Архив   Авторы  

Чистая работа
Наука

Российские ученые обнаружили уникальных микробов-санитаров. Им "по зубам" и нефть, и фосфор, и пестициды, и ракетное топливо

Львовская "фосфорная" катастрофа доставила немало переживаний. Глядя на изуродованную аварией украинскую землю, каждый задавался вопросом: когда же она сможет оправиться от нанесенного урона? Данные исследователей на этот счет не радуют: чтобы экологическое равновесие почвы после химической аварии пришло в норму, может понадобиться до ста лет. Впрочем, ученые сумели поставить на службу прогрессу и такие "грязные" территории. Там они находят уникальные микроорганизмы, которым оказались "по зубам" самые разные химические вещества. Так что вместо экскаваторов и лопат спасатели очень скоро смогут применить всего лишь легкий душ с микробной суспензией.

Нефть насущная

"Когда в природу попадают несвойственные ей загрязнители, то поначалу бактерии просто защищаются от них", - говорит начальник отдела экологической биотехнологии НИЦ токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов Геннадий Жариков. Микробы создают собственные "защитные скафандры" - утолщают клеточные стенки, начинают вырабатывать ферменты, противодействующие пагубному воздействию загрязнителей. В результате выживают немногие. По данным ученых, количество полезной микрофлоры в почве, попавшей под действие вредных веществ, обычно уменьшается в тысячи раз. Однако природа не терпит пустоты. Поэтому на смену микробам, сумевшим защититься от опасности, приходит новое поколение микроорганизмов, которые уже не мыслят жизни без экологических "вредностей". Более того - они постепенно учатся питаться химическими загрязнителями. "Для этого микробы выделяют особые ферменты, - рассказывает Жариков. - Все происходит как в желудке человека: есть разные вещества, чтобы переваривать мясо и овощи, фрукты и хлеб". Для бактерий, выросших в условиях загрязнения, "хлебом насущным" могут стать и нефть, и пестициды, и ракетное топливо, и даже боевые отравляющие веществаЕ

Постепенно информация о происходящих изменениях накапливается в наследственном аппарате бактерии. Это происходит довольно быстро: "дети" и "внуки" микробов появляются каждые несколько часов. Эволюция не заставляет себя ждать. Получается, что за 20-30 лет на каком-нибудь заброшенном складе устаревших химических удобрений вырастает новая "раса" микроорганизмов. Ее свойства удивят даже повидавших многое микробиологов. "В экстремальных условиях могут селекционироваться особые бактерии, - говорит заведующий лабораторией Института биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН Алексей Леонтьевский. - Например, способные съесть не только химический загрязнитель, но и вообще всю почву, оставив один песок". Есть случаи, когда "выведенные" природой виды микробов становятся опасными для человека и могут размножаться внутри его организма. В работе "искателей бактерий" бывали случаи, когда штаммы микробов, найденные с таким трудом, после токсикологических испытаний тщательно уничтожались. "Существует Конвенция о запрете на разработки биологического оружия, к которой присоединилась и Россия, - говорит Геннадий Жариков. - Хранить такие штаммы и вести с ними работы нельзя, ведь в этом случае есть риск выпустить на свет бактериального монстра". Поэтому люди, работающие с необычными микробами, должны соблюдать особую технику безопасности. Часто это бывшие сотрудники оборонных институтов, которые привыкли иметь дело с самыми опасными микробами.

Из какого сора

Почему же биологи вообще занимаются этой грязной работой? Ведь современные исследователи, немного "перекроив" геном бактерии, в принципе уже способны создать микроорганизм с заданными свойствами. "Проблема в том, что "лабораторный" микроб, как правило, недолго сохраняет свои качества после того, как его поместят в дикую среду обитания", - говорит Леонтьевский. Еще бы: нам и не снилась та ожесточенная борьба за выживание, которую ведут члены любого микробного сообщества в природе, конкурируя между собой. Искусственный микроорганизм, выращенный в тепличных условиях, просто "сломается" среди закаленных бойцов. Он или исчезнет, или изменится. Совсем другое дело - бактерия, которая приобрела полезные свойства, победив своих соперниц. Ее можно культивировать годами, не боясь, что она изменится. А если так, то у ученых нет иного выхода, как, вооружившись лопатами и пробирками, "закапываться" в самые грязные уголки Земли.

