Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами — одна из самых острых экологических проблем в промышленных регионах. Наиболее распространенные из них — кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк — относятся к 1 классу опасности (высокоопасные). С заводскими выбросами они попадают в атмосферу и переносятся на большие расстояния, со сточными водами проникают в почву, накапливаются, связываются с ее минеральными компонентами, переходят в почвенный раствор и далее в растения и почвенные организмы. Эти токсиканты могут преодолевать клеточные барьеры, «используя» системы транспорта, предназначенные для жизненно необходимых щелочных и щелочноземельных металлов, и замещать эти элементы в метаболических процессах, что затрудняет их выведение. О негативном воздействии тяжелых металлов на здоровье человека хорошо известно: они подавляют иммунную и нервную системы, вызывают общее снижение физической формы и даже онкологические заболевания. Так, хроническое отравление ртутью приводит к поражению центральной нервной системы, свинец вызывает анемию и нарушения в работе различных органов.
Биотехнологии с использованием непатогенных бактерий — наиболее безопасный и экономически выгодный способ восстановления загрязненных экосистем. Сотрудники лаборатории алканотрофных микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов Пермского ФИЦ УрО РАН под руководством академика И.Б. Ившиной разработали инновационный способ снижения содержания нефтепродуктов и тяжелых металлов в загрязненных средах с помощью актинобактерий и растений-ремедиантов. Разработка «адресная» — она предназначена для очистки техногенного грунта автозавода «Урал» (Миасс, Челябинская область). Однако новый способ биоремедиации загрязненных сред может использоваться не только на этом предприятии, но и на других промышленных объектах. Его внедрение позволит улучшить экологическую ситуацию в различных регионах, в том числе в Пермском крае, где загрязнение затрагивает даже заповедные территории, например, государственные природные заповедники «Басеги» и «Вишерский».
О том, как работают бактерии-чистильщики, рассказала руководитель инновационных исследований, зав. лабораторией алканотрофных микроорганизмов ИЭГМ ПФИЦ УрО РАН академик Ирина Ившина.
— Для биотехнологического применения особенно перспективны почвенные и водные актинобактерии, или актиномицеты — такое название они получили из-за способности формировать ветвящиеся нити, напоминающие мицелий. Они обладают высокой устойчивостью к тяжелым металлам, способны к окислительной трансформации углеводородов и занимают доминирующее положение в экосистемах, особенно в условиях нефтяного загрязнения, всегда сопряженного с присутствием тяжелых металлов. Воздействие загрязнителей в концентрациях, не вызывающих гибель этих микроорганизмов, активирует механизмы их клеточного метаболизма. Это может проявляться в защитно-приспособительных реакциях бактерий на повышенные концентрации нефтяных углеводородов и металлов, например, в выраженных изменениях формы бактериальных клеток — увеличении или уменьшении их линейных размеров, изменении рельефа клеточной поверхности, образовании клеточных конгломератов. На поверхности этих бактерий мы обнаружили множественные полифункциональные структуры — шишковидные выросты, назначение которых пока неясно. По-видимому, они обеспечивают контактное взаимодействие между клетками, удержание их в биопленках и прикрепление к субстратам, а также, возможно, защиту от хищников (простейших) и передачу информации между клетками («эффекты кворума»). Эти пока загадочные специ-фические придаточные образования могут быть связаны и с транспортом молекул ДНК при горизонтальном переносе генов между неродственными организмами. Такие клеточные контакты способствуют эффективной коммуникации и позволяют формировать своеобразную «кооперативную клеточную систему», которая помогает бактериям адаптироваться к неблагоприятным экологическим ситуациям.