Как микробы исправляют ошибки человека и очищают Землю от тяжелых металлов

Тяжелые металлы из-за деятельности человека попадают в окружающую среду, а для многих живых существ они токсичны и могут нанести вред целой экосистеме. Однако некоторые бактерии придумали способы борьбы с такими металлами.

Микробы настолько умны, что научились использовать токсичные металлы для выработки энергии

Микробы — это крошечные организмы, которые живут буквально везде — в высоких горах, океанах, пустынях и ледниках. Существуют определенные предпосылки быстрого роста микробов, к которым относятся питательные вещества, содержащие источники углерода, азота, витамины и минералы. Но, помимо этого, существуют в природе и элементы, токсичные для большинства бактерий. В основном это тяжелые металлы: ртуть, свинец, хром, марганец, медь и другие.

Источником тяжелых металлов для микроорганизмов также является и человек, но, конечно, не в прямом смысле. Например, использование неорганических удобрений, пестицидов, сжигание бытовых отходов, батареек, разливы нефтепродуктов, добыча руды - вся эта деятельность отравляет окружающую среду тяжелыми элементами. Они сохраняются в почве намного дольше, чем органические загрязнители, поскольку грунт не только активнее всего поглощает металлы, но и является домом для разнообразных групп микробов, которые при этом подвергаются риску заражения токсинами.

Тяжелые металлы препятствуют многим микробным функциям — поддержанию структуры почвы, образованию почвенных органических веществ, разложению токсичных соединений. В долгосрочной перспективе заражение тяжелыми металлами может угрожать функционированию целой экосистемы.

Ртуть, кадмий и свинец подавляют деление клеток, снижают активность и трансляцию ферментов и денатурируют белки. Также они повреждают ДНК и клеточные мембраны из-за ионного дисбаланса, который возникает, когда тяжелые металлы вытесняют важные минералы из клеточной мембраны и занимают их место. Медь, никель и цинк также создают дисбаланс ионов и подавляют активность ферментов. Соответственно, тяжелые металлы полностью нарушают метаболизм, рост и размножение микробов.

В таких условиях выжить смогут только металлотолерантные организмы, которые научились жить в среде, богатой тяжелыми элементами. Но природа была бы не природой, если бы не попыталась исправить очередную человеческую ошибку. Некоторые микробы уже выработали механизмы, которые борются с повышенным содержанием тяжелых металлов.

Первый — самый простой — предотвращение попадания металла в ячейку клетки. Организм выявляет тяжелые металлы и блокирует транспортеры — туннели, которые позволяют молекулам входить в клетку и выходить из нее. Второй механизм связан с внеклеточным производством слизистых соединений, которые словно липкий панцирь задерживают попадание металлов внутрь клетки.

Если микробам не под силу блокировать поглощение металлов, они могут выделять их во внешнюю среду, правда этот процесс требует больших энергетических затрат. Еще микробы научились образовывать нерастворимые комплексы с тяжелыми металлами, ученые называют этот процесс секвестрацией или накоплением. Он происходит непосредственно внутри клетки, вся токсичность как бы накапливается отдельно, не нарушая жизненно важные процессы.

Но и это еще не все. Микробы оказались настолько умны, что стали использовать тяжелые металлы для производства энергии. Впоследствии она идет на то, чтобы очищать их клетки от токсинов — так бактерии убивают сразу двух зайцев.

По материалам scienceabc.com