Новые травы нейтрализуют токсичные загрязнения от бомб

Борьба с ВИЧ при помощи инновационной противовирусной системы CRISPR/Cas9

Инженеры разработали первую генетически модифицированную разновидность растений, которые обладают способностью разрушать гексоген – токсическое соединение, которое широко использовалось во время Великой Отечественной Войны и приводило к значительным загрязнением военных баз и водных источников.

На военных полигонах каждый день ведется огонь, войска проводят стрельбу из артиллерийских орудий, сбрасываются бомбы на старые танки или заброшенные здания. Все это делается для того, чтобы проверить возможности нового оружия. Но все эти взрывчатые вещества и боеприпасы оставляют после себя токсичные соединения, загрязняющие миллионы гектаров почвы, на очистку которых ежегодно необходимо тратить до 150 миллиардов долларов.

В онлайн статье, опубликованной 16 ноября в Plant Biotechnology Journal, указывается, что ученые из университета штата Вашингтон (University of Washington) и университета Йорка (University of York) описали новые виды травянистых растений, способных нейтрализовать гексаген (RDX) - токсическое вещество, широко используемое во взрывчатых веществах со времен Второй Мировой Войны. Ученые из Вашингтонского университета ввели в клетки растений гены двух бактерий, которые способны разрушать гексоген до безвредных составляющих.

Наиболее подходящими для данного исследования является 2 вида растений – это просо (Panicum virgatum) и полевица побегоносная (Agrostis stolonifera). По результатам проводимого исследования наилучшим результатом являлось полное удаление гексагена растениями с того участка почвы, на котором они росли, менее чем за 2 недели, при этом растения не аккумулировали токсичные вещества ни в листьях, ни в стеблях. Это первый пример удачного применения генно-модифицированных растений для извлечения токсичных и ядовитых веществ из окружающей среды. Эти травы являются быстрорастущими, неприхотливыми растениями, которые явно превосходят все виды существующих в естественных условиях растений, обладающих способностью элиминировать загрязнения.

«Это доступный способ удаления и разрушения загрязняющих веществ на полигонах», - говорит ведущий автор исследования профессор гражданской и экологической инженерии Стюарт Стренд. Деятельность его лаборатории направлена на поиск тех генов в бактериальных и животных клетках, которое способны приводить к разрушению токсических соединений, и встраивать их в наиболее подходящие для конкретного случая растения.

«Травы могут быть высажены на учебно-тренировочных полигонах, они растут самостоятельно и не требуют какого-либо ухода. Когда токсичные частицы от боеприпасов попадают в почву в том месте, где произрастают данные растения, их корни будут захватывать гексоген и уничтожать, прежде чем он попадет в грунтовые воды», - сказал Стренд. Гексоген представляет собой сложное органическое вещество, являющееся основным компонентом для большинства наиболее распространенных взрывчатых веществ. Эти вещества могут сохраняться в окружающей среде в не взорвавшихся или частично взорвавшихся боеприпасах. В больших количествах оно способно вызвать судороги и нарушения деятельности органов. В настоящее время гексоген считается канцерогеном.

В отличие от, например, тротила, который, как правило, не распространяется за пределы полигона, гексоген растворяется в воде и более подвержен распространению. Частицы разлетаются вокруг, а затем попадают в грунтовые воды вместе с дождевой водой. В некоторых случаях загрязнение может достигать скважин.

 Дикорастущие травы также могут удалять токсичный гексоген из почвы при всасывании воды корнями, но они не способны полностью разрушить его.  Поэтому, когда растения умирают, химические загрязнители снова попадают в почву. Соавторы исследования Нил Брюс и Риллот Лиз, профессор биотехнологий и научный сотрудник, соответственно, в университете Йорк и их коллеги, нашли в бактерии ранее изолированные ферменты, которые эволюционировали таким образом, чтобы использовать азот из гексогена, как источник пищи.

Таким образом, процесс переваривания имеет дополнительное преимущество в том, что происходит разложение гексогена на безвредные составляющие. Бактерии не являются идеальным инструментом для очистки, так как они требуют наличия дополнительных источников питания, которые не всегда присутствуют на военных полигонах. Поэтому Брюс и Риллот попробовали внедрить бактериальные гены в группы растений, которые часто используются в лабораторных условиях. Эти эксперименты показали, что новые штаммы были способны удалить загрязнения с гексогеном гораздо более эффективно, чем их дикие собратья.

«Учитывая мировой масштаб загрязнения взрывчатыми веществами, очистка с помощью растений не только отличается низкой стоимостью, но и является надежным решением для очистки таких загрязненных участков», - сказал Брюс. Команда биоинженеров провела восемь лет, работая по внедрению в растения генов, и есть все предпосылки для реального применения данной разработки. Они преследовали цель по созданию многолетних видов, которые растут из года в год и имеет сильную корневую систему, способную восстановиться после пожара. Травы, соответствующие этому требованию, сложнее поддаются генетическим манипуляциям.

Исследовательская группа также обнаружила еще один неожиданный побочный эффект - поскольку генетически модифицированные травы используют гексоген в качестве источника азота, они растут более ускоренными темпами, чем дикие травы. Следующим шагом для исследовательской группы являются ограниченные полевые испытания на военном полигоне, чтобы проверить, как растения ведут себя в различных условиях. Более широкое использование потребует одобрения правительства и экологических служб, чтобы убедиться, что генетически модифицированные растения не представляют никакой угрозы для диких видов трав.

«Я думаю, что это будет приемлемым с экологической точки зрения, потому что искусственно введенные нами гены уничтожают реальные загрязняющие вещества из окружающей среды и не причиняют при этом никакого вреда, - сказал Стренд, - с моей точки зрения, это полезная технология, которая принесет пользу окружающей среде и позволит удалить опасные загрязнения, накопившиеся в почве за десятилетия военных действий.»