Гованус-канал в Бруклине, Нью-Йорк — одно из самых загрязнённых водных пространств США. За 150 лет в него сбрасывали промышленные отходы, химикаты и неочищенные сточные воды. Там, где раньше были приливные болота и пресный ручей, с середины XIX века проложили грузовой канал, который обслуживали бумажные фабрики, нефтяные предприятия, кожевенные заводы и другие промышленные объекты. Итог — до 6 метров токсичных осадков на дне, как отмечает Элизабет Энафф, вычислительный биолог из Нью-Йоркского университета.
В этих экстремальных условиях образовалась уникальная микробная экосистема. Недавнее исследование, опубликованное 15 апреля в Journal of Applied Microbiology под руководством Элизабет Энафф и Сергиоса-Орестиса Колокотрониса (эволюционный биолог и эпидемиолог из SUNY Downstate Health Sciences University), выявило 455 видов микроорганизмов, включая бактерии, археи и вирусы, способных выживать и развиваться в этом химическом "супе". Эти микробы не просто выживают — они приобрели гены и метаболические пути, позволяющие разлагать органические загрязнители и накапливать тяжёлые металлы.
В ходе первой детальной микробиологической и генетической инвентаризации Гованус-канала образцы собирались с поверхности донных отложений с помощью ПВХ-труб из каноэ, а также в виде глубоких кернов, доставленных подрядчиком EPA. Работа с такими материалами требовала строгих мер безопасности и иногда нарушения формальных ограничений на доступ. В лаборатории проводился анализ ДНК, сопоставление с базами данных известных организмов и функций их генов.
Исследование показало, что в осадках присутствуют экстремофилы — организмы, устойчивые к высоким концентрациям соли и перепадам температур. Микроорганизмы обладают 64 метаболическими путями для распада органических загрязнителей, таких как фенолы и толуол, и 1 171 геном, отвечающим за поглощение тяжёлых металлов. Кроме того, были обнаружены тысячи ранее не описанных генетических кластеров и метаболитов, потенциально способных к очистке среды.
Макс Хэггблом, экологический микробиолог из Ратгерского университета, не участвовавший в исследовании, охарактеризовал Гованус как "химический суп" и особо выделил его как горячую точку микробной эволюции. Он подчеркнул важность дальнейших экспериментов по отслеживанию деградации загрязнителей в контролируемых условиях.
Потенциал биоремедиации, то есть использования микробов для очищения загрязнённых территорий, огромен. Подобные методы уже применялись при ликвидации последствий утечки нефти Exxon Valdez в 1989 году. "Это резервуар потенциальных решений", — считает Колокотронис. В будущем эти "микробы-супергерои" могут культивироваться в биореакторах для фильтрации воды и ила, а условия окружающей среды — корректироваться для поощрения полезных бактерий. Добытый и загрязнённый ил можно предварительно обработать микробами, чтобы снизить его опасность перед захоронением.
Генетические адаптации микробов служат своеобразным архивом загрязнителей — зачастую даже более точным, чем человеческие записи. Исследователи обнаружили гены, свидетельствующие о наличии в канале ранее не документированных токсинов.
Результаты работы нашли отражение не только в научных публикациях, но и в публичном искусстве. В пространстве BioBAT Art Space в Бруклине проходит выставка "CHANNEL", где представлены биоплёнки и образцы осадков Гованус-канала, визуализирующие сложные взаимодействия между микробами и загрязнителями.
Микроорганизмы способны быстро обмениваться генами, распространяя полезные признаки, такие как умение расщеплять токсины или использовать необычные источники энергии (например, полихлорированные бифенилы и углеводороды). В токсичной среде бактерии и вирусы демонстрируют уникальные метаболические решения, что ускоряет их эволюцию.
Однако возможности микробной очистки ограничены. Тяжёлые металлы (кобальт, мышьяк и др.) могут быть только аккумулированы микробами, но не разрушены — их необходимо физически удалять, возможно, впоследствии перерабатывая в промышленности. Органические загрязнители частично разлагаются до неопасных соединений, однако этот процесс естественным образом может занимать век или даже тысячелетие. Кроме того, в канале найдено множество генов, ассоциированных с устойчивостью к антибиотикам, что представляет дополнительную угрозу общественному здоровью.
Параллельно с микробными исследованиями продолжается очистка канала по федеральной программе Superfund: ведётся выемка и захоронение токсичных отложений, которые вместе с микробами навсегда окажутся под слоем защитного покрытия. Несмотря на это, опасность для жителей прилегающих районов сохраняется из-за загрязнённого воздуха и почвы.
