Учёные предложили «живые биофильтры» для очистки водоёмов от токсинов
В реках и озёрах в последние годы всё чаще происходит вредоносное цветение цианобактерий, известных также как сине‑зелёные водоросли. Эти микроорганизмы выделяют токсичные вещества, в том числе микроцистины — соединения опасные для здоровья и жизни животных и человека. Традиционные методы очистки водоёмов от них дороги, а химические реагенты могут оставлять вредные продукты распада, поэтому учёные ищут безопасные биологические способы борьбы с такими токсинами.
Сотрудники Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук проанализировали перспективы использования для этих целей фермента MlrA, который выделяют бактерии, способные расщеплять микроцистины. Известно, что этот фермент разрывает их циклическую структуру, после чего вредное воздействие снижается в 2100 раз, по сути, делая микроцистины нетоксичными. Обзор опубликован в журнале «Физиология растений» (Том 73, № 1, 2026).
«Биологическая деградация микроцистинов с использованием ферментативных систем рассматривается как перспективная альтернатива физико-химическим методам, зачастую имеющим существенные ограничения», — сообщили авторы исследования.
Вместе с тем, отметили они в статье, получать MlrA в больших количествах затруднительно, так как этот фермент содержит гидрофобные участки и сложен для наработки в привычных бактериальных системах. Исследователи предложили не выделять белок, а встраивать его ген в фотоавтотрофные организмы. Фотоавтотрофы — это растения и цианобактерии, которые создают органику из углекислого газа и воды при помощи света.
Такие организмы не нуждаются в добавлении дорогостоящих органических соединений (например, сахаров), при этом тесно взаимодействуя с токсичными цианобактериями естественным образом. «Это открывает перспективы создания „живых биофильтров“, способных к длительной автономной работе в поверхностных слоях воды без дополнительного внесения органических субстратов», — пояснили учёные.
По их словам, подобные попытки уже предпринимались ранее. Для этого использовали нетоксичную цианобактерию Synechocystis в качестве хозяина для гена mlrA. Фермент, ген которого перенесли от исходной бактерии Sphingomonas в цианобактерию, показал в несколько раз более высокую активность, однако в эксперименте белок оставался внутри клетки, а не выходил наружу. Это значит, что при определенной доработке метода есть все шансы получить стабильно работающую систему.
Технология может найти широкое применение, считают исследователи. В частности, «живые биофильтры» на основе цианобактерий с ферментом MlrA подойдут для очистки воды в районах массового цветения. Например, в местах водозабора для питьевых нужд, на рыбоводческих хозяйствах или в рекреационных зонах — там, где купаются люди.
Преимущество таких систем, отметили авторы публикации, в том, что они могут работать автономно в поверхностных слоях воды, используя только солнечный свет и минеральные вещества. Это снижает затраты на очистку водоёмов. В долгосрочной перспективе «живые биофильтры» помогут восстанавливать загрязнённые водоёмы без постоянного вмешательства человека.
«Хотя отношение научного сообщества к генетически модифицированным микроорганизмам (ГММ) до сих пор настороженное, а законодательное регулирование как в России, так и в мире находится на этапе формирования, нельзя не отметить, что уже существуют прецеденты применения ГММ для устранения токсичных веществ», — подчеркнули авторы публикации.
В качестве примера они привели мероприятия по утилизации фенола после затяжного пожара на крупнейшей сланцевой шахте СССР (ныне Эстония) в 1988 году с помощью генно-модифицированной бактерии Pseudomonas putida.
Исследование поддержано Российским научным фондом (грант № 21-74-30003-п) и государственной программой Российской Федерации.