Исследователи разыскивают старые заводы, нефтехранилища, заброшенные склады, набитые устаревшими химическими удобрениями. Посылают запросы в земельные комитеты и получают сведения о совхозах, на протяжении десятилетий использовавших пестициды. Для того чтобы найти штаммы бактерий, способные питаться ракетным топливом, гептилом, пришлось добыть информацию о местах аварий. "Например, в Тульской области лет 20 назад опрокинулась цистерна с гептилом, и топливо вылилось на землю, - рассказывает Жариков. - Все, что было можно, спасатели тогда собрали. Остальное закопали. Этот-то могильник нам и пришлось раскапывать в поисках бактерий".

Впрочем, добраться до подходящего загрязненного местечка и достать оттуда бактерии - еще полдела. Как из множества разных микробов выделить только те, у которых токсичное вещество вызывает аппетит? Сначала почву разводят в воде, потом этим раствором поливают специальную микробиологическую среду, в которой не растут обычные микробы. Размножаться здесь могут только те бактерии, для которых вредная "химия" съедобна. Но вдруг микроб недостаточно прожорлив? Поправимо и это. "Есть способы "разозлить" бактерию, сделав ее более активной, и даже слегка "подправить" ее вкусовые пристрастия", - рассказывает Алексей Леонтьевский. Потом подходящие штаммы долго проверяют в полевых условиях. С одной стороны, ученым важно узнать, как поведут себя отобранные бактерии среди природных "хулиганов", которые не дадут им расслабиться, с другой - хорошо бы понять, остановятся ли микробы, съев, например, всю нефть в почве, или пойдут дальше. "Представьте, что на обеденном столе есть и мясо, и овощи, и хлеб, и разные фрукты, - образно объясняет Жариков. - Но нам нужен микроб, который ел бы только груши. А в случае их отсутствия погибал". Найденных "гурманов" долго проверяют на безопасность. Лишь потом эти бактерии депонируют в коллекции промышленных микроорганизмов при Государственном научно-исследовательском институте генетики и селекции промышленных микроорганизмов. На самые ценные штаммы оформляют патенты. Гордость коллекции - два штамма аэробных бактерий, единственные в мире. Они позволяют "извести" в полевых условиях один из самых устойчивых и токсичных химических загрязнителей, входящий в черную дюжину веществ, которые представляют большую проблему при очистке почв, - полихлорбифенил (ПХБ). Эти штаммы и принесли российским исследователям славу в узком кругу микробиологов, занимающихся промышленными микроорганизмами.

Звездные штаммы

В свое время химики постарались на совесть, создавая полихлорбифенил, который до сих пор заливают почти во все трансформаторы. "Это вещество очень удобно использовать в технических целях, - говорит Геннадий Жариков. - Оно не горит, не разлагается, обычные микробы его тоже не берут". Сначала считали, что ПХБ безопасен. Позже тесты показали его высокую токсичность. Медицинская статистика тоже заставила специалистов бить тревогу. В 90-е годы прошлого века в Серпухове, где расположен завод "Конденсатор", выпускающий трансформаторы, даже заговорили об экологической катастрофе. Выяснилось, что средняя заболеваемость в некоторых районах города в 10 раз превышает обычную для промышленных зон. Росло количество случаев бесплодия. Специальное расследование показало, что виной всему ПХБ, которого было немало и в заводских помещениях, и в почве вокруг. "В Серпухов пригласили консультантов известной американской фирмы, занимающейся проблемами загрязнений, - рассказывает Жариков. - Они предложили единственный способ: собрать почву, в которую попал ПХБ, и сжечь". Серпуховчане заскребли в затылках: при сжигании ПХБ образуется в несколько раз более токсичный диоксинЕ

Спасение городу принесли ученые Центра токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов, расположенного там же, в Серпухове. Они в буквальном смысле откопали полезные микробы из грязи. Сначала выделили из почвы целых 100 штаммов бактерий и грибов, питающихся полихлорбифенилом. Но после тщательных проверок на токсичность оставили 12. Затем отбраковали еще 10. Оставшиеся два штамма и решено было использовать. В 2000 году ученые провели очистку почвы на двух загрязненных гектарах. Сначала наработали в специальных ферментерах культуру микроорганизмов и весной с помощью обычных тракторов распылили бактерии. Все, что требовалось, чтобы очистка не прекращалась, - регулярный полив. "Получилось так, что концентрация в почве ПХБ была неоднородна, в одних местах больше, в других меньше, - рассказывает Жариков. - Если еды для них было достаточно, они активно размножались, а там, где пищи не хватало, умирали". Когда по осени ученые подвели итог, он впечатлил самых отъявленных скептиков. Даже там, где предельно допустимая концентрация опасного вещества была превышена в сотни раз, микробы очистили почву до нормального уровня. Однако настоящую победу исследователи праздновали, когда местный санэпиднадзор выяснил, что риск заболеваемости населения раком после "микрочистки" почвы упал в 30 раз.

