Микробы-санитары

Приспособляемость микроорганизмов к условиям окружающей среды удивительна

Наука и жизньНаука

Микробы-санитары

Кандидат химических наук Антон Миндубаев, Институт органической и физической химии им. А. Е. Арбузова, Казанский научный центр РАН.

Приспособляемость микроорганизмов к условиям окружающей среды удивительна. Ни одна другая группа живых существ не может сравниться с ними. Бактерии обитают в источниках с температурой воды 120оС, в охладителях ядерных реакторов и на дне океанов. Выдерживают они и пребывание в космическом пространстве, и перегрузку в сотни тысяч g. Немногим отстают от них споры грибов.

Причина такой живучести микробов кажется парадоксальной — она кроется в их уязвимости. Микробы, в отличие от животных, не могут уйти из опасной зоны. Их размеры малы, а способность к передвижению ограниченна. Но из всех живых организмов именно микробы обладают самым быстрым темпом смены поколений. Соответственно — самой быстрой эволюцией, открывающей почти неограниченные адаптивные возможности. Вот и приспосабливаются.

Мне, как исследователю, изучающему процессы микробиологической очистки, ближе примеры устойчивости микроорганизмов к химическим загрязнителям. Неспроста экологи относят бактерии и грибы к группе редуцентов — с латыни это слово переводится как «те, кто разлагает». К этой же группе относят ряд низших животных, например дождевых червей, которых иногда тоже используют для биодеградации. До сих пор ведутся споры, относить ли к редуцентам некоторые виды бесхлорофилльных растений, таких как подъельник (Monotropa).

Почвенные микроорганизмы протеобактерии (Proteobacteria) могут существовать, «питаясь» лишь антибиотиками. Среди них — Serratia marcescens , которая вызывает заболевания у человека. На фото: колонии Serratia marcescens, выращенные на агаре. Фото: Brudersohn/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Когда мы говорим об устойчивости микроорганизмов к химическим загрязнителям, первое, что приходит на ум, — выработка устойчивости бактерий к антибиотикам. Сами микробы задолго до возникновения нашей цивилизации начали бороться друг с другом при помощи изощрённых токсинов, что влекло за собой и выработку устойчивости к последним. Сейчас антибиотикоустойчивость остро сказывается на развитии здравоохранения, которое очень нуждается в эффективных антимикробных препаратах. А они утрачивают эффективность за считаные годы. Достаточно вспомнить сообщение о том, что антибиотики для культуры микробов могут служить единственным источником углерода — одного из основных химических компонентов бактериальной клетки.

К каждому загрязнителю — свой подход

Большинство из нас знает, что в формалине биологические образцы не гниют, а совсем незначительное количество цианида убивает человека мгновенно. На первый взгляд эта пара веществ никак не ассоциируется с живой природой. Ну разве что как нечто, для неё губительное. Тем не менее в природе существуют метаболические пути, превращающие формальдегид и цианид в необходимые для жизни сахара, липиды и аминокислоты! Конечно, один вид бактерий или грибов вряд ли способен обезвредить сразу два опаснейших ксенобиотика. Однако сообществу видов это вполне по силам.

Очень показательна адаптация микробов к солям тяжёлых металлов — опасных загрязнителей. В отличие от органических токсинов тяжёлые металлы не могут разлагаться полностью, их атомы остаются в неизменном виде после любых химических превращений. Но перевести металл в малоопасную форму вполне возможно. Микробы именно это и делают.

Анаэробный метаболизм фенола. Рисунок из статьи: Lack A., Fuchs G. // Journal of bacteriology. 1992. Vol. 174. No. 11. P. 3629—3636, с изменениями.

