Материал: Іутинська Г.О. Ґрунтова мікробіологія

Таблиця 12.7

Найбільш поширені мікробні препарати для дест рукціївуглеводнів

254

Відновний етап включає заходи відновлення фізико-хімічних і бюлогічих характеристик фунту. Кислі фунти підлягають вапнуванню; за­ солені - гіпсуванню з наступною промивкою. Зменшення гідрофобності досягається обробкою слабкими розчинами поверхнево-активних речо­ вин. Активізувати біологічну активність фунту допомагає внесення ор­ ганічних добрив (гною, біодобрив), вирощування бобових культур із за­ стосуванням нітрагінізації.

Фітомепіоративний етап включає вирощування рослин, стійких до залишкових кількостей ароматичних сполук нафти; активізацію кометаболічного розкладу високомолекулярних і важкодоступних для мікро­ організмів фракцій шляхом внесення гною, біодобрив. Використання вирощеної на таких землях фітомаси необхідно проводити під контро­ лем вмісту в ній канцерогенних сполук (3,4-бензпірену).

12.2.3. Забруднення органічними полімерними ксенобіотиками

Шляхом хімічного синтезу були створені сполуки, які не існували у природі: синтетичні полімери, барвники, миючі засоби, фармацевтичні препарати, пластмаси. Ці чужорідні для живої природи ксенобіотики є стійкими до деструкції, здатними накопичуватись у природних середо­ вищах, рухатись по трофічних ланцюгах, концентруватись у них, у тому числі і в організмі людини. Велика кількість ксенобіотиків є токсичними, виявляють мутагенну, канцерогенну, алергенну, тератогенну активності. Тому надзвичайно важливою проблемою сучасності є деградація цих сполук. У цьому процесі провідну роль відіграють мікроорганізми. Біль­ шість ксенобіотиків потрапляють у фунт, де вони підлягають трансфор­ мації мікробними угрупованнями.

Трансформація ксенобіотиків може відбуватися такими шляхами:

•незначною зміною хімічної будови молекул;

Мікроорганізми можуть трансформувати ксенобіотики: 1) для отри­ мання енергії або як джерело вуглецевого живлення; 2) для їхньої де­ токсикації. У першому випадку задіяні ферменти основних метаболіч­ них шляхів мікроорганізмів, завдяки чому досягається глибока деструк­ ція сполуки аж до її повної мінералізації. У другому випадку задіяні фер­ менти периферичного метаболізму, які зазвичай каталізують реакції трансформації і фрагментації молекул. Деградація ксенобіотиків може відбуватися шляхом кометаболізму за наявності легкозасвоюваного

255

джерела енергії для життєдіяльності, оскільки сам ксенобіотик не може бути використаним мікроорганізмом для таких цілей.

Здатність трансформувати ксенобіотики може бути здійснена за­ вдяки надлрсдукції раніш існуючих ферментів внаслідок дуплікації генів, що крдують їх синтез, а також внаслідок мутацій, які призводять до по­ яви нових ферментів (з відповідною специфічністю.

З а хімічною,будовою ксенобіотики відносяться до різних класів ХІМІ­ ЧНИХ сполук: лінійні і розгалужені алкани, ароматичні сполуки з різними замісниками, гетероциклічні сполуки, конденсовані циклічні структури і полімери та ін. Біоциди містять ароматичні і гетероциклічні сполуки, миючі засоби - алкілбензолсупьфонати, пластмаси - складні полімерні сполуки та пластифікатори - ефіри фталевих і адипінових кислот. Зале­ жно від хімічної будови деградація і трансформація ксенобіотиків відбу­ ваються різними шляхами.

За аеробних умов першою стадією їх деградації, ймовірно, є гідроскилювання, яке призводить до поляризації і підвищення розчинності сполуки, що робить її молекули більш вразливими до мікробних атак. Такі реакції каталізуються гідролазами або оксидазами змішаних фукцій. У деградації ксенобіотиків також важливі реакції окисиювального метаболізму, такі як декарбоксилювання, 0-окиснення, окиснювапьне розщеплення ароматичних і гетероциклічних сполук.

За анаеробних умов початкові стадії біодеградації здійснюються шляхом відновної трансформації, внаслідок якої відбувається конверсія нітрогрупи до аміногрупи, відновне дегапогенування, насичення подвій­ них і потрійних зв’язків, відновлення альдегідів і кетонів до відповідних спиртів, перетворення сульфоксиду до сульфіду.

Як в аеробній, так і в анаеробній біодеградації ксенобіотиків важли­ ву роль відіграють реакції гідролізу, завдяки яким молекула розщеплю­ ється при поєднанні з молекулами веди. Під дією гідролітичних фермен­ тів (гідропаз, естераз, фосфатаз) гідролізуються ефірні, фосфоефірні, амідні зв’язки, відбувається гідролітичне дегалогенування.

Відомі також синтетичні шляхи трасформацГі ксенобіотиків, які по­ лягають у модифікації їх молекул шляхом приєднання певних хімічних груп або конденсації декількох молекул з утворенням нових полімерних сполук, що змінює токсичність вихідних речовин.