Гованус-канал остаётся уникальной лабораторией для изучения микробной эволюции и поиска новых биотехнологических решений. Исследователи подчеркивают важность изучения этих "случайных" экосистем, прежде чем они будут окончательно уничтожены в ходе ремедиации.
Изображение носит иллюстративный характер
В этих экстремальных условиях образовалась уникальная микробная экосистема. Недавнее исследование, опубликованное 15 апреля в Journal of Applied Microbiology под руководством Элизабет Энафф и Сергиоса-Орестиса Колокотрониса (эволюционный биолог и эпидемиолог из SUNY Downstate Health Sciences University), выявило 455 видов микроорганизмов, включая бактерии, археи и вирусы, способных выживать и развиваться в этом химическом "супе". Эти микробы не просто выживают — они приобрели гены и метаболические пути, позволяющие разлагать органические загрязнители и накапливать тяжёлые металлы.
В ходе первой детальной микробиологической и генетической инвентаризации Гованус-канала образцы собирались с поверхности донных отложений с помощью ПВХ-труб из каноэ, а также в виде глубоких кернов, доставленных подрядчиком EPA. Работа с такими материалами требовала строгих мер безопасности и иногда нарушения формальных ограничений на доступ. В лаборатории проводился анализ ДНК, сопоставление с базами данных известных организмов и функций их генов.
Исследование показало, что в осадках присутствуют экстремофилы — организмы, устойчивые к высоким концентрациям соли и перепадам температур. Микроорганизмы обладают 64 метаболическими путями для распада органических загрязнителей, таких как фенолы и толуол, и 1 171 геном, отвечающим за поглощение тяжёлых металлов. Кроме того, были обнаружены тысячи ранее не описанных генетических кластеров и метаболитов, потенциально способных к очистке среды.
Макс Хэггблом, экологический микробиолог из Ратгерского университета, не участвовавший в исследовании, охарактеризовал Гованус как "химический суп" и особо выделил его как горячую точку микробной эволюции. Он подчеркнул важность дальнейших экспериментов по отслеживанию деградации загрязнителей в контролируемых условиях.
Потенциал биоремедиации, то есть использования микробов для очищения загрязнённых территорий, огромен. Подобные методы уже применялись при ликвидации последствий утечки нефти Exxon Valdez в 1989 году. "Это резервуар потенциальных решений", — считает Колокотронис. В будущем эти "микробы-супергерои" могут культивироваться в биореакторах для фильтрации воды и ила, а условия окружающей среды — корректироваться для поощрения полезных бактерий. Добытый и загрязнённый ил можно предварительно обработать микробами, чтобы снизить его опасность перед захоронением.
Генетические адаптации микробов служат своеобразным архивом загрязнителей — зачастую даже более точным, чем человеческие записи. Исследователи обнаружили гены, свидетельствующие о наличии в канале ранее не документированных токсинов.
Результаты работы нашли отражение не только в научных публикациях, но и в публичном искусстве. В пространстве BioBAT Art Space в Бруклине проходит выставка "CHANNEL", где представлены биоплёнки и образцы осадков Гованус-канала, визуализирующие сложные взаимодействия между микробами и загрязнителями.
Микроорганизмы способны быстро обмениваться генами, распространяя полезные признаки, такие как умение расщеплять токсины или использовать необычные источники энергии (например, полихлорированные бифенилы и углеводороды). В токсичной среде бактерии и вирусы демонстрируют уникальные метаболические решения, что ускоряет их эволюцию.
Однако возможности микробной очистки ограничены. Тяжёлые металлы (кобальт, мышьяк и др.) могут быть только аккумулированы микробами, но не разрушены — их необходимо физически удалять, возможно, впоследствии перерабатывая в промышленности. Органические загрязнители частично разлагаются до неопасных соединений, однако этот процесс естественным образом может занимать век или даже тысячелетие. Кроме того, в канале найдено множество генов, ассоциированных с устойчивостью к антибиотикам, что представляет дополнительную угрозу общественному здоровью.
Параллельно с микробными исследованиями продолжается очистка канала по федеральной программе Superfund: ведётся выемка и захоронение токсичных отложений, которые вместе с микробами навсегда окажутся под слоем защитного покрытия. Несмотря на это, опасность для жителей прилегающих районов сохраняется из-за загрязнённого воздуха и почвы.
Гованус-канал остаётся уникальной лабораторией для изучения микробной эволюции и поиска новых биотехнологических решений. Исследователи подчеркивают важность изучения этих "случайных" экосистем, прежде чем они будут окончательно уничтожены в ходе ремедиации.