Некоторые особо опасные металлы и металлоиды могут образовывать летучие алкилированные соединения. Человеку они давно известны. Например, тетраэтилсвинец длительное время использовался в качестве присадки к топливам, а какодиловая (диметиларсиновая) кислота в позапрошлом веке применялась в качестве пестицида. Подобные соединения обладают высочайшей токсичностью. Собственно, поэтому они вышли из употребления. Но микроорганизмы их синтезируют. Свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, олово, селен, теллур, таллий микробы превращают в летучие метильные производные, которые испаряются в атмосферу. Донором метильных групп служит аминокислота метионин в составе микробных клеток. Таким образом, биометилирование — одна из основных угроз, связанных с загрязнениями тяжёлыми металлами окружающей среды. Действия микробов понятны — они очищают свою среду обитания, совершенно «не заботясь» о чистоте атмосферы. Но микробы обезвреживают металлы и другими путями, менее опасными для окружающей среды. Например, переводят их в формы, нерастворимые в воде.

Уран — очень тяжёлый металл, его плотность почти втрое выше плотности железа. Природный уран более чем на 99% состоит из слаборадиоактивного изотопа уран-238, который нельзя использовать в качестве ядерного топлива. В атомной энергетике и ядерном оружии применяется уран-235, которого в природном уране менее 1%. Чтобы получить уран-235, проводят процедуру обогащения. При этом образуется большое количество обеднённого урана, который применяют в тех отраслях, где требуются материалы с высокой плотностью: в производстве танковой брони и бронебойных снарядов, балансировочных грузов в кораблях и самолётах, роторов гироскопов, защите от рентгеновских лучей. Однако обеднённый уран — металл не только очень ядовитый, но всё же обладающий радиоактивностью, хотя и слабой. Соответственно он представляет угрозу для окружающей среды. На помощь может прийти гриб, паразитирующий на насекомых, — Beauveria caledonica и гриб-редуцент, вызывающий гниение органических остатков, — Hymenoscyphus ericae. Не может не вызывать удивления способность этих микроскопических грибов разлагать обеднённый уран. Поверхность металлического урана, покрытая мицелием грибов, окисляется до оксидов IV и VI, которые далее через ряд стадий превращаются сначала в растворимые соли уранила, а затем в нерастворимые фосфаты уранила — вещества, нерастворимые в воде и химически инертные. Соответственно их опасность для окружающей среды минимальна. То есть продукты превращений обеднённого урана грибами — просто идеальные кандидаты на роль веществ для захоронений ядерных отходов. А сами грибы демонстрируют настоящее биохимическое чудо.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Большая ракета Илона Маска Большая ракета Илона Маска

Сверхтяжелая ракета Big Falcon Rocket готовится вытеснить все прошлые разработки

Популярная механика
Дневники патологоанатома об особенностях работы Дневники патологоанатома об особенностях работы

Отрывок из книги Джуди Мелинека «Ты труп, приятель»

Maxim
Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или Счастливый Сизиф

Очерк четвёртый: «Стремление к истине ценнее обладания ею»

Наука и жизнь
ОСАГО-2020: что изменилось и как с этим жить ОСАГО-2020: что изменилось и как с этим жить

Страховщики пересчитали страховые коэффициенты для всех водителей

РБК
Переключайтесь Переключайтесь

Как наметить путь, который вам будет по душе: план для самостоятельных действий

Psychologies
Джесси Айзенберг: «Талантливые люди всегда одиноки» Джесси Айзенберг: «Талантливые люди всегда одиноки»

Интервью с Джесси Айзенбергом о стеснительности и своем «неголливудском» образе

Cosmopolitan
Что такое альфа-гал и с чем его (не) едят Что такое альфа-гал и с чем его (не) едят

Укус клеща — неприятное событие, которое может стать для кого-то судьбоносным

Наука и жизнь
Дюссельдорфский вампир: кровавая история серийного убийцы из Германии Дюссельдорфский вампир: кровавая история серийного убийцы из Германии

Он родился в 1883 году в маленьком городке и стал одним из самых жутких убийц

Cosmopolitan
Выше моих сил Выше моих сил

Который год у тебя одна должность и зарплата – и перспектив не видно

Cosmopolitan
На кого подписаться: топ самых стильных грузинских модниц – советует стилист На кого подписаться: топ самых стильных грузинских модниц – советует стилист

