Растительность может очищать загрязнение с помощью бактерий
Озеленение однажды может очистить химические осадки разливов нефти и загрязнения воздуха.
Обладая метаболическим механизмом микробов, растения теперь могут переваривать полициклические ароматические углеводороды, вездесущие химические вещества, известные как ПАУ, которые выделяются из разливов нефти и оседают из смога. Растительность все еще находится на ранних стадиях развития, но ученые надеются, что она может действовать как бригада по очистке зеленых насаждений в будущих грязных средах. Исследователи говорят, что скрубберы на растительной основе могут стоить около одной десятой стоимости существующих методов очистки от загрязнений, таких как вредные ПАУ.
Соединенные Штаты ежегодно тратят миллиарды долларов на очистку опасных свалок. Глобальные затраты оцениваются в 50 миллиардов долларов. Расходы на работу, которая часто включает в себя раскопки загрязненной земли или закачку химических средств, часто приводят к тому, что свалки пустуют без какой-либо очистки.
Для более дешевого лечения ученые присмотрелись к биологическим моющим средствам. Некоторые микробы являются естественными пожирателями отходов, всасывая химические загрязнители и расщепляя их на части, образуя безвредные молекулы. Некоторые из этих бактерий использовались для очистки разливов нефти в морях, реках и даже в почве. Но заставить микробы жить в токсичных свалках и следить за их развитием может быть сложно. Многие растения также поглощают загрязняющие вещества, но они, как правило, подвержены отравлению, поскольку большинство из них не способны расщеплять вредные химические вещества.
Сельскохозяйственный исследователь Цюань-Хонг Яо и его коллеги из Шанхайской академии сельскохозяйственных наук решили эту проблему, вооружив растения бактериальными ферментами, расщепляющими загрязняющие вещества. Белки, которые они выбрали, закодированы в кластере из четырех генов, обнаруженных у Pseudomonas putida, почвенного микроба, расщепляющего ПАУ.
Другие исследователи уже вводили эти гены в растения, в том числе биохимик Мишель Сильвестр из Центра INRS - Института Армана-Фрапье в Лавале, Канада. Но есть камень преткновения, говорит Сильвестр: если производство белка не синхронизировано, эти ферменты не могут работать вместе, чтобы переваривать ПАУ. «Все, кто пытался, никогда не добивались успеха», - говорит Сильвестр.
Яо и его коллеги добились этого благодаря тщательной сборке четырех генов в один аккуратный генетический пакет. В качестве принимающих растений исследователи выбрали рис и цветущее растение под названием Arabidopsis thaliana, оба из которых обычно используются как морские свинки в исследованиях растений.
Растения переняли гены, скоординировали производство ферментов и расщепили фенантрен, распространенный загрязнитель ПАУ. Через 30 дней растения переварили до 50 процентов фенантрена в почве с шипами, сообщают Яо и его коллеги 9 октября в журнале Environmental Science & Technology..
«Это большое дело», - говорит химик-эколог Кристофер Редди из Океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе, изучающий разливы нефти. Генетический подвиг и успех в очистке лаборатории многообещающие, но он предупреждает, что до сих пор неясно, могут ли растения переваривать опасные отходы вне лаборатории.
Некоторые загрязняющие вещества, особенно сажа, образуют трудноразрушаемые химические комплексы, говорит он. Насколько хорошо растения будут расти на зараженных участках, также неизвестно.
Яо соглашается: «До использования этих трансгенных растений еще далеко». Он планирует проверить очищающий потенциал растений в реальных условиях.
Однако строгие правила в отношении генетически модифицированных растений в Соединенных Штатах и других странах могут затруднить использование этих экологически чистых средств, говорит ученый-эколог Шэрон Доти из Вашингтонского университета в Сиэтле. В своем исследовании восстановления ПАУ Доти вводит целые бактерии вместо инъекции бактериальных генов. По ее словам, эти микробные партнеры, называемые эндофитами, живут внутри растения, разрушая ПАУ и другие загрязняющие вещества.
С теми же бактериями, которые использовала группа Яо, кусты ивы и трава могут поглощать фенантрен в загрязненной почве, сообщают Доти и ее коллеги в журнале «Environmental Science & Technology» от 21 октября.
В совокупности новые данные, говорит она, показывают, что однажды растения смогут решить проблему загрязнения.