![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Александр Михайлович, каковы типичные ситуации, треб) щие использования именно микробиологических способов очист-! ки окружающей среды от загрязнений?
— Разные виды загрязнений требуют разных подходов и мае-* штабов очистных работ. Скажем, иногда токсичны не сами про-1 дукты, а отходы производства. В этом случае проблема выгляди! региональной и даже локальной: есть некий завод, производящие какой-то продукт; в процессе производства по конкретной техноло гии и на конкретном оборудовании образуются конкретные токсич ные отходы. Это касается конкретного региона, конкретной произ* водственной площадки, конкретной реки. Отсюда и подходы i очистке. Самые же распространенные для нашего времени загрязнения нефть и нефтепродукты. Их можно встретить повсюду. Время от вре«] мени в разных районах планеты случаются крупные разливы щ> 4 транспортировке нефти и нефтепродуктов (аварии танкеров, ведущи^ к загрязнению гигантских акваторий и сотен километров берегово! линии; разрывы нефтепроводов, в результате которых оказыва загрязненными огромные территории, в том числе в самых трудно доступных местах, и т. п.). Наконец, все больше участков, где загр* нение нефтепродуктами многократно превышает ПДК, но считав чем-то само собой разумеющимся. Это АЗС, аэродромы, военны! части, базы и городки — на них (точнее, под ними) все чаще находят огромные «линзы» нефтепродуктов. Так что нарастающее загрязнение нефтепродуктами — весьма актуальная глобальная проблема, с которой можно и нужно бороться, хотя и нельзя решить ее кардинально. Загрязнения будут случаться, пока используют нефть. И, скорее всего, проблема станет еще острее в ближайшие десятилетия. А какие чудовищные загрязнения (не только нефтепродуктами) несут с собой войны! — Это подтверждают и данные по Чечне — там фантастичес — Безусловно, но это самостоятельная тема. Еще один при Это тоже глобальная проблема, но более контролируемая: человеку под силу регулировать использование химикатов в растениеводстве. С нефтяной же «иглы» нам, похоже, уже не «слезть». Но если мы не можем решить эту проблему, нужно научиться жить с ней, делая все возможное, чтобы бороться с существующими и будущими загрязнениями. А ведь это не обычные загрязнения, не простая грязь — многие компоненты нефти, в частности полиароматические углеводороды, весьма токсичны, канцерогенны и пер-систентны, т. е. разрушаются крайне медленно, а, например, в Западной Сибири с ее холодным климатом вообще до конца не разлагаются. Так что мы вынуждены искать эффективные способы борьбы с загрязнением, особенно в районах с холодным климатом, где природа наиболее чувствительна и восстанавливается с трудом (между тем большинство перспективных месторождений расположено именно в таких районах). Сейчас этим озабочены американцы, задумавшиеся об эксплуатации богатых нефтяных месторождений на Аляске. Там много заповедников, а загрязнения — все это понимают — неизбежны. Американцы требуют от нефтедобывающих компаний ответа на вопрос, что они собираются сделать для обеспечения безопасности окружающей среды в этом районе, какие гарантии могут дать. Общество хочет знать, как можно бороться с загрязнениями и быстро рекультивировать территории, где велась добыча. Поэтому неслучайно нефтяные компании США проявляют особый интерес к решению этих вопросов, в частности, с использованием микроорганизмов. 8 — 4248 — Подобные проблемы и у нас на Сахалине? — Не только. В Западной Сибири уже загрязнены громадные — Можно наивный вопрос? Почему именно микроорганизмы? — Вопрос законный. В быту на микроорганизмы обычно смот Микроорганизмы, как известно, живут в таких условиях, в которых ни одно другое живое существо жить не может. Есть они и высоко в горах, и высоко над горами, и на рекордных океанских глубинах. Из анализа кернов сверхглубоких скважин следует, что даже на глубинах свыше 5 км есть микроорганизмы. По оценкам некоторых ученых, если всю биомассу микроорганиц мов, обитающих в столь различных ареалах, равномерно распределить по поверхности Земли, она окажется покрытой слоем метровой толщины. Можно себе представить, сколь значимо влияние этого сообщества на биосферу. А ведь живут его члены исключительно за счет того, что мы называем глобальным циклом соединений. Иными словами, они перерабатывают органику, превращая ее в простые химические вещества. Все остальные живые существа, включая растения, в этом смысле намного «уступают» микробам. — В чем причина столь явного «лидерства»? Это связано с био — Это обусловлено их особенностями — микроорганизмы эф — Итак, «стремление к разрушению» у микроорганизмов силь — Именно. Другие живые организмы (прежде всего растения) организмами. Это самый наглядный пример глобального цикла органики. А с недавних пор микроорганизмам приходится иметь дело с новыми для них органическими соединениями, которые прежде были спрятаны в «тайниках» планеты, скажем, глубоко под ее поверхностью. Так произошло и с нефтью, которую мы «вытащили» на поверхность. До этого микроорганизмы взаимодействовали с ней лишь на больших глубинах