На протяжении десятилетий известно, что некоторые организмы, находящиеся главным образом глубоко в земле и под водоемами, могут разрушать токсичные вещества, создаваемые многими отраслями промышленности. Эти микробы, поглощающие загрязнение, использовались для обработки таких вещей, как загрязнение грунтовых вод и разлив нефти Deepwater Horizon, в процессе, известном как биоремедиация. Но этот метод точно не сработал - воспроизводить достаточное количество этих организмов для обработки и дальнейшего изучения было сложно, и ученые не совсем поняли, как организмы фактически уничтожают эти сложные химические вещества.
Связанный контент
- Ястреб, найденный в Ванкувере, «выиграл» награду «Самая загрязненная птица в мире»
Исследователи из Университета Манчестера, однако, только что обнаружили, что эти микроскопические организмы используют общий витамин B12 для расщепления токсичных побочных продуктов, и это открытие может вскоре привести к появлению новых мощных методов очистки. Их исследование, недавно опубликованное в журнале Nature, объясняет, как они использовали рентгеновскую кристаллографию, процесс, который измеряет дифракцию рентгеновских лучей для создания детальных трехмерных изображений атомных структур, чтобы увидеть, как процесс работает в организмах в первый раз.
Используя рентгеновскую кристаллографию, исследователи показали, что некоторые типы бактерий поглощают токсичные органогалогениды через тонкую водостойкую щель (зеленая) и содержат ее в кармане (фиолетового цвета), содержащем витамин B12, который разделяет атомы галогена, таким образом уменьшая или уменьшая нейтрализующая токсичность. (Наука) (Наука) Органогалогениды (названные по ковалентно связанным атомам галогена) являются неприятными побочными продуктами производства таких вещей, как антипригарные сковороды, химические чистящие растворители и промышленные обезжиривающие средства. Вулканы и удары молнии тоже выделяют их в небольших количествах. Некоторые живущие на земле токсиноподобные организмы фактически «вдыхают» молекулы органогалогенидов, отделяя при этом некоторые или все молекулы галогенов, так же, как люди вдыхают кислород и выделяют углекислый газ. Согласно недавней статье в Science, эти организмы пропускают галогенсодержащие токсины через тонкое водоотталкивающее отверстие и удерживают их в кармане, который содержит определенный тип витамина B12, наряду с ферментами, которые катализируют процесс восстановления галогена. Витамин B12 является ключевым для этого процесса, так как он содержит реактивный атом кобальта, который разрывает связь углерода и галогена. Даже когда процесс не удаляет все токсины, он все же увеличивает растворимость молекулы, позволяя ей быстрее рассеиваться и разрушаться. Команда также утверждает, что преодолела проблему производства организмов в больших количествах путем генетической модификации других, более быстро растущих организмов для производства ключевых разрушающих загрязнение ферментов.
Дэвид Лейс, один из авторов статьи, работает над пониманием этого процесса детоксикации в течение 15 лет. По его словам, организмы, которые в совокупности называются восстановительными дегалогеназами, часто обнаруживаются в местах загрязнения галогенуглеродом, таких как водоемы вблизи заводов, производящих промышленные химикаты. Лейс добавляет, что некоторые из этих организмов содержат более 35 различных галоген-редуцирующих ферментов, что означает, что есть много возможностей для улучшения процесса очистки от токсинов, но гораздо больше и для изучения.
«Мы могли бы начать пытаться предсказать, какие соединения может использовать конкретная бактерия / фермент [комбинация] из последовательности генома», - говорит Лейс. Он также говорит, что знания, полученные в результате исследований, позволят ученым спроектировать организмы и их химические процессы для нацеливания на конкретные антропогенные токсины.
Помимо улучшения токсичной очистки, прорыв должен привести к лучшему обнаружению органогалогенидов в продуктах питания и окружающей среде. Системы поиска галогенов бактерий могут быть связаны с системой, которая производит флуоресцентный зеленый белок, создавая видимый маркер в присутствии токсинов. Альтернативно, электроды могут использоваться для контроля активных ферментов на предмет специфических сигналов, которые организмы излучают в присутствии органогалогенидов.
Непонятно, как и когда эти новые знания кардинально изменят процесс очистки от химических загрязнителей, так как предстоит еще много работы. Но знание того, как этот процесс работает, должно стимулировать прогресс.
