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