Использование методов генной инженерии
2.2. Использование методов генной инженерии для биодеградации ксенобиотиков
Некоторые микроорганизмы обладают природной способностью к деградации различных ксенобиотиков, однако следует иметь в виду, что: 1) ни один из них не может разрушать все органические соединения; 2) некоторые органические соединения в высокой концентрации подавляют функционирование или рост деградирующих их микроорганизмов; 3) большинство очагов загрязнения содержит смесь химикатов, и микроорганизм, способный разрушать один или несколько ее компонентов, может инактивироваться другими компонентами; 4) многие неполярные соединения адсорбируются частицами почвы и становятся менее доступными; 5) биодеградация органических соединений часто происходит довольно медленно. Часть этих проблем можно решить, осуществив конъюгационный перенос плазмид, которые кодируют ферменты разных катаболических путей, в один реципиентный штамм (рис.5). Если две плазмиды содержат гомологичные участки, то между ними может произойти рекомбинация с образованием гибридной плазмиды, которая имеет больший размер и обладает свойствами исходных плазмид. Если же две плазмиды не содержат гомологичных участков и относятся к разным группам несовместимости, то они могут сосуществовать в одной бактерии.
В 1970-х гг. Чакрабарти и его коллегами (США) был создан первый бактериальный штамм, обладающий более широкими катаболическими возможностями. Он расщеплял большинство углеводородов нефти и был назван «супербациллой». Для его получения использовали плазмиды, каждая из которых кодировала фермент, расщепляющий определенный класс углеводородов: плазмида САМ детерминировала деградацию камфары, ОСТ — октана, NAH — нафталина, XYL - ксилола (рис.5). Сначала путем конъюгации перенесли плазмиду САМ в штамм, несущий плазмиду ОСТ. Эти две плазмиды несовместимы (не могут существовать в одной клетке в виде отдельных плазмид), но в результате происходящей между ними рекомбинации образуется одна плазмида, объединяющая их функции. Затем аналогичным путем плазмиду NAH перенесли в штамм, несущий плазмиду XYL. Эти плазмиды совместимы и могут сосуществовать в одной клетке несли плазмиду САМ в штамм, несущий плазмиду ОСТ. Эти две плазмиды несовместимы (не могут существовать в одной клетке в виде отдельных плазмид), но в результате происходящей между ними рекомбинации образуется одна плазмида, объединяющая их функции. Затем аналогичным путем плазмиду NAH перенесли в штамм, несущий плазмиду XYL. Эти плазмиды совместимы и могут сосуществовать в одной клетке-хозяине. И, наконец, гибридную плазмиду перенесли в штамм, несущий плазмиды NAH и XYL. В результате всех этих манипуляций получили штамм, который растет на неочищенной нефти лучше исходных штаммов, взятых по отдельности или вместе.
Хотя сам этот штамм не использовали для ликвидации нефтяных загрязнений, он сыграл важную роль в становлении биотехнологической промышленности. Изобретатель «супербациллы» получил патент США, описывающий структуру данного штамма и возможности его применения. Это был первый патент, выданный за создание генетически модифицирован-ного микроорганизма и подтвержденный Верховным судом США, который постановил, что биотехнологические компании могут защищать свои изобретения точно так же, как химические и фармацевтические.
Большинство созданных в настоящее время рекомбинантных микроорганизмов – биодеструкторов, используемых в лабораторных условиях, являются мезофиллами, т.е. хорошо растут при температурах 20-400С. Это связано с общепринятыми мерами безопасности при работе с рекомбинантными микроорганизмами. Однако температура сточных вод или загрязненных водоемов обычно лежит в диапазоне 0-200С. Поэтому проводятся работы по созданию аналогичных психрофильных штаммов, которые в недалеком будущем найдут широкое применение.
Однако необходимо разработать и специальные технологии их использования в различных случаях. Так, вряд ли возможно из постоянное присутствие в “активном иле” очистных сооружений совместно с природными микроорганизмами, обладающими более высокой жизнеспособностью. Это неизбежно приведет к быстрой утрате рекомбинантых плазмид. Поэтому такие штаммы целесообразно добавлять в сточные воды или очистные сооружения периодически, в момент “пиковых” перегрузок по загрязняющим компонентам, для деградации которых они предназначены. Возможно так же создание отдельных линий или установок по очистке тех стоков, которые губительно действуют на “активный ил”, в которых будут использоваться специально созданные рекомбинантные микроорганизмы.