Знаменитые штаммы запатентовали в США в 2003 году, однако до сих пор они остались единственными, которые могут бороться с полихлорбифенилом. С российской разработкой способна посоревноваться только компания General Electric, у которой есть микробы, позволяющие очищать почву от ПХБ в закрытых ферментерах. Но и она явно проигрывает: для этого нужно снять грунт и вывезти его на завод для очистки. И только "наши" штаммы позволяют действовать просто: распылить бактерии в месте загрязнения и полить водой. При этом очистка обойдется всего в 200 долларов за гектар... "Русские" штаммы востребованы в мире. Ими интересуются в Европе, их ждут в Канаде. Недавно российские ученые выиграли международный тендер на очистку от ПХБ территории в США, под Сан-Франциско. "Наша технология была признана самой безопасной, - говорит Жариков. - Единственное препятствие заключалось в том, что территория для очистки принадлежит НАСА: на ней находятся шаттлы. А большая часть разработчиков российской технологии в свое время работала в закрытых оборонных биологических институтах. Так что Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США поосторожничало и не решилось их туда допускать". Впрочем, это не помешало сотрудничеству наших исследователей с Агентством по охране окружающей среды США.

Микробы против ПХБ - вовсе не единственная разработка российских ученых. Например, уже найдено множество штаммов, которым по силам справиться с нефтяными разливами. Бактерии будут бороться и с химическим оружием Второй мировой войны, затопленным в Балтике. Совсем скоро исследователи обещают найти управу и на устаревшие удобрения - фосфорорганические пестициды, которыми сейчас забиты многие склады в России, Болгарии, Белоруссии, на Украине. Сейчас ученые уже вышли на заключительную стадию проекта - они решают, какой из найденных штаммов бактерий рекомендовать к использованию. Кстати, скоро появится и "скорая помощь" для экологических аварий: сотрудники Института биохимии и физиологии микроорганизмов разрабатывают специальные ферменты - они раньше, чем бактерии, смогут разрушить загрязнители в случае экологических катастроф.

Ученые верят: наступит тот день, когда в арсенале каждого подразделения МЧС будет специальная укладка с пробирками. На случай любой экологической аварии здесь запасут особые микроорганизмы. Для нефти - свои, для соединений фосфора - свои... Специалисты смогут даже заранее подобрать штаммы микробов, подходящие для конкретных почв. Всего за два дня в любом ферментере можно будет "расплодить" бактерии, необходимые для обработки нескольких гектаров территории. Значит ли это, что ученые предлагают лозунг "Микробы, вперед!"? Вовсе нет. "Например, для начала уже сейчас необходимо разработать законы, определяющие применение подобных микроорганизмов на открытых территориях, - считает Жариков. - Пока их нет ни в России, ни во многих других странах. У нас, например, разрешение на использование микробов дают местные СЭС. А ведь такие технологии всегда потенциально опасны". Однако если мы хорошенько взвесим все за и против и четко пропишем все правила, то, глядя, как быстро управляются бактерии с "химией", загрязнившей землю, сможем сказать: "Чистая работа!"

Алла Астахова

Политика и экономика

Что почем
Те, которые...

Общество и наука

Телеграф
Культурно выражаясь
Междометия
Спецпроект

Дело

Бизнес-климат
Загранштучки

Автомобили

Новости
Честно говоря

Искусство и культура

Спорт

Парадокс

Анекдоты читателей

Анекдоты читателей
Яндекс цитирования

Copyright © Журнал "Итоги"
Эл. почта: itogi@7days.ru

Редакция не имеет возможности вступать в переписку, а также рецензировать и возвращать не заказанные ею рукописи и иллюстрации. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов. При перепечатке материалов и использовании их в любой форме, в том числе и в электронных СМИ, а также в Интернете, ссылка на "Итоги" обязательна.

Согласно ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ сайт ITOGI.RU относится к категории информационной продукции для детей, достигших возраста шестнадцати лет.

Партнер Рамблера