногда бескислородных условий и т. д.).

Одна из современных проблем — это микробное загрязнение в электронной индустрии. Клетки микроорганизмов могут попадать на компьютерные чипы, уменьшая адгезию покрытий, что снижает время жизни транзисторов. В таких производствах применяют бидистиллированную, свободную от растворенных органических веществ и микроорганизмов воду, однако даже такая вода способна поддерживать микробный рост. Олиготрофные микроорганизмы могут расти при очень низких уровнях питательных веществ, вымытых из пластика трубок или адсорбированных из воздуха. Даже использование мембранных фильтров не гарантирует отсутствия микробного загрязнения, так как клетки нанобактерий способны проходить через фильтр с порами 0,22 мкм.