Биологический тандем: бактерии и растения помогут обезвредить токсичное ракетное топливо в почве

Проростки костреца безостого (Bromus inermis), люцерны гибридной (Medicago varia) и тимофеевки луговой (Phleum pratense) при выращивании с B. Subtilis KK1112 (+KK1112), несимметричным диметилгидразином (+UDMH) и их комбинацией (+UDMH +KK1112).

© Novoyatlova et al. / Bioremediation Journal, 2025.

Ученые предложили очищать почву от несимметричного диметилгидразина (также известного как гептил) — высокотоксичного компонента ракетного топлива — с помощью бактерий Bacillus subtilis KK1112 и неприхотливых кормовых растений. Авторы измерили токсичность загрязненной среды до и после обработки бактериями и проростками растений с помощью бактериальных люминесцентных биосенсоров, обеспечивающих высокую чувствительность и скорость измерений. Эксперименты показали, что «содружество» бактерий и растений эффективно снижает токсичность для живых организмов среды, загрязненной этим веществом и продуктами его неполного окисления. Новый подход можно будет применять для восстановления загрязненных территорий вблизи космодромов и ракетных полигонов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Bioremediation Journal.

Один из наиболее токсичных компонентов ракетного топлива — несимметричный диметилгидразин. При контакте с кислородом и неполном окислении это вещество образует соединения, которые вызывают мутации в ДНК, а потому представляют опасность для живых организмов. Поскольку некоторое количество топлива при запусках ракет оказывается в почве, необходимы технологии очистки загрязненных им территорий вблизи космодромов. Известно, что быстрее всего несимметричный диметилгидразин и опасные продукты его окисления разрушаются на территориях, где есть растения и обитает большое разнообразие почвенных микроорганизмов. Поэтому ученые считают, что, если правильно подобрать культуры бактерий и виды растений, можно создать консорциумы (сообщества), которые будут эффективно очищать почвы от компонентов ракетного топлива.

Исследователи из Московского физико-технического института (Долгопрудный), Российского биотехнологического университета (Москва) и Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии (Москва) с помощью селекции вывели штамм бактерий Bacillus subtilis KK1112, способный выживать в экстремальных условиях — при концентрациях несимметричного диметилгидразина, превышающих предельно допустимые в 200 000 раз. Более того, эти бактерии не просто устойчивы к ядовитому веществу, но и активно участвуют в его преобразовании в безопасные соединения.

За основу авторы взяли почвенные бактерии и выращивали их в среде, куда добавляли несимметричный диметилгидразин, постепенно увеличивая его концентрацию. Такой подход привел к тому, что клетки, чувствительные к токсичному веществу, погибли, а устойчивые — выжили. А поскольку данное вещество является сильным ДНК-повреждающим агентом, то бактерии в ходе селекции приобретали новые свойства за счет мутагенеза. Полученный в результате штамм Bacillus subtilis KK1112 ученые далее использовали для создания бактериально-растительных консорциумов.

Биологи добавили препарат из бактерий к четырехдневным проросткам широко распространенных и неприхотливых кормовых трав: костреца безостого (Bromus inermis), люцерны гибридной (Medicago varia) и тимофеевки луговой (Phleum pratense). Эти культуры могут расти в засушливых условиях и в засоленной почве, поэтому в перспективе их будет удобно использовать на практике в аридных зонах запусков космических аппаратов.

Часть образцов в течение недели выращивали в обычной воде, а часть — в воде с раствором несимметричного диметилгидразина. Спустя семь дней авторы проверили, остались ли в образцах раствора, где был несимметричный диметилгидразин, токсичные продукты его окисления. Токсичность загрязненной среды до и после обработки бактериями и проростками растений авторы исследовали с помощью бактериальных люминесцентных биосенсоров, способных выявлять токсичные вещества, в том числе соединения, стимулирующие мутагенез за счет повреждения ДНК.

Оказалось, что бактерии Bacillus subtilis KK1112 эффективнее всего дезактивируют токсикант при использовании вместе с проростками костреца безостого. Такое сочетание микроорганизмов и растений практически полностью нейтрализовало токсическое действие производных несимметричного диметилгидразина. При этом бактерии не только очищали среду, но и защищали проростки от вредных соединений, позволяя им нормально развиваться даже в присутствии загрязнения. Так, в отсутствии микроорганизмов несимметричный диметилгидразин на 60% замедлил рост корневой системы и надземных органов растений, чего не наблюдалось при добавлении Bacillus subtilis. Это указывает на то, что выделенный авторами штамм можно использовать в сельском хозяйстве в качестве пробиотика для растений.

«По сути, мы создали природную систему очистки, в которой бактерии и растения совместно разрушают опасные соединения и восстанавливают плодородие почвы. Это экологически чистый и экономически выгодный способ решения серьезной экологической проблемы. Разработка открывает новые возможности для восстановления территорий, пострадавших от запусков ракет. Подобные консорциумы можно подобрать и для других промышленных загрязнений, а их эффективность можно оценить с помощью наших биосенсоров», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сергей Баженов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики Научно-исследовательского центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Источник: indicator.ru