Деятельность человека приводит к различным загрязнениям природных сред, в том числе опасными веществами. Поэтому ученые из МФТИ и их коллеги получили культуру бактерий, способных нейтрализовать гептил (несимметричный диметилгидразин). Вещество используется как ракетное топливо, а при попадании в окружающую среду может вызывать у людей и других организмов повреждения ДНК, стимулирующие мутагенез и, как следствие, развитие рака и других болезней. Биотестирование с помощью биолюминесцентных сенсоров показало, что лучший результат дает сочетание бактерий Bacillus subtilis с проростками злака костреца безостого. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Bioremediation Journal.
Для оперативного отслеживания загрязнений природных сред — воздуха, воды, почвы и так далее — необходимы надежные и доступные методы тестирования. В отличие от химического анализа, основанные на живых системах методы позволяют оценивать не концентрации отдельных поллютантов (загрязнителей), а более важный интегративный признак — их биологические эффекты (токсичность).
Для решения таких задач коллектив исследователей МФТИ продолжает создавать биолюминесцентные сенсоры. Это генноинженерные штаммы бактерий, которые сигнализируют об изменении своего состояния изменением свечения. Например, становятся ярче в ответ на добавление опасного вещества, повреждающего ДНК.
В новом исследовании физтехи вместе с коллегами из Российского биотехнологического университета и Всероссийского НИИ сельскохозяйственной биотехнологии (Москва) обратились к проблеме гептила. Известный также как несимметричный диметилгидразин или 1,1-диметилгидразин, он уже десятки лет используется в качестве топлива для ракет.
Гептил загорается при контакте с окислителями (например, азотной кислотой), начиная бурную химическую реакцию и обеспечивая быстрый взлет. Однако с точки зрения экологии такое топливо оказалось большой проблемой. Оно регулярно попадает в окружающую среду при падении отработанных ступеней или нештатных ситуациях.
Хорошо известно генотоксическое действие гептила и его многочисленных производных, которые образуются на воздухе. Они повреждают ДНК, вызывая мутации. Те могут вызвать рак и другие неблагоприятные последствия для человека, животных и растений.
Физико-химические способы удаления разлитого гептила трудоемки и малоэффективны, что делает актуальным поиск новых методов биоремедиации загрязненных участков. То есть разрушения или удаления загрязнителя из почвы или водоемов с помощью живых существ.
Для начала ученые получили культуру бактерий, которые лучше всего для этого подходят. Они искали устойчивые к низким концентрациям гептила микробы в городских почвах.
Далее провели длительную селекцию бактерий в присутствии высоких концентраций этого опасного вещества. В результате в культуре остались только самые стойкие — их численность была стабильна и не сокращалась.
Секвенирование ДНК показало, что полученный штамм относится к хорошо изученной сенной палочки Bacillus subtilis. Бактерия, широко распространенная в почвах, уже нашла различные применения в биотехнологиях. Скорее всего, штамм KK1112 способен разрушать гептил — снижение его токсического эффекта показали с помощью чувствительных бактериальных lux-биосенсоров.
Наконец, исследователи проверили сочетание B. subtilis с проростками растений: костреца или костра безостого (Bromus inermis), люцерны изменчивой (Medicago varia) и тимофеевки луговой (Phleum pratense). Это неприхотливые дикорастущие растения, которые подходят для выращивания в засушливых условиях. Вроде экосистем вокруг Байконура в Казахстане.
Гептил сильно (до 40%) подавляет рост проростков растений. Однако в присутствии B. subtilis штамма KK1112 его токсическое действие уменьшилось. Это было особенно заметно в случае костреца, который практически «не чувствовал» гептил под защитой бактерии.
«С помощью биосенсоров мы показали, что консорциумы из бактерий и проростков трав снижают токсичность загрязненной среды, по эффективности превосходя бактериальные клетки и проростки по отдельности. Наилучший результат наблюдался при использовании проростков костреца безостого. Таким образом, комбинация его проростков и бактерий KK1112 является перспективным средством для восстановления территорий, пострадавших от запусков ракет», — рассказал Сергей Баженов, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики МФТИ.
