Геомикробиологи показали, что многие бактерии и грибы в почве производят галогенорганические соединения

Галогенорганические соединения, такие как перхлорэтилен и трихлорэтилен, являются опасными загрязнителями грунтовых вод из-за их промышленного использования в химчистке и обезжиривании и повсеместного попадания в окружающую среду. Летучие соединения, например, хлорметан, сильно влияют на химию атмосферы и климат Земли, вызывая истощение озонового слоя. Долгое время считалось, что эти соединения производятся и выделяются только в результате деятельности человека. Однако за последние годы было идентифицировано более 5000 природных галогенорганических соединений, и данные свидетельствуют, что круговорот галогенов (например, хлора, брома) в почвах в значительной степени обусловлен микробными процессами.

Международная группа исследователей под руководством профессора Андреаса Капплера из Центра прикладных наук о Земле Тюбингенского университета и профессора Себастьяна Беренса, ныне работающего в Университете Миннесоты, изучила этот вопрос подробнее. Они проанализировали полный геномный инвентарь нетронутой лесной почвы в Тюбингене, Германия, чтобы выявить разнообразие, обилие и распределение микроорганизмов, способных к трансформации галогенированных органических соединений. Исследователи обнаружили искомое у бактерий, грибов и архей (своего рода прабактерий). Они выявили ранее неизвестное разнообразие генов, кодирующих (де)галогенирующие ферменты, в почвенном метагеноме. Результаты исследования, опубликованные в Scientific Reports, могут дать важную информацию для химии атмосферы, оценки климата Земли и биоремедиации.

Предположения о том, что галогены инертны и что большая часть галогенированного органического вещества в почвах имеет антропогенное происхождение, были поставлены под сомнение открытием естественно образующихся галогенорганических соединений. «Галогенирование и дегалогенирование органического вещества — часть нормального круговорота в почвах, — говорит Андреас Капплер. — Эти процессы в основном обусловлены микроорганизмами». Хотя специфические микробные реакции галогенирования известны десятилетиями, а связь между дегалогенированием антропогенных загрязнителей в лабораторных культурах и на загрязнённых полевых участках хорошо установлена, лишь немногие исследования специально рассматривали нетронутые экосистемы и генетический потенциал микробной деградации природных галогенорганических соединений, отмечает Капплер.

В новом исследовании учёные не выделяли отдельные организмы из лесной почвы, а проанализировали весь генный пул, найденный в земле — метагеном. Они идентифицировали все гены бактерий, грибов и архей, кодирующие галогенирующие и дегалогенирующие ферменты. Наиболее распространённые из этих генов были схожи с генами, обнаруженными у родов Bradyrhizobium, Solibacter, Sphingomonas, Burkholderia, Mycobacterium, Mesorhizobium и Pseudomonas. «Большое обилие этих ферментов и, соответственно, природных галогенорганических соединений, имеет важное значение, — говорит Андреас Капплер. — Галогены, такие как хлор или бром, добавляют в воду в качестве трассера для отслеживания движения почвенных вод. Если галогены присутствуют естественным образом, результаты могут быть ошибочными». Производство галогенорганических соединений микроорганизмами также необходимо учитывать при изучении круговорота галогенов в химии атмосферы. «Мы могли бы использовать микробную активность в биоремедиации загрязнённых почв лучше, чем раньше», — отмечает Капплер.