Российские ученые предложили "подсвечивать" отравленные почвы

В этом контексте специалисты Сургутского государственного университета (СурГУ) разработали инновационный способ определения загрязнения почвы дизельным топливом. Данная методика основана на уникальном свойстве компонентов дизельного топлива подавлять свечение белка люциферазы, что позволяет быстро и точно выявлять наличие загрязнений. Результаты этой работы были опубликованы в научном журнале Toxics, что подчеркивает её актуальность и научную значимость.

Загрязнение почвы нефтепродуктами, такими как дизельное топливо, представляет серьезную экологическую проблему. Оно приводит к гибели микроорганизмов и растений, населяющих грунт, что в итоге делает почву безжизненной на длительный период — зачастую на несколько лет. Особенно остро эта проблема стоит в промышленных и нефтедобывающих регионах, где дизельное топливо является одним из наиболее распространенных загрязнителей почвы и водоемов. Об этом подробно рассказал один из авторов исследования, проректор по науке и технологиям СурГУ Олег Сутормин, подчеркнув важность разработки новых методов мониторинга для своевременного выявления и устранения подобных загрязнений.

Разработка нового способа определения загрязнения почвы дизельным топливом открывает перспективы для более эффективного экологического контроля и защиты природных ресурсов. Благодаря использованию биохимического подхода с белком люциферазой, метод позволяет выявлять даже незначительные концентрации загрязнителей, что способствует более раннему вмешательству и предотвращению масштабных экологических последствий. В будущем подобные технологии могут стать стандартом в экологическом мониторинге, помогая сохранять здоровье экосистем и обеспечивать устойчивое развитие территорий, подверженных нефтяным загрязнениям.

В условиях северных регионов природные процессы разложения загрязнений в почве протекают значительно медленнее из-за низких температур и специфики экосистемы, что создает дополнительные сложности при мониторинге состояния почв. Традиционные методы оценки динамики очищения почв часто требуют применения токсичных органических растворителей, которые несовместимы с биотестированием и могут искажать результаты. Основная сложность заключается в том, что извлечь углеводороды из почвенных образцов с помощью воды практически невозможно, поскольку компоненты нефти обладают низкой растворимостью в воде, что подтверждает эксперт в данной области.

Чтобы преодолеть эти ограничения, специалисты СурГУ совместно с коллегами из Сибирского федерального университета и Института биофизики Сибирского отделения РАН разработали инновационный метод оценки токсичности дизельных загрязнений в почвах. Этот метод использует биосовместимый органический растворитель в сочетании с водой, что позволяет эффективно извлекать нефтяные компоненты без вреда для биотестирования. Ключевым элементом новой методики является эффект тушения излучения бактериальной люциферазы — фермента, который способен испускать свет, видимый невооруженным глазом. Изменения в интенсивности свечения этого фермента служат индикатором токсичности образцов, что обеспечивает более точную и экологически безопасную оценку состояния загрязненных почв.

Таким образом, внедрение данного подхода открывает новые возможности для экологического мониторинга и восстановления почв в северных регионах, где традиционные методы оказываются недостаточно эффективными. Это не только улучшит понимание процессов деградации и очистки почв, но и позволит своевременно принимать меры по минимизации негативного воздействия нефтяных загрязнений на экосистемы. В перспективе данная технология может стать стандартом в области экологического контроля и способствовать сохранению природных ресурсов в уязвимых арктических и субарктических зонах.

Современные методы анализа загрязнений почвы требуют точных и эффективных подходов к выявлению углеводородов. На начальном этапе нашего исследования мы сосредоточились на извлечении углеводородов из почвы. Согласно полученным данным, оптимальным растворителем для этой задачи является диметилсульфоксид (ДМСО), который обладает уникальной способностью переносить углеводороды в биосовместимую среду без разрушения их структуры. В конечной биолюминесцентной смеси концентрация ДМСО поддерживается на умеренном уровне — около 9 процентов, что критически важно для сохранения активности ферментов и обеспечения стабильности реакции. После экстракции к раствору добавляются два фермента, один из которых отвечает за излучение света. Интересно, что интенсивность биолюминесценции обратно пропорциональна содержанию углеводородов: чем выше их концентрация, тем сильнее подавляется световое излучение. Этот метод позволяет не только выявлять присутствие загрязнителей, но и количественно оценивать их уровень, что существенно расширяет возможности мониторинга экологического состояния почв. Таким образом, использование ДМСО в сочетании с биолюминесцентным анализом представляет собой перспективный и надежный инструмент для экологического контроля и исследований.

В современных экологических исследованиях и контроле загрязнений применяются разнообразные методы, среди которых особое внимание уделяется биотестам на клеточном уровне. Эти методы позволяют оценивать токсичность веществ, однако их результаты часто зависят не только от концентрации вредных компонентов, но и от состояния самих клеток, что может приводить к снижению точности и воспроизводимости измерений, подчеркнул эксперт.

Сегодня широко используются клеточные биотесты, которые основываются на реакции живых клеток на присутствие токсичных веществ. Однако подобный подход имеет свои ограничения: состояние клеток может варьироваться, влияя на конечный результат анализа. В отличие от этого, бесклеточные системы, применяемые для мониторинга чистоты воды, воздуха и снега, не используют живые клетки, что обеспечивает большую стабильность и воспроизводимость данных. Тем не менее, для определения содержания углеводородов в почве бесклеточные методы ранее не применялись, поскольку для экстракции этих веществ необходима специальная среда, способная сохранять активность ферментов и их правильную пространственную структуру.

«Нам удалось разработать уникальный подход, который позволяет найти оптимальный баланс: среда, в которую переходят углеводороды из почвы, поддерживает активность ферментов, сохраняя их функциональность и структуру», — пояснил Сутормин. Этот прорыв открывает новые возможности для более точного и надежного анализа загрязнений почвы углеводородами, что особенно важно для экологического мониторинга и оценки воздействия промышленных выбросов. В будущем такие методы могут значительно повысить качество контроля и помочь в своевременном выявлении экологических угроз, обеспечивая более эффективную защиту окружающей среды.

Современные методы исследования позволяют глубже понять взаимодействие растворителей с биологическими молекулами, что имеет важное значение для разработки новых биотехнологий. В частности, ученые провели молекулярно-динамическое моделирование, которое продемонстрировало, что при умеренных концентрациях диметилсульфоксида (ДМСО) структура ферментов остается неизменной. Это свидетельствует о высокой биосовместимости данного растворителя, что открывает перспективы его применения в биохимических и фармацевтических исследованиях. Такие результаты подтверждают возможность использования ДМСО в качестве безопасного среды для ферментативных реакций без риска нарушения их функциональной активности.

Данное исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта №24-14-20030, что подчеркивает значимость и актуальность работы для отечественной науки. Кроме того, развитие данного направления продолжается в стратегическом технологическом проекте Сургутского государственного университета "Химия нефти", который реализуется в рамках федеральной программы "Приоритет-2030" национального проекта "Молодежь и дети". Эти инициативы способствуют не только углублению фундаментальных знаний, но и развитию инновационных технологий, направленных на решение актуальных задач в области химии и биотехнологий.

Таким образом, результаты молекулярно-динамического моделирования не только подтверждают безопасность использования ДМСО в биохимических системах, но и создают основу для дальнейших исследований, направленных на расширение спектра применения растворителей в биомедицинских и промышленных процессах. Поддержка научных фондов и участие в национальных проектах обеспечивают устойчивое развитие данной области, стимулируя молодых ученых и способствуя внедрению передовых технологий в практику.

Источник и фото - ria.ru