Перспективы и проблемы применения ацидофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans в добыче ценных металлов методом биовыщелачивания

Обзор представляет опубликованные в научной литературе данные о применении в биовыщелачивании ценных металлов ацидофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans, перспективных с точки зрения практического использования, а также анализ проблем их использования. Биогеотехнологические методы пригодны для добычи ценных металлов из минерального сырья с низким содержанием ценных стратегически значимых металлов из бедных руд, отвалов пустой породы или твердых техногенных отходов. Биовыщелачивание с применением микроорганизмов как основных металловыщелачивающих агентов является альтернативой выплавке металлов в случае, когда рудные материалы содержат менее 1% целевых металлов, а также классическому выщелачиванию в отношении снижения техногенной нагрузки на территории добычи металлов. Применение строгих ацидофильных железо- и сероокисляющих ацидофилов A. ferrooxidans основано на известных подходах для переработки сульфидного минерального сырья (например, руд и концентратов, содержащих ценные металлы), способности бактерий к различным типам взаимодействия с минеральной поверхностью, ведущей к переходу металлов в продуктивный раствор. Перспективным направлением биогидрометаллургии является применение A. ferrooxidans для добычи металлов из низкосортного минерального сырья различного генеза. В обзоре рассмотрены вопросы устойчивости A. ferrooxidans к тяжелым металлам и изученность применения молекулярно-генетических манипуляций в отношении A. ferrooxidans. Приведенные материалы могут представлять интерес для специалистов в области микробиологии и биогидрометаллургии в отношении учета физиологических особенностей A. ferrooxidans для их более эффективного применения при переработке минерального сырья природного и техногенного происхождения.

Ячкула А. А. Перспективы и проблемы применения ацидофильных бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans в добыче ценных металлов методом биовыщелачивания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 10. – С. 35–52. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_10_0_35.

Работа подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках Государственного задания FMRM-2026-0020.

Ячкула Алена Александровна — младший научный сотрудник, аспирант, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН, Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований» Российской академии наук (ФИЦ ПНЦБИ РАН), e-mail: a.yachkula@pbcras.ru, ORCID ID: 0000-0002-7396-8931.

1. Крюков В. А., Яценко В. А., Крюков Я. В. Редкоземельная промышленность — реализовать имеющиеся возможности // Горная промышленность. — 2020. — Т. 5. — С. 68—84. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-5-68-84.

2. Рациональное использование вторичных минеральных ресурсов в условиях экологизации и внедрения наилучших доступных технологий: монография / коллектив авторов; под науч. ред. д.э.н., проф. Ф.Д. Ларичкина, д.э.н., проф. В.А. Кныша. — Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2019. — 252 с. DOI: 10.37614/978.5.91137.417.4.

3. Kumar A., Lima A. T., Kirkelund G. M., Jensen P. E., Ottosen L. M., Funari V., Shemi A., Ndlovu S., Gomes H. I. Bioleaching: from natural ores to urban mines for sustainability, circularity, and carbon neutrality // Resources, Conservation and Recycling. 2026, vol. 227, article 108746. DOI: 10.1016/j.resconrec.2025.108746.

4. Блинов Н. И., Фесак А. А. Сравнение методов выщелачивания драгоценных металлов из упорных руд / Переработка природного и техногенного сырья: сборник научных трудов студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых Института металлургии и химической технологии им. С.Б. Леонова. — Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. — 300 с.

5. Watling H. R. The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides — A review // Hydrometallurgy. 2006, vol. 84, no. 1-2, pp. 81—108. DOI: 10.1016/j.hydromet.2006.05.001.

6. Ягафарова Г. Г., Кутлиахметов А. Н., Сафарова В. И., Кубарева С. Ю. Роль тионовых бактерий в выщелачивании металлов из породных отвалов на «Учалинском горно-обогатительном комбинате» // Георесурсы. — 2012. — № 6 (48). — С. 84—86. 

