Биодеградация

Биодеградация (от греч. bios — жизнь и лат. degradatio — снижение, ухудшение) — процесс разрушения загрязняющих веществ в окружающей среде под действием живых микроорганизмов (бактерий, грибов, водорослей).

Для разложения стойких чужеродных соединений (ксенобиотиков) часто используют сообщества (ассоциации) микроорганизмов или специально выведенные штаммы, так как они эффективнее, чем отдельные природные виды. В таких сообществах организмы взаимодействуют по-разному:

• Один вид может непосредственно расщеплять загрязнитель.
• Другой — поставлять первому недостающие питательные вещества или витамины.
• Возможна совместная «атака» на субстрат, когда разные виды синтезируют компоненты единого ферментативного комплекса.
• Часто процесс представляет собой цепочку последовательных ферментативных реакций, где каждый шаг выполняет свой микроорганизм.

Особой способностью к разрушению разнообразных загрязнителей отличаются бактерии рода Pseudomonas — они практически «всеядны».

Преимущества биологической очистки:

• Не приводит к появлению новых загрязняющих агентов, в отличие от многих химических методов.
• Способствует восстановлению экосистем (например, после бактериальной очистки водоёмов повышается плотность фитопланктона).

Кометаболизм — важное явление в биодеградации, когда один микроорганизм видоизменяет молекулу ксенобиотика, делая её доступной и привлекательной для других видов. Пример — совместное разложение инсектицида паратиона штаммами Pseudomonas aeruginosa и Pseudomonas stutzeri.

Иногда полного разрушения молекулы не происходит, но её модификация (например, фосфорилирование, метилирование, ацетилирование) уже достаточна для потери токсичности.

Современный контекст

Сегодня биодеградация — ключевое направление в биоремедиации (технологии очистки окружающей среды). Помимо бактерий, активно изучается и используется потенциал грибов (микоремедиация), в частности белой гнили (Phanerochaete chrysosporium), способной разлагать даже такие стойкие загрязнители, как диоксины и полихлорированные бифенилы. Развиваются направления метагеномики и синтетической биологии, позволяющие находить в природе и конструировать новые ферменты и микробные консорциумы для утилизации пластиков (полиэтилена, ПЭТ), нефтепродуктов и фармацевтических отходов.