Биологические системы, осуществляющие биотрансформацию ксенобиотиков

Важную роль в удалении ксенобиотиков из окружающей среды играют бактерии и микромицеты. Однако среди микроорганизмов практически не встречаются штаммы, способные осуществлять полную деградацию поллютантов. Поэтому эффективная утилизация загрязняющих веществ возможна только с участием микробных сообществ, в которых проявляются различные типы взаимодействия – кооперация, комменсализм, симбиоз и т. д. Именно благодаря гетерогенности природных микробных сообществ ксенобиотики в принципе могут подвергаться биодеградации, а наличие в микробных сообществах взаимосвязанных метаболических путей разрушения токсинов является основой для борьбы с загрязнением окружающей среды.

При повторном попадании в среду многих химических соединений время до начала их трансформации (так называемый адаптационный период микроорганизмов по отношению к данному субстрату) значительно короче по сравнению с первым попаданием этого соединения. В течение этого периода микроорганизмы в ходе адаптации к токсическому соединению селектируются по способности деградировать данный субстрат. В результате естественным путём возникают микробные популяции, которые могут сохраняться в почве в течение нескольких месяцев после полной деградации токсиканта. Поэтому к моменту нового поступления этого соединения в почву в ней уже присутствуют адаптированные микроорганизмы, способные атаковать токсикант.

Таким образом, после попадания ксенобиотиков в окружающую среду можно выделить микробные виды, способные деградировать конкретные ксенобиотики. Появление микроорганизмов с новыми катаболическими функциями объясняется процессом природного генетического конструирования. Огромная роль в процессах межорганизменного переноса генетической информации, приводящих к биохимической изменчивости популяций, принадлежит внехромосомным генетическим элементам – плазмидам. Катаболические (деградативные) плазмиды, кодирующие реакции минерализации или трансформации ксенобиотиков, придают микроорганизмам способность перераспределять между собой пул деградативных генов.

Однако, микроорганизмы не в состоянии осуществлять глубокую деградацию некоторых ксенобиотиков, например, полиароматических углеводородов или галогенсодержащих органических соединений. Эти вещества очень устойчивы в окружающей среде в результате прочной адсорбции биологическими и осадочными породами и плохой миграции.

Для эффективной биотрансформации персистентных ксенобиотиков предложена идея конструирования катаболических путей путем объединения нескольких деградативных плазмид в одной микробной клетке. Например, для борьбы с нефтяными загрязнениями с помощью генетического конструирования создан «суперштамм» Pseudomonas, несущий несколько плазмид, каждая из которых кодирует фермент для расщепления одного класса углеводородов.

Однако использование методов генетического конструирования микробных деструкторов ксенобиотиков для практического применения находится на ранней стадии.

Пока существует большой разрыв между достижениями, полученными в конструировании микроорганизмов, и возможностями их практического применения. Вероятно, наиболее перспективными для детоксикации ксенобиотиков будут биологические системы, состоящие из микробиологической консорции индивидуальных организмов и микробных сообществ, полученных методами клеточной и генетической инженерии.

Date: 2015-09-03; view: 1320; Нарушение авторских прав