Исследователи предложили метод очистки почвы от несимметричного диметилгидразина (известного также как гептил), который является высокотоксичным компонентом ракетного топлива, с использованием бактерий Bacillus subtilis KK1112 и неприхотливых кормовых растений. Ученые провели измерения токсичности загрязненной среды до и после обработки бактериями и растительными проростками, используя бактериальные люминесцентные биосенсоры, которые обеспечивают высокую чувствительность и скорость анализа. Результаты экспериментов показали, что «содружество» бактерий и растений эффективно уменьшает токсичность среды, загрязненной данным веществом и продуктами его неполного окисления. Данный подход может быть использован для восстановления загрязненных территорий вблизи космодромов и ракетных полигонов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в Bioremediation Journal.

Один из самых опасных компонентов ракетного топлива — несимметричный диметилгидразин. Взаимодействуя с кислородом и при неполном окислении, это вещество производит соединения, способные вызывать мутации в ДНК, что делает его угрожающим для живых организмов. 

Поскольку часть топлива при ракетных запусках попадает в почву, необходима разработка технологий для очистки загрязненных территорий вблизи космодромов. 

Исследования показывают, что несимметричный диметилгидразин и его токсичные продукты быстрее разлагаются на участках с растительностью и разнообразием почвенных микроорганизмов. Ученые полагают, что правильный выбор бактериальных культур и растительных видов может привести к созданию консорциумов, способных эффективно очищать почвы от остатков ракетного топлива.

Группа исследователей из Московского физико-технического института (Долгопрудный), Российского биотехнологического университета (Москва) и Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной биотехнологии (Москва) с помощью селекции создала штамм бактерий Bacillus subtilis KK1112, который способен выживать в экстремальных условиях — при концентрациях несимметричного диметилгидразина, превышающих допустимые нормы в 200 000 раз. Эти бактерии не только устойчивы к ядовитому веществу, но и активно участвуют в его преобразовании в безопасные соединения.

В своей работе авторы использовали почвенные бактерии, которые выращивали в среде с добавлением несимметричного диметилгидразина, постепенно увеличивая его концентрацию. 

Такой метод привел к тому, что клетки, чувствительные к этому токсичному веществу, погибли, а устойчивые survived. Поскольку данное вещество является мощным агентом, вызывающим повреждения ДНК, бактерии в процессе селекции приобрели новые свойства благодаря мутагенезу. Полученный штамм Bacillus subtilis KK1112 ученые впоследствии использовали для создания бактериально-растительных консорциумов.

Биологи внедрили препарат на основе бактерий в четырехдневные проростки распространенных и неприхотливых кормовых трав: костреца безостого (Bromus inermis), гибридной люцерны (Medicago varia) и тимофеевки луговой (Phleum pratense). Эти растения способны расти в условиях засухи и на соленых почвах, что делает их перспективными для практического использования в аридных зонах, где проводятся запуски космических аппаратов.

В течение недели часть образцов выращивалась в обычной воде, а другая часть — в воде с раствором несимметричного диметилгидразина. Через семь дней исследователи проверили, остались ли в образцах раствора с несимметричным диметилгидразином токсичные продукты его окисления. 

Для оценки токсичности загрязненной среды до и после обработки бактериями и проростками растений авторы использовали бактериальные люминесцентные биосенсоры, способные обнаруживать токсичные вещества, включая соединения, вызывающие мутагенез через повреждение ДНК.

Исследования показали, что бактерии Bacillus subtilis KK1112 наиболее эффективно нейтрализуют токсикант в сочетании с проростками костреца безостого. 

Это совместное использование микроорганизмов и растений практически полностью устранило токсическое воздействие производных несимметричного диметилгидразина. Бактерии не только очищали окружающую среду, но и защищали проростки от вредных веществ, что позволяло им развиваться даже в условиях загрязнения. В отсутствие микроорганизмов несимметричный диметилгидразин замедлял рост корневой системы и надземных частей растений на 60%, чего не наблюдалось при добавлении Bacillus subtilis. Это свидетельствует о том, что выделенный штамм может быть использован 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.

https://www.agroxxi.ru/zhurnal-agroxxi/novosti-nauki/rossiiskie-uchenye-vyveli-bakterii-dlja-inokuljacii-rastenii-s-celyu-obezvrezhivanija-toksichnogo-raketnogo-topliva-v-pochve.html