- •Родоначальник
- •Ученики — мнимые и подлинные
- •Последователи
- •Днк крупным планом
- •Образец упаковки молекулярных структур в клетке
- •Главный секрет — упаковка
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Порядок хаоса
- •Утраченные иллюзии и крепнущий оптимизм
- •Хронология «днк-логии»
- •Главная цель - клетка
- •И что же это значит?
- •Расширяя понимание природы
- •Что сулит миру наукоемкое сельское хозяйство?
- •Чего ждать от биотехнологии
- •Устоим ли против невежественных фанатиков?
- •Заключение
- •Об авторе
- •Зачем нам трансгенные растения
- •Накануне больших перемен
- •Генная инженерия и биоразнообразие
- •Что сделано
- •Что дальше
- •Проблемы внедрения
- •Ответственность перед обществом
- •«Золотой миллиард» или «золотой» рис?
- •Экскурс в историю и клеточную биологию
- •Экскурс в медицину и социологию
- •Экскурс в футурологию и этику
- •О еде и окружающей среде
- •Колорадский жук предпочитает не Колорадо, а Россию
- •Соя и хлопчатник
- •О «безопасности» и «экологической чистоте»
- •Перенос переносу рознь
- •Природные механизмы гпг
- •Гпг: опасности мнимые и подлинные
- •Бактерии и антибиотики
- •От растений — к бактериям
- •Не перенесем ли «что-нибудь» за обедом?
- •Почему же растет устойчивость к антибиотикам?
- •Могут ли обмениваться свойствами далекие виды?
- •«Горизонтальный» перенос — механизм эволюции
- •Паразитирование как высшая форма адаптации
- •«Вседозволенность» вирусного переноса
- •Ограничения все-таки есть
- •«Горизонтальный» перенос в эволюции
- •Эффективное средство биотехнологии
- •Почему об этом надо знать
- •Как бактерия «обманывает» растения, а ученые — бактерию
- •Как это выглядит на практике j
- •Стимул — трудности
- •Пушки вместо бактерий
- •Три «поколения» трансгенных растений
- •Основные трансгенные культуры в 2003 г. (% от общей площади посевов)
- •«Золотой» рис — манна земная
- •Что родится в дискуссии?
- •Доводы «против»
- •Мнение специалистов
- •: Общая позиция
- •Зачем все это
- •Надо набраться терпения
- •Что ж, вернемся к основной теме разговора. Итак, в борьб с органическими загрязнителями мы можем рассчитывать на по мощь наших друзей-микробов. Как же все это выглядит на прагс тике?
- •Их тоже запахивают в почву?
- •В заключение — несколько слов о проблемах и перспекти- I вах этого направления, вселяющего надежду на то, мы победим за- I грязнения, а не они нас.
- •Биоремедиация
- •Биодеградация
- •Носители информации
- •Эволюция генетических систем деградации ксенобиотиков
- •Интродукция биодеструкторов
- •Новый этап
- •«Шоковая терапия» для генной терапии
- •Альтернатива смерти — лечение, связанное с риском
- •«Почему» и «как» современной генетики
- •Аргументы и факты
- •Вредны ли гм-продукты?
- •Пестициды и генная инженерия
- •Распространение измененных генов
- •«Притянутые» проблемы
- •Кредо — безграмотность
- •О чем не сказано
- •Об организации общественных кампаний
- •РРавда рРопагандистов рРироды
- •Невинный грех простоты
- •Ложь во спасение
- •Великая битва с химерами
- •Рождение дьявола
- •Опасна ли генная инженерия?
- •Есть или не есть?
- •Спасет ли мир биотехнология?
- •Табак без никотина
- •Листья превратим в цветы?
- •Светящийся от жажды
- •Вакцины из гм-растений
- •Витаминный салат с крысиными генами
- •Лучше поздно, чем никогда
- •Словарь специальных терминов*
- •Часть 1. Методическое пособие для учителя. — м., 2002. 88 с. Часть 2. Рабочая тетрадь. — м., 2002. 160 с. Ббк т4.200.50
Носители информации
Деградацию органических соединений у бактерий чаще всего контролируют плазмиды. Их называют плазмидами деградации, или D-плазмидами. Они разлагают такие соединения, как салицилат, нафталин, камфора, октан, толуол, ксилол, бифенил и т. д. Большинство D-плазмид выделено в почвенных штаммах бактерий рода псевдомонад (Pseudomonas). Но есть они и у других бактерий: Alcaligenes, Flavobacterium, Artrobacter и т. д. У многих псевдомонад обнаружены плазмиды, контролирующие устойчивость к тяжелым металлам. Почти все D-плазмиды, как говорят специалисты, конъюгативны, т. е. способны самостоятельно переноситься • клетки потенциального реципиента.
