Новые виды трав нейтрализуют токсичное загрязнение от боеприпасов и взрывчатки
На полигонах для боевой подготовки войска отрабатывают стрельбу артиллерийскими снарядами, сброс бомб и испытания нового оружия. Однако взрывчатые вещества и боеприпасы оставляют после себя токсичные соединения, загрязнившие миллионы акров территорий военных баз США. Ориентировочная стоимость очистки оценивается в $16–165 млрд.
В статье, опубликованной 16 ноября в Plant Biotechnology Journal, исследователи из Вашингтонского университета и Йоркского университета описали новые трансгенные виды трав, способные нейтрализовать и уничтожать RDX — токсичное соединение, широко используемое во взрывчатке со времён Второй мировой войны.
Инженеры ввели два гена из бактерий, научившихся "поедать" RDX и расщеплять его на безвредные компоненты, в два многолетних вида трав: просо прутьевидное (Panicum virgatum) и полевицу побегообразующую (Agrostis stolonifera). Наиболее эффективные штаммы удалили весь RDX из моделированной почвы менее чем за две недели, не накапливая токсичное химическое вещество в своих листьях или стеблях.
Это первая демонстрация генетической трансформации трав для усиления их способности удалять загрязнения из окружающей среды. Травы — выносливые, быстрорастущие, неприхотливые растения, имеющие практические преимущества в реальных условиях очистки.
"Это устойчивый и доступный способ удаления и уничтожения загрязнителей на этих полигонах", — сказал старший автор, профессор гражданской и экологической инженерии Вашингтонского университета Стюарт Странд.
RDX — органическое соединение, основа многих распространённых военных взрывчатых веществ, которое может сохраняться в окружающей среде в невзорвавшихся боеприпасах. В достаточно больших дозах он может вызывать судороги и повреждение органов, а также считается потенциальным канцерогеном для человека.
В отличие от других токсичных компонентов взрывчатки, таких как TNT, RDX легко растворяется в воде и с большей вероятностью распространяет загрязнение за пределы полигона, попадая в грунтовые воды и питьевые колодцы.
Дикие виды трав поглощают RDX из почвы с водой через корни, но практически не разлагают его. Когда трава отмирает, токсичное химическое вещество возвращается в окружающую среду.
Ранее соавторы Нил Брюс и Лиз Райлотт из Йоркского университета выделили бактериальные ферменты, которые эволюционировали для использования азота из RDX в качестве источника пищи. Этот процесс пищеварения также приводит к расщеплению токсичного соединения RDX на безвредные составляющие.
Команда инженеров-экологов Вашингтонского университета потратила восемь лет, чтобы экспрессировать те же гены в видах растений, пригодных для реального использования. Им нужны были выносливые многолетние виды с сильной корневой системой, способные восстанавливаться после пожаров.
Травы подходят, но их сложнее генетически модифицировать. В частности, инженерам пришлось создать в своих генетических конструкциях эффективные промоторы (участки ДНК, запускающие экспрессию гена) для работы в видах трав.
Исследователи также обнаружили неожиданное дополнительное преимущество: поскольку генетически модифицированные травы используют RDX в качестве источника азота, они растут быстрее, чем дикие виды.
Следующие шаги включают ограниченные полевые испытания на военном полигоне. Широкое использование потребует одобрения USDA, чтобы гарантировать, что генетические модификации не представляют угрозы для диких видов трав.
"С моей точки зрения, это полезная технология, которая выгодна окружающей среде и имеет потенциал для удаления опасного наследия загрязнения от десятилетий военной деятельности", — считает Стюарт Странд.