Сбор образцов грунта на поле возле завода № 19 в Хейзелвуде. Автор: Кевин Лоренци/Научный колледж Меллона, Университет Карнеги-Меллона.
На месте бывшего сталелитейного гиганта в Питтсбурге ученые обнаружили необычное наследие индустриальной истории. Бактерии, десятилетиями жившие в загрязненной почве, приспособились использовать некоторые токсичные вещества в качестве источника питания. Теперь ученые хотят выяснить, можно ли превратить этих микроскопических «санитаров» в инструмент для очистки заброшенных промышленных пространств. Материал об исследовании опубликовал научно-популярный портал The Conversation.
Речь идет о Хэйзелвуд Грин (Hazelwood Green) — участке площадью около 72 га на берегу реки Мононгахила. Более ста лет здесь работали сталелитейные предприятия, в том числе Jones & Laughlin Steel Co. В период расцвета производство обеспечивало работой тысячи людей и помогло Питтсбургу получить прозвище «стального города». Но потом заводы закрылись и оставили химический след: в почве обнаруживали нефтяные углеводороды, тяжелые металлы и ароматические соединения — бензол (benzene), толуол (toluene), этилбензол (ethylbenzene) и ксилол (xylene). В англоязычной литературе участники этого «квартета» обозначаются сокращением BTEX. Все ароматические углеводороды токсичны и канцерогенны.
Специалист берет образцы почвы на месте бывшего металлургического завода в пригороде Питтсбурга (штат Пенсильвания). Кевин Лоренци, Научный колледж Меллона, Университет Карнеги-МеллонаЗагрязнение стало для микробов суровой школой эволюции
Пока люди десятилетиями пытались избавиться от ядовитого промышленного наследия, бактерии занимались своим делом. В загрязненной среде выживали микроорганизмы, способные переносить опасные соединения, а некоторые научились еще и разбирать их на части и использовать в обмене веществ.
Исследователи из Университета Карнеги-Меллон проверили, насколько далеко зашла эта адаптация. Они взяли керны почвы — цилиндрические образцы, позволяющие изучать хронологически разные слои грунта, — а затем извлекли из них ДНК и провели метагеномное секвенирование. Такой подход дает возможность изучать не отдельную выращенную в лаборатории бактерию, а целое микробное сообщество.
Ученых особенно заинтересовали гены, связанные с разрушением ароматических углеводородов. Исторические данные о загрязнении они сопоставили с современным составом микробных сообществ на разных глубинах.
Слева направо: студент первого курса Чарли Станчек, руководитель лаборатории Мара Кесслер, профессор Кэтрин Армбрустер и аспирантка Бетси Льюис работают с образцами почвы. Кевин Лоренци/Научный колледж Меллона, Университет Карнеги-Меллон.Но одной генетики исследователям было мало. Найденные бактерии проверили на практике, помещая их в питательную среду, где нет привычных источников углерода — сахаров и аминокислот. Вместо «еды» туда добавляли бензол, толуол, этилбензол или ксилол. Если микроорганизмы начинали расти, это означало, что они способны использовать загрязнитель как источник углерода.
Тысячи бактерий проверит робот
Перебирать микроорганизмы вручную было бы непосильной задачей. Поэтому команда обратилась к коллегам из AI Science Foundry — автоматизированной лаборатории университета Карнеги-Меллон, где роботизированные системы могут одновременно проверять тысячи видов бактерий и оценивать, насколько эффективно они разрушают загрязнители.
Кэтрин Армбрустер (слева) измеряет уровень газов, выделяемых химическими загрязнителями почвы. Кевин Лоренци, Научный колледж Меллона, Университет Карнеги-МеллонаПараллельно исследователи разработали общедоступный инструмент BTEXgenie. Он анализирует бактериальные геномы и ищет в них гены, потенциально отвечающие за разрушение промышленных загрязнителей. Такой подход позволяет сначала отобрать наиболее перспективных кандидатов по ДНК, а затем проверить их в лаборатории.
Первые результаты уже намекают на связь между историей загрязнения и составом микробного сообщества. В более загрязненных образцах оказалось больше бактерий, способных разрушать бензол, толуол, этилбензол, ксилол и более сложные полициклические ароматические углеводороды. При этом исследователи пока не утверждают, что найденные микроорганизмы уже готовы самостоятельно очистить бывший заводской участок. Работа продолжается.
Традиционная рекультивация загрязненной земли часто сводится к тому, чтобы выкопать грунт и спрятать его в другом месте либо закрыть сверху чистым слоем земли. Загрязнение при этом не исчезает, а за участком приходится наблюдать годами. Биоремедиация — очистка с помощью живых организмов — предлагает другой путь, но ее эффективность зависит от того, найдутся ли микроорганизмы, способные разлагать конкретные вещества именно в условиях конкретного участка.
Заброшенный завод в Питтсбурге (штат Пенсильвания).Идеи биоремедиации известны и по другим научно-прикладным исследованиям. Например, Hi-Tech Mail писал о двух видах бактерий, способных превращать углекислый газ в мрамор и разрушать ПЭТ-пластик. Другой пример — микробы, которые могут переводить растворенный токсичный уран в более стабильное соединение. А еще мы писали о перспективном методе ликвидации загрязнений с помощью бактерий и… восковой моли.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
