Природные органические вещества принимают участие в постоянном процессе круговорота элементов в биосфере Земли. Возможность деструкции всех природных органических веществ микроорганизмами ни у кого не вызывает сомнения. Сто лет назад Луи Пастер писал: «...роль бесконечно малых казалась мне бесконечно большой... благодаря участию их в разложении и возвращению в воздух всего, что жило!» [197]. Очень яркая, образная картина огромного кладбища, каким предстала бы перед нами природа в отсутствие микроорганизмов, представлена в известном учебнике академика В. Л. Омелянского [193]. Видный советский микробиолог А. Е. Крисс [150] указывает: «По доступности для бактериальных ферментов органическое вещество разделяется на нестойкое и стойкое органическое вещество. Эти термины означают, что всякое органическое вещество в подходящих условиях подвергается превращениям энзимами бактерий, но не с одинаковой легкостью». Автор здесь имеет в виду «органическое вещество», продуцируемое в Мировом океане. Но эти слова можно в полной мере отнести ко всем природным органическим соединениям биосферы, особенно если учесть деятельность не только бактерий, но актиномице-тов и микроскопических грибов. И то, что органика сохраняется на протяжении веков в древннх мощах, мумиях египетских фараонов и т. п., отнюдь не означает, что она стойка к микробной атаке, а означает лишь отсутствие «подходящих условий» для проявления разрушительной способности микроорганизмов. То же самое можно сказать и об углеводородах нефти, которые залегают в недрах Земли практически без изменений миллионы лет — будучи извлеченными на поверхность, в аэробных условиях они сразу же находят для себя потребителей среди разнообразнейших представителей микробного мира.[ ...]
Ассортимент синтетических веществ, которые попадают в окружающую среду, сравнительно невелик, хотя исчисляется уже десятками тысяч наименований. Количество таких соединений, в отличие от природных, неудержимо растет. Круговорот элементов в современной биосфере включает также и эти органические вещества. На рис. 33 представлена схема основных превращений природных и синтетических соединений [43]. Синтетические процессы, осуществляемые в результате автотрофного и гетеротрофного биосинтеза, дополняются сейчас химическим синтезом, реализуемым человеком.[ ...]
Ферменты, которые осуществляют реакции основного и конструктивного метаболизма, высокоспецифичны и, как правило, конститутивны. Ферменты подготовительного метаболизма относятся в основном к индуктивным ферментам и намного менее специфичны. Это способствует вовлечению в микробные реакции самых разнообразных соединений, в частности и таких, которые ранее в природе не встречались.[ ...]
Однако синтетические вещества обычно очень медленно разлагаются в окружающей среде, они склонны накапливаться в живых организмах, причем степень кумуляции увеличивается по трофической цепи. Так, например, степень кумуляции хлор-органических пестицидов (в том числе ДДТ) водорослями достигает двух порядков [505], а концентрация ДДТ в теле рыб может в десятки тысяч раз превышать его концентрацию в воде, в которой эта рыба живет [395]. Синтетические органические вещества в природе подвергаются атаке главным образом со стороны микроорганизмов. Изучение этого процесса, познание физиологических, биохимических и генетических механизмов микробной деструкции синтетических соединений представляет собой один из интереснейших, важнейших и наименее изученных разделов современной теоретической микробиологии [113, 114, 122, 123].[ ...]
Наиболее важный, нуждающийся в разрешении практический вопрос состоит в подборе соответствующих культур микроорганизмов и нахождении подходящих условий для разрушения синтетических органических веществ. Но уже сейчас в сточных водах встречается более 55 тысяч разнообразных синтетических соединений [178] и найти для каждого из них оптимальный режим биодеградации и самый подходящий микроорганизм-деструктор представляется нереальной задачей.[ ...]
Значительно большую научную информацию несут исследования по разрушению активным илом пли биопленкой определенного синтетического вещества. Однако в большинстве этих работ преобладают инженерно-технологические аспекты и мало внимания акцентируется на «главных действующих лицах» — бактериях, актиномицетах или грибах, которые осуществляют весь процесс деструкции. И только в последнее время к решению острой проблемы очистки биосферы от синтезированных человеком органических веществ подключаются микробиологи и биохимики, которые изучают пути деструкции определенных, наиболее важных (токсических или широко распространенных) синтетических загрязнителей, ищут микроорганизмы-деструкторы, выделяют ферментные системы, обеспечивающие данный процесс.[ ...]
Наиболее распространенный метод поиска микроорганизмов-деструкторов органических соединений сводится к тому, что определенную экологическую систему (ил, почву) обрабатывают некоторое время водой, содержащей в возрастающей концентрации вещество, которое необходимо разрушить, а затем из такой культуры накопления выделяют микроорганизмы, способные использовать это соединение как единственный источник энергии, углерода, азота и т. д. Такой метод нельзя считать целесообразным. И не только потому, что он чисто эмпирический. Его использование не гарантирует отбора действительно наилучшего микроба-деструктора, хотя выбор производится из чрезвычайно широкого круга организмов: при этом выделяется микроорганизм, который именно в данных условиях скрининга разрушает то или иное вещество. Даже при незначительных изменениях реакции среды, аэрации, температуры и т. п. может доминировать и выделиться другой микроорганизм. Научный подход к выбору микроорганизмов-деструкторов должен базироваться на детальном изучении физиологии и биохимии микробных культур, а также путей деструкции органических веществ в живой клетке. 7 олько на основании таких знаний можно сознательно подбирать микробы, способные обезвреживать определенные соединения, или установить наличие органических веществ, которые могут быть разрушены отдельной группой микроорганизмов.[ ...]
Синтетические соединения имеют самое разнообразное химическое строение, физиологические свойства, назначение и применение. Исследования, связанные с изучением деструкции этих веществ с помощью микроорганизмов, постоянно расширяются. Необходимо обобщить весь накопленный экспериментальный материал, найти правильные подходы к классификации загрязнений с точки зрения их возможной бнодеструкции. Вопрос этот очень сложный. Настоятельная необходимость разделить синтетические вещества на определенное число групп диктуется потребностью практики, желанием на каждое изменение состава загрязнителей адекватно реагировать сознательным изменением биоценоза, способного их обезвреживать.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Схема превращений природных и синтетических веществ в |
 |