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

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

Очерк четвёртый: «Стремление к истине ценнее обладания ею»

Наука и жизнь
«Отказ предоставлять каникулы по аренде — мародерство»: основатель сети «Тануки» о спасении от кризиса «Отказ предоставлять каникулы по аренде — мародерство»: основатель сети «Тануки» о спасении от кризиса

Как поддерживают бизнес в условиях пандемии в разных странах

Forbes
На понятном языке На понятном языке

Как появился Kotlin, и правда ли, что он идеален для программирования

Популярная механика
И мякоть, и косточки: почему оливковое масло такое вкусное И мякоть, и косточки: почему оливковое масло такое вкусное

Священное масло, елей, дар дерева, не боящегося засухи…

Популярная механика
Сюррогатный гений Сюррогатный гений

Сальвадор Дали был куда более нормален, чем это принято считать

Maxim
Простая забывчивость или Альцгеймер: ключевые признаки заболевания Простая забывчивость или Альцгеймер: ключевые признаки заболевания

Где граница между обычной забывчивостью и симптомами болезни Альцгеймера

Популярная механика
Слайд-шоу Слайд-шоу

Новые разработки и прототипы

Популярная механика
Случайность помогла узнать, что семейство красного дерева восходит к эре динозавров Случайность помогла узнать, что семейство красного дерева восходит к эре динозавров

Обнаружена окаменелость возрастом от 72 до 79 миллионов лет

National Geographic
Идеальный мир: почему Земля - не самое лучшее место для жизни Идеальный мир: почему Земля - не самое лучшее место для жизни

«Суперобитаемые» планеты подходят для жизни намного лучше, чем наша родная Земля

Популярная механика
Альянсы и союзы Альянсы и союзы

Первая часть ответов на вопросы об альянсах союзников против нацистской Германии

Дилетант
Химики разобрались в цветной фотографии середины XIX века Химики разобрались в цветной фотографии середины XIX века

Цвета на фотографии середины XIX века объяснили распределением наночастиц

N+1
Полярник, лесник и подводник — о трудностях и радостях изоляции Полярник, лесник и подводник — о трудностях и радостях изоляции

Люди, для которых преодоление одиночества стало профессиональным навыком

РБК
Окно пандемии: инвестирование с мозгами, или время новых возможностей Окно пандемии: инвестирование с мозгами, или время новых возможностей

Впервые за последние 10 лет сменилась парадигма инвестирования

Forbes
Феи из Коттингли: как две девочки убедили целый мир в существовании фей Феи из Коттингли: как две девочки убедили целый мир в существовании фей

Двум девочкам удалось заснять «маленький народец» — волшебных фей

Cosmopolitan
Тающие ледники в Норвегии обнажили горный перевал викингов Тающие ледники в Норвегии обнажили горный перевал викингов

Сотни артефактов найдены на леднике Лендбрин в нагорье Йотунхеймен

National Geographic
Техника для гипноза, галлюцинаций и сна: что такое Техника для гипноза, галлюцинаций и сна: что такое

Для чего нужны мозговые машины и опасны ли они

Популярная механика
Весенняя диета Весенняя диета

Результат этой диеты: эффективное снижение веса и сияющая кожа

Лиза
«Мы лишились 100% прибыли от концертов»: лидер группы Little Big о том, как изменится музыкальный бизнес после пандемии «Мы лишились 100% прибыли от концертов»: лидер группы Little Big о том, как изменится музыкальный бизнес после пандемии

Эпидемия серьезно подпортила планы группе Little Big

Forbes
Пандемия, ядерный удар и отключение электричества: лучшие сериалы о конце света Пандемия, ядерный удар и отключение электричества: лучшие сериалы о конце света

Собрали лучшие сериалы, в которых конец света очень похож на настоящий

Cosmopolitan
Зачем помогать приютам для домашних животных и как это сделать Зачем помогать приютам для домашних животных и как это сделать

Способно ли волонтерство изменить судьбу животных из приютов в России.

РБК
В Испании нашли поле битвы, на которой Ганнибал одержал одну из первых великих побед В Испании нашли поле битвы, на которой Ганнибал одержал одну из первых великих побед

Это битва помогла укрепить его репутацию одного из лучших стратегов Карфагена

National Geographic
Как похудеть мужчине в домашних условиях: 18 проверенных способов Как похудеть мужчине в домашних условиях: 18 проверенных способов

Методы похудения, которые работают

Playboy
#пронауку: как время приема пищи влияет на здоровье и вес #пронауку: как время приема пищи влияет на здоровье и вес

Диетологи советуют тщательно изучать состав продуктов

РБК
Как отключить обновление Windows 10: самые действенные способы Как отключить обновление Windows 10: самые действенные способы

Надоели долгие обновления, возникающие в самый неподходящий момент?

CHIP
«Жилетка для слез»: как помочь подростку не утонуть в чужих проблемах «Жилетка для слез»: как помочь подростку не утонуть в чужих проблемах

Быть единственной опорой для друга нелегко

Psychologies
«Бьет — значит бьет, а не любит»: какие уроки всем нам нужно извлечь из скандала с Региной Тодоренко «Бьет — значит бьет, а не любит»: какие уроки всем нам нужно извлечь из скандала с Региной Тодоренко

Регина Тодоренко заявила, что женщины сами провоцируют насилие

Esquire
Теснота и инфернальные машины: как кинематограф обнажает наш страх перед будущим Теснота и инфернальные машины: как кинематограф обнажает наш страх перед будущим

Какие лейтмотивы мрачного города просматриваются в киноработах современности

Forbes
Как сверлить стену, чтоб не попасть в проводку? Как сверлить стену, чтоб не попасть в проводку?

Как провести ремонт в квартире, чтобы он не закончился катастрофой

CHIP
От ценников до смартфонов и цветных ридеров: как развивается технология электронных чернил От ценников до смартфонов и цветных ридеров: как развивается технология электронных чернил

Рассказ о принципе работы электронных чернил, изобретателях и сферах применения

VC.RU
«Тотальная катастрофа»: в каких отраслях еще осталась работа и можно получить прибавку к зарплате «Тотальная катастрофа»: в каких отраслях еще осталась работа и можно получить прибавку к зарплате

Компании продолжают активный рекрутинг лишь в нескольких сферах

Forbes
Открыть в приложении