и пока не совсем ясно, как. По мнению ряда ученых, нефть — тоже продукт жизнедеятельности микроорганизмов. Но мы поместили ее в иные условия, где издавна жили другие микробные сообщества. И нефтепродукты стали для них новыми субстратами, которые они начали потихоньку осваивать. Кроме того, в биосфере все больше синтетических органических соединений, которых никогда не было в природе. Это, кстати, демонстрирует не только способность микроорганизмов приспосабливаться к условиям окружающей среды, например, утилизировать новые соединения, но и происходящую у нас на глазах эволюцию микроорганизмов, когда они, применяя «генную инженерию» in vivo, сами конструируют генетические системы биодеградации... Вот факторы, в наибольшей мере определяющие состояние окружающей среды и вызывающие стресс у микроорганизмов: токсичные химические вещества; тяжелые металлы; радионуклиды; УФ-излучение; слишком низкое или высокое значение рН; слишком низкие или высокие температуры; высокая засоленность; недостаток влаги; дефицит кислорода. Микроорганизмам (в частности —|бактериям) удается так быстро приспосабливаться к условиям окружающей среды потому, что они «ухитряются» пользоваться общим набором генетической информации, распределенной между разными микроорганизмами. И когда нужно, один микроорганизм «заимствует» у другого гены, которые могут быть ему полезны. Конечно, это происходит ненамеренно. Например, плазмиды (внехромосомные элементы наследственности) распространяются в бактериальных популяциях за счет конъюгации (сближения клеток с образованием между ними мостика, по которому генетический материал переносится от одной клетки к другой). Плазмиды время от времени «прихватывают» с собой и генетический материал хромосом, расширяя тем самым 8* 115
обмен генетической информацией между микроорганизмами. А поскольку все эти события происходят не с миллионами, миллиардами или даже триллионами, а с гораздо большим числом микроорганизмов, селекцией отбираются любые полезные варианты! быстрее растущие, утилизирующие субстрат и т. п. — То есть на наших глазах происходят локальные «вспышки — Да, но эта область, хотя и очень интересна, не связана непос — Стало быть, ускоряется их эволюция? — Да, эволюция как приспособление к условиям окружающей Нельзя не упомянуть и о генно-инженерных штаммах микроорганизмов. О них говорят все больше, но говорят понаслышке, судят непрофессионально, и немудрено, что общество так боится генной инженерии, в том числе и генетически модифицированных микроорганизмов (кстати, не все ГМ-микроорганизмы — продукты генной инженерии). Обществу нужно терпеливо разъяснять, что сама по себе генная инженерия неопасна (хотя опасной может быть любая технология, все дело в том, как и для чего ее применять). Когда мы вносим микроорганизмы в почву, это требует глубоких знаний о микроорганизмах и почве, а также тщательной оценки риска их применения. Применяя любую новую технологию, мы никогда не будем абсолютно уверены, что риска нет. Однако наши знания о микроорганизмах позволяют утверждать, что их можно применять для очистки от токсичных соединений. ГМ-штаммы со временем тоже будут широко применять. Сейчас разрабатывается нормативная база, гарантирующая безопасность их применения. г Впрочем, рассуждая о рисках и безопасности использования микроорганизмов для биоремедиации (восстановления загрязненных территорий), не мешает задаться и другим вопросом: «А какова опасность существующего загрязнения с точки зрения его воздействия на микроорганизмы?». Есть основания полагать, что определенные загрязнения способствуют распространению таких неприятных микроорганизмов, как, например, Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка), Burkholderia cepacia, вызывающая серьезные заболевания, в том числе практически неизлечимый фиброзный цистит. Поэтому, рассуждая о потенциальной опасности, не стоит забывать, что опасность реальная уже существует. — Увы, исключить ее мы не можем, она стала атрибутом на — Да. На самом деле это — продолжение извечных разговоров — Помилуйте, но состав коммунальных стоков, казалось бы, — Это верно, но ведь в данном месте их когда-то не было, а сей — А ведь есть, наверное, и другие? — Огромное разнообразие микроорганизмов в ближайшие де иные «полезные» гены, как это происходило до сих пор. Можно оказывается, получать генетический материал непосредственно и почвенных образцов, минуя стадию выделения микроорганизмов Это не только многократно упрощает работу, но и позволяет ис пользовать генетический материал тех микроорганизмов, которы мы пока не можем культивировать в лабораторных условиях. Мо жем же культивировать мы от силы 1-2% микроорганизмов остальные для нас недоступны в прямом смысле слова — мы вс еще не имеем к ним доступа. А вот генетический материал у них как выяснилось, мы взять можем, можем выделить какой-то ген: перенести его в другой микроорганизм, где он будет вырабатыват определенный фермент или другой белок. Важность этого трудно переоценить, в частности, для серьезно: перестройки химической промышленности, в результате которой он стала бы более «зеленой» и «дружелюбной» к окружающей среде. Для этого и нужно-то совсем «немного»: заменить особенно неприяг ные или трудно осуществимые этапы синтеза так называемой био трансформацией, в которой используются микробные ферменты... Мы в нашей беседе все время сбиваемся на общий разгово о роли микроорганизмов, но я даже рад этому, потому что в попу лярных изданиях об этом почти не пишут. — Что ж, вернемся к основной теме разговора. Итак, в борьб — Существует несколько подходов. Прежде всего это стимуля — Их тоже запахивают в почву? — Можно запахивать, но, как правило, их распыляют в вид< Наконец, третий подход, представляющийся мне наиболее пер спективным, — это совместное использование растений и микроор ганизмов. Причем не любых микроорганизмов, и даже не любы ризосферных (обитающих на корнях растений) микроорганизмов а тех из них, которые стимулируют рост растений. Здесь отмечается великий эффект синергизма — совместного действия, взаимодействия, симбиоза, многократно усиливающего результат: растения помогают микроорганизмам, снабжая их корневыми экссудатами (выделениями), содержащими сахара и другие питательные вещества, а микробы, в свою очередь, помогают растениям усваивать те вещества, которые без микроорганизмов растениям усвоить было бы нелегко. Интересно, что некоторые растения выделяют в почву до 50% синтезируемых ими углеродсодержащих соединений, «подпитывая» нужные им микроорганизмы, которые в «ответ» снабжают их фитогормонами, защищают от болезней и вредителей, растворяют плохо растворимые фосфаты, синтезируют антибиотики, подавляющие развитие патогенных грибов. Заселяя ризосферу, они не допускают туда вредных для растения микроорганизмов. Симбиоз этот необычайно полезен и для растений, и для микроорганизмов, так что плотность ризосферных популяций микробов оказывается гораздо выше, чем в почве в целом. Основной недостаток обычной интродукции микроорганизмов в окружающую среду заключается в том, что мы микробам никак не помогаем, мы их просто бросаем в почву «на произвол судьбы», и они должны самостоятельно находить себе какую-то нишу, где могли бы развиваться. В природе микробы обычно живут на различных поверхностях, образуя так называемые биопленки, т. е. они распределены в пространстве отнюдь не равномерно, заселяя те структуры, которые им подходят. А это требует времени, и для них непросто. Система «растение — ризосферный микроорганизм» лишена этого недостатка. Дополнительная работа, как правило, невелика: в камерах, где хранятся семена, распыляют биопрепараты. На прорастающих семенах начинают развиваться микроорганизмы, и у них гораздо больше шансов занять ризосферную нишу, чем у других. Это уже серьезный шаг к контролируемому режиму, созданию «комфортных» условий для микроорганизмов и обеспечения их эффективной деятельности. — Как выглядит биологическая очистка от других распростра — Многие растения, как известно, могут аккумулировать тяже если микробы не «желают» взаимодействовать с металлами, и в это| случае каждый «занят своим делом»: микробы разрушают органик]) а растения поглощают металлы, т. е. система очищает почву и органики, и от тяжелых металлов. На месте тяжелых металлов м< з жет быть мышьяк и другие токсичные загрязнители. — Какую роль вы отводите этому направлению в будуще — Я думаю, оно будет быстро развиваться, тем более что в гЦ — А как отделить вклады растений и микробов в очистку okj — Это нетрудно. Например, ГМ-растения получают в стерил! — Подход, о котором мы говорили, направлен прежде всего н! — Да, мы больше говорим о почве, ибо в России актуальЕ — Наверное, немаловажно и то, что почву сложнее очист! — Вы правы. Правда, с очисткой воды возникают проблемы • л в начале, относится скорее к региональным и даже локальным | проблемам. — В заключение — несколько слов о проблемах и перспекти- — Загрязнение окружающей среды можно считать заболеванием как профилактику многочисленных заболеваний человека, вызываемых загрязнением среды. По сравнению с другими методами очистки етот гораздо дешевле. При рассеянных загрязнениях (пестициды, нефть и нефтепродукты, тринитротолуол, которым загрязнены мно-I гочисленные полигоны и стрельбища) ему нет альтернативы. В очистке окружающей среды от загрязнений важно правильно [ выделить приоритеты, минимизируя риски, связанные с тем или иным загрязнением, и учитывая свойства конкретного соединения и его влияние прежде всего на здоровье человека. Необходимы законодательные акты и правила, регламентирующие интродукцию в окружающую среду ГМ-микроорганизмов, с которыми связаны особые [ надежды на очистку от любых загрязнителей. В отличие от промышленной биотехнологии, где можно строго [ контролировать все параметры технологического процесса, биореме-| диация проводится в открытой системе, где такой контроль затруд-| нен. В известной мере это всегда «ноу-хау», своего рода искусство. Развитие биоремедиации, технологий и способов ее примене-! ния требуют междисциплинарного подхода и сотрудничества спе-I циалистов в области генетики и молекулярной биологии, эколо-|гии, инженерных и других дисциплин.
Ю.Н. Елдышев
|