Бактерии-деструкторы помогут в очистке окружающей среды
Биохимики обнаружили сходные механизмы кодирования информации о ферментах деструкции бензоатов в ДНК разных бактерий. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Биохимия».
Бензоаты – соединения бензойной кислоты (C6H5COOH). Бензойная кислота – ароматическое (то есть содержащее в своей структуре бензольное кольцо C6H6) соединение, широко распространенное в окружающей среде. Бензоаты обладают противомикробными и противогрибковыми свойствами (обладают биодеградативной способностью): препятствуют размножению бактерий маслянокислого брожения, дрожжей, подавляют активность ферментов болезнетворных клеток. Благодаря своим антисептическим свойствам соединения бензойной кислоты получили широкое распространение в пищевой промышленности как природный консервант (группа E). Вредность бензоатов пока является дискуссионным вопросом, однако процесс разложения бензойной кислоты микроорганизмами можно считать «отправной точкой» в вопросе исследования способности бактерий разлагать другие, гораздо более опасные ароматические соединения.
Проблема очистки окружающей среды не теряет своей остроты на протяжении последних десятилетий. Биохимики вносят свой вклад в борьбу с загрязнением окружающей среды — занимаются поиском штаммов микроорганизмов с расширенной биодеградативной способностью. Бактерии способны разлагать вредные соединения благодаря наличию высокоспецифичных ферментов — белковых катализаторов, ускоряющих биохимические процессы в клетках. Исследования последних десятилетий показали, что микробы содержат большое разнообразие ферментов деградации, ответственных за разложение вредных химикатов.
Ученые исследовали способность двух представителей рода родококков, выделенных из территориально удаленных загрязненных почв разлагать бензоат в концентрации до 10 г/л, и показали стабильность клеток бактерий в природных условиях окружающей среды, а также при цикличных или катастрофических изменениях условий. Сравнительная характеристика позволяет сделать вывод, что данные ферменты в целом похожи друг на друга, в первую очередь это относится к субстратной специфичности (способность катализировать деструкцию определенного вещества).
Однако обнаруженные биохимиками из ИБФМ РАН особенности распространения генов биодеградации у бактерий указывают на то, что пути распространения этих генов среди микробов разных видов имеют гораздо большие ограничения, чем было принято считать ранее.
«Один из генов, кодирующих уникальный путь разложения токсичных хлорфенолов, до недавнего времени был обнаружен только у единственного штамма родококков – Rhodococcus opacus, — рассказала заведующая лабораторией энзиматической деградации органических соединений ИБФМ РАН, доктор биологических наук Людмила Головлева. — Сейчас практически не ставится под сомнение тот факт, что генетическая информация может передаваться от организма к организму с помощью различных мобильных генетических элементов. Однако проведенное нами исследование показало, что ген, кодирующий ключевой фермент деструкции 2-хлофенола, далеко не так широко распространен среди бактерий и обнаружен только у очень ограниченного круга бактерий-деструкторов».
Исследование биодеградативного потенциала бактерий может быть использовано не только в очистных сооружениях, но и при производстве биотоплива, например при разложении микробами целлюлозы. Природные штаммы обладают рядом несомненных преимуществ перед модифицированными — прежде всего это касается их устойчивости при неблагоприятных внешних условиях, поэтому изучение «естественных» бактерий не менее приоритетная задача, чем их генная модификация.