Анаэробная переработка органических отходов в полезные продукты (водород, метан и биоудобрение) — это многостадийный микробиологический процесс, в котором существует ряд термодинамически невыгодных реакций, лимитирующих скорость и стабильность всего процесса. Считалось, что протекание этих реакций возможно вследствие особых синтрофных взаимодействий на основе межвидовой передачи электронов через молекулы-посредники, такие как водород и формиат. Исследования последних 10 лет привели к экспериментальному подтверждению нового, так называемого прямого межвидового переноса электронов (Direct Interspecies Electron Transfer – DIET), при котором микроорганизмы обмениваются электронами напрямую от клетки к клетке с более высокой скоростью, чем через водород и формиат. В передовых мировых лабораториях, главным образом, США, Китая и Канады ведутся исследовательские работы в новой области – электромикробиологии, посвященной изучению механизмов DIET, с выходом на практическое применение. Несмотря на обширные практические свидетельства значительного (в разы) ускорения анаэробного разложения органического вещества с помощью DIET, изучение природы этого явления пока находится в зачаточном состоянии.

В ФИЦ Биотехнологии РАН за последние 3 года впервые в нашей стране получены важные экспериментальные данные по ускоренному анаэробному разложению коммунальных органических отходов за счет стимуляции процесса DIET электропроводящими материалами и электродами с постоянным электрическим током низкого напряжения. Перспективным представляется исследование применимости нового метода для ускоренной и стабильной анаэробной переработки с/х отходов, как растительных, так и животноводческих. Повышенное внимание предлагается уделить свиному навозу и особенно птичьему помету, которые во всем мире относятся к разряду «проблемных» для биотехнологической переработки из-за высоких значений рН, концентраций азота и содержания антибиотиков. В связи с бурным развитием свиноводства и птицеводства в России, переработка этих отходов является в настоящее время крайне актуальной задачей.

Планируемые исследования главным образом будут направлены на изучение тонких механизмов процесса DIET, лучшее понимание которых приведет к созданию усовершенствованных конструкций реакторов, которые способствуют процессу DIET, дополнительно стабилизируют анаэробное сбраживание при высоких нагрузках и в присутствии токсичных компонентов. В частности, с использованием метода FISH, секвенирования 16S рРНК, метагеномных и метатранскриптомных исследований накопительных культур и биопленок на электродах предстоит выявить наиболее многочисленных и метаболически активных представителей электроактивного сообщества и их пространственное распределение. С помощью атомно-силовой и трансмиссионной электронной микроскопии планируется получить данные о механизмах переноса электронов между клетками электроактивных микроорганизмов, что может привести к созданию новых конструкций электродов, обеспечивающих более эффективные электрические контакты для обмена электронами между микроорганизмами и микроэлектродами, что способствует развитию биоэлектрохимических технологий. Биологические компоненты, участвующие в переносе электронов, такие как нанометровые е-пили, могут предоставить новые (электронные) материалы или новые концепции для проектирования биомиметических материалов.

Применение разрабатываемой технологии обеспечит:

• создание технологического задела для широкомасштабного применения в России технологии высокоскоростной и стабильной анаэробной переработки сельскохозяйственных отходов в гибридных биореакторах нового поколения.  Внедрение новой технологии позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду от свиноводческих и птицеводческих хозяйств.
• получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции (биореакторы, новые конструкции электродов и др.) и продуктов с высокой добавленной стоимостью (метан, водород, биоудобрение).
• замещение импорта и обеспечение экспортного потенциала.