Як мікроби очищають наші екологічні негаразди

Ця концепція називається біоремедіацією, і вона передбачає використання організмів, які або природно люблять їсти забруднення, або були генетично змінені, щоб надати їм смаку токсинів. Вчені розробляють або використовують мікроби для очищення місць від забруднень, таких як ПХБ, нафта, радіоактивні відходи, бензин та ртуть, і нові дослідження біомедиації регулярно з’являються.

Генетичне майстерність

В одному дослідженні, опублікованому нещодавно в журналі BMC Biotechnology, дослідники Інтер американського університету Пуерто-Рико модифікували бактерії E. coli (загальнолабораторні бактерії) з генами, які дозволяли мікроорганізмам не тільки виживати в ртуті, але й виводити її з місць відходів . Гени, про які йде мова, виробляють білки, що називаються металлотіонеїн та поліфосфаткіназа, які дозволяють бактеріальним клітинам розвивати стійкість до ртуті та накопичувати велику кількість важкого металу в організмі, тим самим ізолюючи його.

"Ртуть справді токсична, і немає природних організмів, здатних біореагувати ртуть", - говорить Оскар Руїс, один з провідних авторів дослідження. Однак є кілька організмів, які роблять його більш небезпечним. Вони перетворюють іонну або елементарну ртуть, яка викидається з промислових ділянок, таких як вугільні електростанції, у більш токсичну версію - метилртуть. Метилртуть може накопичуватися в рослинах і тваринах і є найбільш токсичною для тих, хто знаходиться у верхній частині харчового ланцюга.

Мета Руїза для його трансгенних бактерій полягає у тому, щоб вони секвестрували забруднення ртуттю до того, як природні бактерії зможуть перетворити їх на токсичну метилртуть. Модифіковані бактерії не будуть розпущені в дикій природі, оскільки існують суворі державні правила щодо викиду генетично модифікованих організмів у навколишнє середовище. Натомість ці бактерії виконують свою роботу у фільтрах, які можна доставити на забруднені місця та використовувати для фільтрації ртуті з води. Можливо, вони навіть зможуть відновити ртуть для використання в інших галузях промисловості. "Ртуть дуже важлива у багатьох-багатьох галузях промисловості", - говорить Руїс.

Посилення природи

Створення генетично модифікованих мікробів, щоб виконувати нашу брудну роботу, дійсно корисно лише при роботі з такими забрудненнями, як ртуть, де немає відомих природних бактерій, здатних виконувати цю роботу. У більшості інших випадків біомедикаментозного лікування природа потребує лише трохи допомоги.

Бактерії, що харчуються забрудненням, найбільше натискають на великі розливи нафти, такі як Exxon Valdez та, нещодавно, катастрофа Deepwater Horizon. Наукові підприємці виливались із дерев’яних виробів, прагнучи долучити своїх супержирів, що живляться маслом, до очищення. Але насправді мікроби, які вже були там, мали фору. "Біоаугментація у відкритому середовищі насправді неефективна", - каже Кеннет Лі, дослідник канадського Департаменту рибного господарства та океанів, який має великий досвід дослідження біомедиації розливів нафти. Біоаугментація - це вид біоремедіації, який передбачає додавання організмів безпосередньо у відкрите середовище. Але мікроби, які не пристосовані до навколишнього середовища, швидко гинуть, просто забезпечуючи більше поживних речовин для корінних бактерій, щоб ними харчуватися. "Це надзвичайно дорогий спосіб виготовлення добрив", - говорить Террі Хазен, керівник Центру екологічних біотехнологій в університеті Берклі.

Замість того, щоб додавати організми в навколишнє середовище, часто найкращим способом позбутися хімічних забруднювачів є допомога бактеріям, які вже працюють. Візьміть витік Deepwater Horizon. Через природне просочування нафти на морське дно Мексиканської затоки там існують спільноти мікробів, які можуть розщеплювати нафту або, принаймні, її частини. Додавання поживних речовин у воду поблизу розливу нафти може сприяти зростанню цих популяцій бактерій. І це працює і для речей, окрім нафти. Деякі ранні роботи Хазена показали, що низькі дози метану, що вводяться в забруднені місця, можуть сприяти зростанню метанотрофів, організмів, які люблять метан, і виробляти ферменти, здатні розщеплювати хлоровані розчинники та до 300 інших сполук.

Розбити його

З очищенням нафтових розливів на основі бактерій є додатковий крок за межами додавання поживних речовин, які дають мікроорганізмам стимул. Наприклад, під час очищення "Глибоководного горизонту" реагувачі скидали вантажі хімічних диспергаторів, щоб спробувати розбити нафту в Мексиканській затоці. Однією з переваг такої дії є те, що воно розщеплює олію на шматочки, достатньо маленькі, щоб бактерії могли поїсти. "Коли бактерії атакують нафту, вони можуть атакувати лише з інтерфейсу вода-олія", - пояснює Лі. Коли розлив розпадається, площа його поверхні стає більшою, і мікробам легше ними бенкетувати.

Значна частина нафти Deepwater Horizon зникла швидше, ніж передбачали найперші прогнози. Отже, хоча на березі ще потрібно провести очищення, і повний вплив на морську екосистему може бути невідомий десятиліттями, мікроорганізми Перської затоки зіграли певну роль у очищенні частини розливу. А методи біоремедіації, що використовують як корінні, так і генетично модифіковані мікроби, продовжуватимуть привертати увагу як економічно ефективний спосіб очищення забруднень.