7. Wang X., Ma L., Wu J., Xiao Y., Tao J., Liu X. Effective bioleaching of low-grade copper ores: Insights from microbial cross experiments // Bioresource Technology. 2020, vol. 308, article 123273. DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123273.

8. Jones S., Santini J. M. Mechanisms of bioleaching: iron and sulfur oxidation by acidophilic microorganisms // Essays in Biochemistry. 2023, vol. 67, no. 4, pp. 685—699. DOI: 10.1042/EBC20220257.

9. Муравьёв М. И., Панюшкина А. Е., Меламуд В. С., Булаев А. Г., Фомченко Н. В. Химическое выщелачивание коллективных сульфидных концентратов раствором сульфата трехвалентного железа // Прикладная биохимия и микробиология. — 2021. — Т. 57. — № 4. — С. 380—387. DOI: 10.31857/S0555109921040115.

10. Levenspiel O. Chemical Reaction Engineering. 2nd ed. N.Y.: Wiley, 1972, 578 p.

11. Муравьёв М. И., Фомченко Н. В. Химическое выщелачивание низкокачественного цинкового концентрата биораствором трехвалентного железа // Прикладная биохимия и микробиология. — 2019. — Т. 55. — № 4. — С. 396—402. DOI: 10.1134/S0555109919040123.

12. Фомченко Н. В., Муравьёв М. И. Биовыщелачивание сульфидных концентратов с различным содержанием меди и цинка и оценка качества получаемых осадков // Прикладная биохимия и микробиология. — 2020. — Т. 56. — № 4. — С. 366—372.

13. Rohwerder T., Gehrke T., Kinzler K., Sand W. Bioleaching review part A: progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation // Applied Microbiology and Biotechnology. 2003, vol. 63, no. 3, pp. 239—248. DOI: 10.1007/s00253-003-1448-7.

14. Vera M., Schippers А., Hedrich S., Sand W. Progress in bioleaching: fundamentals and mechanisms of microbial metal sulfide oxidation — part A // Applied Microbiology and Biotechnology. 2022, vol. 106, pp. 6933—6952. DOI: 10.1007/s00253-022-12168-7.

15. Rodríguez Y., Ballester A., Blázquez M. L., González F., Muñoz J. A. Study of bacterial attachment during the bioleaching of pyrite, chalcopyrite, and sphalerite // Geomicrobiology Journal. 2003, vol. 20, no. 2, pp. 131—141. DOI: 10.1080/01490450303880. 

16. Tributch H. Direct versus indirect bioleaching // Hydrometallurgy. 2001, vol. 59. pp. 177—185. DOI: 10.1016/S0304-386X(00)00181-X.

17. Bomberg M., Miettinen H., Hajdu-Rahkama R., Lakaniemi A.-M., Anacki W., Witecki K., Puhakka J. A., Ineich T., Slabbert W., Kinnunen P. Indirect in situ bioleaching is an emerging tool for accessing deeply buried metal reserves, but can the process be managed? — A case study of copper leaching at 1 km depth // Environmental Technology & Innovation. 2023, vol. 32, article 103375. DOI: 10.1016/j.eti.2023.103375.

18. Шарипов С. Ш., Мухиддинов Б. Ф. Бактериальное выщелачивание сульфидных флотоконцентратов // Universum: технические науки. — 2020. — № 12-4 (81). — C. 97—100. DOI: 10.32743/UniTech.2020.81.12-4.97-100.

19. Silverman M. P., Lundgren D. G. Studies on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. I. An improved medium and a harvesting procedure for securing high cell yields // Journal of Bacteriology. 1959, vol. 77, no. 5, pp. 642—647.

20. Пронк Я. Т., Ван Дейкен Й. П., Бос П., Куенен Й. Г. Патент РФ RU2099412. Способ культивирования Thiobacillus ferrooxidans и способ извлечения не менее одного металла из труднообогатимой руды. Публ. 20.12.1997 (приоритет 06.05.1991 US 07/695,945).