Здатність до біодеструкцм ксенобіотиків виявлена у багатьох пред­ ставників бактерій, архей, грибів. Проте у природних умовах процес розкладу Цих сполук здійснює мікробне угруповання в цілому, якому притаманні міцні функціональні (в основному, трофічні) зв'язки. Для но­ рмального функціонування такого угруповання й активного розкладу

256

ксенобіотиків необхідне перенесення між його членами інтермедіатів, таких як молекулярний водень, ацетат, форміат та ін. За таких умов формуються синтрофні зв’язки. Часто спостерігається морфологічне оформлення синтрофних асоціацій у вигляді плівок, гранул, завдяки чо­ му мікроорганізми просторово наближуються один до одного, і це полег­ шує обмін Інтермедіатами. Шляхи мікробного розкладу ксенобіотиків залежать від специфіки їх хімічної будови.

Деструкція синтетичних ароматичних сполук в аеробних умовах починається з гідроксилювання за участі моно- і диоксигеназ. Далі від­ бувається орто- і метарозщеллення ароматичного кільця з утворенням похідних муконової кислоти, які використовуються у реакціях метабо­ лічного окислення до диоксиду вуглецю і води. До розкладу ароматич­ них сполук здатні представники родів Pseudomonas, Alcaligenes, Bacillus, а також гриби роду Aspergillus. В анаеробних умовах після активування бензольного кільця відбувається його розрив з утворен­ ням С і і Су-сполук. Активування кільця здійснюється внаслідок реакцій карбоксилювання, анаеробного гідроксилювання з утворенням КоАтіоефірів ароматичних кислот. Центральним інтермедіатом деструкції є бензоіл-КоА, який у результаті послідовних реакцій відновлення і гід­ ролітичного розщеплення перетворюється на ацетил-КоА. До анаеро­ бної біодеструкції ароматичних сполук здатні: Thauera aromatica, T.chorobenzoica, Desulfobacterium anilini, Azoarcus evansii. Magnetospirillum sp., Deffia acidivorans, Rhodopseudomonas palustris, Syntrophus gentinae.

Деструкція миючих засобів на основі поверхнево-активних сполук типу алкілбензопсульфатів починається з сульфонатної групи, яка від­ щеплюється гідролітичним шляхом. Далі розрив бензольного кільця від­ бувається шляхом, описаним вище.

Розклад диефірів фталевих кислот в аеробних умовах відбувається шляхом їх гідролізу до моноефірів з наступним перетворенням до п-оксибензойної, лротокатехової кислот, а далі відбувається розрив ароматичного кільця з утворенням 3-кетоадипІнової кислоти. Активними деструкторами ефірів фталевих кислот є представники родів Rhodococcus (R.erithropoli$, R.opacus, R.fascians), деякі представники родів Pseudomonas, Fiavobacterium, Nocardia, Arthrobacter, а також гриби ро­ дів Aspergillus, Penicillium, Mortierella.

Полімерні сполуки (пластики, синтетичні тканини, поліетилен, полі­ стирол, поліпропілен та ін.) повільно розкладаються у ґрунті і погано піддаються біодеструкції. В основному їх розкладають гриби радів As­ pergillus, Peniciilium, Trichoderma. Визначальну роль у розкладі цих спо­

257

лук відіграють грибні гідролази і протеїнази. Спочатку гриби оселяються на поверхні полімерних матеріалів, потім Тх гіфи проникають у мікротріщини, і починається ферментативний розклад цих матеріалів. Є дані про те, що у деструкції беруть участь гриби РАалаегос/іаеїе с /їг у з с а р о ш т , Тгатеїеє уегеісо/о/·, які викликають "білу гниль" завдяки продукуванню лігнолітичного комплексу ферментів.

У ґрунтах швидкість деструкції ксенобіотиків залежить від багатьох екологічних факторів, які зумовлюють гетерогенність як у макро-, так і мікроосередках. Ксенобіотики можуть зв'язуватись з гумусовими сполу­ ками, а також сорбуватися на мінеральних часточках, що утруднює їх доступність для мікроорганізмів. Часточки ф унту мажуть утворювати фізичну перепону між клітинами мікроорганізмів і сполуками ксенобіотиків шляхом вибіркової фільтрації через мікропори. Активність розкладу ксенобіотиків мікробними угрупованнями фунту можна підвищити шля­ хом внесення азотних і фосфорних добрив.

12.3. Мутагенний вплив полютантів на ґрунтові мікроорганізми

Ґрунтові мікроорганізми здатні пристосовуватися до несприятли­ вих умов існування, серед яких у сучасних агроекосистемах найбільш агресивними факторами є антропогенне забруднення ф унтів. Механі­ зми пристосування мікроорганізмів реалізуються шляхами адаптацій і мутацій.

За сучасними уявленнями, при адаптації можуть відбуватися зміни у генотипі або у фенотипі в межах генотипу (фізіологічна адаптація), існує думка, що адаптація, яка пов’язана зі зміною генотипу, може сфо­ рмуватись у результаті випадкових незалежних від навколишнього се­ редовища мутацій, а фактор адаптації слугує лише фактором відбору.

Зовнішнє середовище може індукувати спрямовані мутації та ви­ кликати адаптацію і формування резистентності, що будуть адекватни­ ми до д ії факторів навколишнього середовища. За присутності несприя­ тливого фактора створюється певний стан розбалансованості системи "організм - середовище", що ініціює зміни генотипу.

Стрибкоподібні зміни в молекулах ДНК, які передаються з покоління в покоління, називають мутаціями.

Мутаційні події тісно пов'язані з такими генетичними процесами, як реплікація - відтворення спадкового матеріалу, рекомбінація - обмін і переміщення генів і їх частин, репарація - забезпечення стабільності нативної структури генетичного матеріалу, пошкодженого під впливом

258