У каких грузинских модниц стоит поучиться стилю

Cosmopolitan
Как морские существа защищают нас от миллионов вирусов Как морские существа защищают нас от миллионов вирусов

Некоторые обитатели морей превосходно уничтожают вирусные патогены, поедая их

Популярная механика
7 симптомов предиабетного состояния, которые нельзя игнорировать (это не шутки) 7 симптомов предиабетного состояния, которые нельзя игнорировать (это не шутки)

Не отмахивайся от этих тревожных звоночков

Playboy
Переходный период Переходный период

Философ Александр Нечаев: как получилось, что миропорядок пришел в беспорядок

Esquire
Солнце мое Солнце мое

Рассказываем, как защитить себя от UV-излучения

Добрые советы
Дудь и актеры вместо политиков: кому теперь доверяют россияне Дудь и актеры вместо политиков: кому теперь доверяют россияне

Юрий Дудь вошел в десятку публичных деятелей, которым россияне доверяют

Forbes
Ослики и оптимисты Ослики и оптимисты

Как пандемия меняет убеждения

Огонёк
Подвиг маркетолога Подвиг маркетолога

Мы собрали успешные истории бизнес-хакеров, которые нашли обходные пути

Maxim
Лучшая классическая фантастика ко Дню космонавтики Лучшая классическая фантастика ко Дню космонавтики

Самые значимые и культовые романы, посвященные приключениям в глубоком космосе

Популярная механика
А ну-ка сами! Как власть научилась стыдить граждан за собственные провалы А ну-ка сами! Как власть научилась стыдить граждан за собственные провалы

Государство вновь начинает призывать нас сделать то, с чем оно не справилось

СНОБ
Выжившие: какие виды получилось сохранить в 2019 году Выжившие: какие виды получилось сохранить в 2019 году

Усилия природоохранных организацией оправдались

National Geographic
Небесная реанимация: летающая скорая помощь Атаманова Небесная реанимация: летающая скорая помощь Атаманова

О проектах российской компании Hoversurf наш журнал рассказывал не раз

Популярная механика
«Если учитель сейчас выступает в роли “говорящей головы”, значит, он и раньше ею был». Руководители школ о дистанционном обучении «Если учитель сейчас выступает в роли “говорящей головы”, значит, он и раньше ею был». Руководители школ о дистанционном обучении

Как школы адаптируются к новым условиям: дискуссия

СНОБ
Боевые торпеды с человеком-пилотом: что это было и зачем Боевые торпеды с человеком-пилотом: что это было и зачем

Их придумывали не только японцы для своих любимых камикадзе

Maxim
Не только ретроградный: что о тебе может рассказать твой Меркурий? Не только ретроградный: что о тебе может рассказать твой Меркурий?

В каком знаке зодиака твой Меркурий и как это можно использовать во благо

Cosmopolitan
«Мы одна семья». Как распознать манипуляции руководства и что с ними делать «Мы одна семья». Как распознать манипуляции руководства и что с ними делать

Даже в кризис не все средства достижения бизнес-целей хороши

Forbes
7 смешных медицинских открытий: герои Шнобелевской премии 7 смешных медицинских открытий: герои Шнобелевской премии

Открытия, которые сначала заставляют засмеяться, а потом — задуматься

Популярная механика
Стоматология прошлого: зубная «мода» разных эпох Стоматология прошлого: зубная «мода» разных эпох

У многих людей боязнь зубных врачей практически встроена в генетическую память

National Geographic
От мамонта до вертолетов ВВС США: что может поднять Ми-26 От мамонта до вертолетов ВВС США: что может поднять Ми-26

Самый большой вертолет в мире из ныне существующих был построен в нашей стране

Популярная механика
35 лет перестройке: от какого наследства отказался Путин 35 лет перестройке: от какого наследства отказался Путин

В отказе от наследия перестройки кроется возможное поражение Путина

Forbes
Огромный гидросамолет испытали над морем в Китае Огромный гидросамолет испытали над морем в Китае

Самолет-амфибия AG600 должен выйти в серийное производство в 2022 году

National Geographic
Открыть в приложении