D-плазмиды могут контролировать как начальные этапы разрушения органического соединения, так и полное его разложение. К первому типу относится плазмида ОСТ, контролирующая окисление алифатических углеводородов до альдегидов. Содержащиеся в ней гены управляют экспрессией двух ферментов:
123
гидроксилазы, переводящей углеводород в спирт, и алкогольд гидрогеназы, окисляющей спирт в альдегид. Дальнейшее оки ление осуществляют ферменты, за синтез которых «отвечаю1! гены хромосом. Впрочем, большинство D-плазмид принадлежи ко второму типу.
Эволюция генетических систем деградации ксенобиотиков
Большая часть ксенобиотиков появилась в окружающей среде в п следние 30-40 лет. Тем не менее в природе уже существуют микроо ганизмы, способные к их «утилизации». Это говорит о том, ч в популяциях природных микроорганизмов достаточно быстро пр исходят генетические события, определяющие эволюцию (точне микроэволюцию). Поскольку ксенобиотиков становится все больш важно иметь хотя бы общее представление о метаболических возмож ностях микроорганизмов.
Бактерии могут приобретать способность к переработке новых с единений в результате мутаций. Как правило, для этого требуется н сколько последовательных мутаций.
Подчас для разложения устойчивого галогенорганического соед нения нужна генетическая информация, находящаяся в клетках ра ных микроорганизмов. Происходит такой обмен информацией счет горизонтального переноса генов.
Скорость подобной эволюции зависит от концентрации ксен биотика в природной экологической нише. Микроорганизмы ра лагают органические соединения, как правило, утилизируя их flj развития своих популяций. Когда содержание данного соединени в ареале растет, возникает селективный стресс и необходимое в развитии способности к утилизации этого соединения.
Итак, чтобы микроорганизмы «научились» разлагать ксеноб отик, им необходимы: доступ ко всей генетической информаци накопленной в микробном сообществе; возможность обмениватьс ею благодаря горизонтальному переносу между членами сообще тва, осуществляемому с помощью плазмид; селективное давлени на сообщество, стимулирующее способность к утилизации ксен биотика.
Подтвердить это удалось, получив микроорганизмы, разлагак щие 2,4,5-трихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4,5-Т). Эксперимен проводили в реакторе, где выращивали штаммы Pseudomonas putid с разными D-плазмидами. Добавили туда и образцы почв, содерж щих разные хлорорганические соединения. Сначала в качестве и точника углерода использовали камфору, салицилат, толуол, тр
124
Ьлорбензоат и т. д. Постепенно их концентрацию снижали, а •Концентрацию 2,4,5-Т повышали. Через полгода единственным источником углерода в ферментере была 2,4,5-Т, концентрация которой составляла 500 мкг/мл. Полученный в итоге штамм Pseudomonas cepacia (недавно его назвали Burkholderia cepacia) растет в среде с концентрацией 2,4,5-Т до 2 мг/мл, за 6 суток разлагая 97% субстрата.
Рыночные перспективы
По данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), потенциальный рынок биоремедиации составляет 75 млрд долл. Ускоренное внедрение биотехнологий для защиты окружающей среды вызвано, в частности, тем, что они гораздо дешевле других технологий очистки. По мнению ОЭСР, биоремедиа-ция имеет локальное, региональное и глобальное значение, и для очистки будут все шире применять как природные, так и ГМ-мик-роорганизмы.
Стимулы для микробов
В полной мере преимущество природных микроорганизмов при очистке от нефтепродуктов удалось продемонстрировать, когда после катастрофы танкера 5 тыс. м3 нефти вылилось в море у берегов Аляски. Около 1,5 тыс. км береговой линии оказалось загрязнено нефтью. К механической очистке привлекли 11 тыс. рабочих и разнообразное оборудование (это обходилось в 1 млн долл. в день). Параллельно для очистки берега в почву внесли азотное удобрение, что ускорило развитие природных микробных сообществ. Это в 3—5 раз ускорило разложение нефти. В итоге загрязнение, последствия которого, по расчетам, могли сказываться и через 10 лет, полностью устранили за 2 года, затратив на биоремедиацию менее 1 мля долл.
С соединениями хлора все сложнее. Многие химические компании ищут способы очистки от трихлорэтилена и полихлорбифени-лов. Но и в этом случае биоремедиация выглядит привлекательнее извлечения и сжигания загрязненной почвы (это раз в 10 дороже). Л чтобы сделать биодеградацию таких соединений более эффективной, нужны дополнительные исследования и разработки. Так, трихлорэтилен разлагается при дополнительном источнике углерода и дополнительной энергии для поддержания роста культуры микробов-деструкторов, а полиароматические углеводороды или хлорированные алифатические соединения — при добавлении токсичных фенола или толуола.
125