21. Pronk J. T., Meijer W. M., Hazeu W., van Dijken J. P., Bos P., Kuenen J. G. Growth of Thiobacillus ferrooxidans on formic acid // Applied and Environmental Microbiology. 1991, vol. 57, no. 7, pp. 2057—2062. DOI: 10.1128/aem.57.7.2057-2062.1991.

22. Gumulya Y., Boxall N. J., Khaleque H. N., Santala V., Carlson R. P., Kaksonen A. H. In a quest for engineering acidophiles for biomining applications: challenges and opportunities // Genes (Basel). 2018, vol. 9, no. 2, article 116. DOI: 10.3390/genes9020116.

23. Valdés J., Pedroso I., Quatrini R., Dodson R. J., Tettelin H., Blake R., Eisen J. A., Holmes D. S. Acidithiobacillus ferrooxidans metabolism: from genome sequence to industrial applications // BMC Genomics. 2008, vol. 9, article 597. DOI: 10.1186/1471-2164-9-597.

24. Yachkula A., Rozova О., Abashina T., Vainshtein M., Grouzdev D., Bulaev A. Attempts to stimulate leaching activity of Acidithiobacillus ferrooxidans strain TFBk // Minerals. 2022, vol. 12, article 1051. DOI: 10.3390/min12081051.

25. Abashina T., Yachkula A., Shaikin A., Vainshtein M. Approaches to improve the bioleaching of arsenopyrite flotation concentrate with Acidithiobacillus ferrooxidans: comparison of two strains of different origin // Engineering Proceedings. 2024, no. 67, article 60. DOI: 10.3390/engproc2024067060.

26. Yachkula A., Kuvichkina T., Zvonarev A., Abashina T., Reshetilov A., Vainshtein M. Extremophilic bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans: substrate preference and response to arsenic compounds evaluated by oxygen consumption // Microbiology. 2026, vol. 95, no. 2, pp. 243—250. 

27. Киореску А. В. Интенсификация бактериально-химического выщелачивания никеля, меди и кобальта из сульфидной руды с применением микроволнового излучения // Записки Горного института. — 2019. — Т. 239. — С. 528—535. DOI: 10.31897/PMI.2019.5.528.

28. Dash J., Ojha R., Pradhan D. Progress in bioleaching and its mechanism: a short review // Discover Environment. 2025, vol. 3, article 238. DOI: 10.1007/s44274-025-00454-w.

29. Теляков Н. М., Дарьин А. А., Луганов В. А. Перспективы применения биотехнологий в металлургии и обогащении // Записки Горного института. — 2016. — T. 217. — С. 113—124.

30. Шаихова Д. Р. Перспективы использования Acidithiobacillus ferrooxidans в биовыщелачивании металлов из отходов производства // Известия вузов. Горный журнал. — 2019. — № 6. — С. 90—97. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-90-97.

31. Lane K. R., Jones S. E., Osborne T. H., Geller-McGrath D., Nwaobi B. C., Chen L., Thomas B. C., Hudson-Edwards K. A., Banfield J. F., Santini J. M. Bioleaching microbial community metabolism and composition driven by copper sulphide mineral type // Environmental Microbiology Reports. 2025, vol. 17, no. 6, article 70261. DOI: 10.1111/1758-2229.70261. 

32. Wang X., Ma L., Wu J., Xiao Yu., Tao J., Liu X. Effective bioleaching of low-grade copper ores: Insights from microbial cross experiments // Bioresource Technology. 2020, vol. 308, article 123273. DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123273.

33. Saldaña M., Jeldres M., Galleguillos Madrid F. M., Gallegos S., Salazar I., Robles P., Toro N. Bioleaching modeling — A review // Materials (Basel). 2023, vol. 16, no. 10, article 3812. DOI: 10.3390/ma16103812.

34. Адамов Э. В., Панин В. В. Биотехнология металлов: реальность и перспективы // Записки Горного института. — 2005. — T. 165. — С. 10—11.

35. Крылова Л. Н., Ким Е. А., Баланцева Е. Б., Ким А. К., Стародубцева В. Д. Патент РФ RU  2478127  C1. Способ извлечения металлов из силикатных никелевых руд. Публ. 27.03.2013. Бюл. № 9.

36. Канаев А. Т., Баймырзаев К. М., Семенченко Г. В., Канаева З. К., Советова Н. Ж., Токпаев К. М., Шемшеева Ж. Б., Умирбекова Ж. Т., Аманбаева У. И. Укрупненно-лабораторное бактериально-химическое выщелачивание золота из руды месторождения Бакырчик // Успехи современного естествознания. — 2017. — № 3. — С. 14—18.

37. Navarro C. A., von Bernath D., Jerez C. A. Heavy metal resistance strategies of acidophilic bacteria and their acquisition: importance for biomining and bioremediation // Biological Research. 2013, no. 46, pp. 363—371. DOI: 10.4067/S0716-97602013000400008.

38. Moya-Beltrán A., Beard S., Rojas-Villalobos C., Issotta F., Gallardo Y., Ulloa R., Giaveno A., Degli Esposti M., Johnson D. B., Quatrini R. Genomic evolution of the class Acidithiobacillia: deep-branching Proteobacteria living in extreme acidic conditions // ISME Journal. 2021, vol. 15, no. 11, pp. 3221—3238. DOI: 10.1038/s41396-021-00995-x.

39. Liu Z., Guiliani N., Appia-Ayme C., Borne F., Ratouchniak J., Bonnefoy V. Construction and characterization of a recA mutant of Thiobacillus ferrooxidans by marker exchange mutagenesis // Journal of Bacteriology. 2000, vol. 182, no. 8, pp. 2269—2276. DOI: 10.1128/JB.182.8.2269-2276.2000.

40. Liu W., Lin J., Pang X., Cui S., Mi S., Lin J. Overexpression of rusticyanin in Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC19859 increased Fe(II) oxidation activity // Current Microbiology. 2011, vol. 62, no. 1, pp. 320—324. DOI: 10.1007/s00284-010-9708-0.

41. Ramos-Zúñiga J., Gallardo S., Martínez-Bussenius C., Norambuena R., Navarro C. A., Paradela A., Jerez C. A. Response of the biomining Acidithiobacillus ferrooxidans to high cadmium concentrations // Journal of Proteomics. 2019, vol. 198, pp. 132—144. DOI: 10.1016/j.jprot.2018.12.013.

42. Jiang Y., Wu R., Zhang W., Xin F., Jiang M. Construction of stable microbial consortia for effective biochemical synthesis // Trends in Biotechnology. 2023, vol. 41, no. 11, pp. 1430—1441. DOI: 10.1016/j.tibtech.2023.05.008.

43. Großkopf T., Soyer O. S. Synthetic microbial communities // Current Opinion in Microbiology. 2014, vol. 18, pp. 72—77. DOI: 10.1016/j.mib.2014.02.002.

44. Brune K. D., Bayer T. S. Engineering microbial consortia to enhance biomining and bioremediation // Frontiers in Microbiology. 2012, vol. 3, article 203. DOI: 10.3389/fmicb.2012.00203.

45. Boase К., Santini T., Watkin E. Microbes of biotechnological importance in acidic saline lakes in the Yilgarn Craton, Western Australia // Frontiers in Microbiology. 2024, vol. 15, article 1308797. DOI: 10.3389/fmicb.2024.1308797.

46. Топычканова Е. И., Дементьева Н. А., Муллов В. М., Чикин А. Ю. Оптимизация технологии обогащения бедной технологически упорной золото-углеродсодержащей руды // Вестник Забайкальского государственного университета. — 2024. — Т. 30. — № 3. — С. 89—100. DOI: 10.21209/2227-9245-2024-30-3-89-100.