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Ein neues Verständnis toxinliebender Organismen kann helfen, die Umweltverschmutzung zu bekämpfen

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, dass bestimmte Organismen, die vor allem tief im Boden und unter Gewässern vorkommen, die giftigen Substanzen, die in vielen Industriebereichen entstehen, abbauen können. Diese Mikroben, die die Umweltverschmutzung verschlucken, wurden zur Behandlung von Verschmutzungen des Grundwassers und der Ölverschmutzung durch Deepwater Horizon eingesetzt. Dieser Vorgang wird als Bioremediation bezeichnet. Die Methode hat sich jedoch nicht genau durchgesetzt: Es war schwierig, genug von diesen Organismen für Behandlungen und weitere Untersuchungen zu reproduzieren, und die Wissenschaftler haben nicht genau verstanden, wie die Organismen diese komplexen Chemikalien tatsächlich abbauen.

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Forscher der Universität Manchester haben jedoch gerade entdeckt, dass diese mikroskopisch kleinen Organismen das übliche Vitamin B12 verwenden, um toxische Nebenprodukte abzubauen, und der Befund könnte bald zu leistungsstarken neuen Reinigungstechniken führen. Ihre kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie erklärt, wie sie die Röntgenkristallographie einsetzten, ein Verfahren, mit dem die Beugung von Röntgenstrahlen gemessen wird, um detaillierte 3D-Bilder atomarer Strukturen zu erstellen. zu sehen, wie der Prozess in den Organismen zum ersten Mal funktioniert.

Mithilfe der Röntgenkristallographie konnten Forscher nachweisen, dass bestimmte Bakterienarten giftige Organohalogenide durch einen dünnen, wasserbeständigen Spalt (grün) aufnehmen und in einer Tasche (lila) mit Vitamin B12 aufbewahren, das die Halogenatome trennt und so oder reduziert neutralisierende Toxizität. (Wissenschaft) Mithilfe der Röntgenkristallographie konnten Forscher nachweisen, dass bestimmte Bakterienarten giftige Organohalogenide durch einen dünnen, wasserbeständigen Spalt (grün) aufnehmen und in einer Tasche (lila) mit Vitamin B12 aufbewahren, das die Halogenatome trennt und so oder reduziert neutralisierende Toxizität. (Wissenschaft) (Wissenschaft)

Organohalogenide (benannt nach ihren kovalent gebundenen Halogenatomen) sind unangenehme Nebenprodukte bei der Herstellung von Dingen wie Antihaftbratpfannen, Lösungsmitteln für die chemische Reinigung und industriellen Entfettungsmitteln. Vulkane und Blitzeinschläge setzen sie ebenfalls in geringen Mengen frei. Einige bodenbewohnende, toxinliebende Organismen "atmen" tatsächlich die Organohalogenidmoleküle ein und trennen dabei einige oder alle Halogenmoleküle auf die gleiche Weise, wie Menschen Sauerstoff einatmen und Kohlendioxid ausstoßen. Nach einem kürzlich in Science veröffentlichten Artikel lassen diese Organismen die halogenhaltigen Toxine durch eine dünne, wasserabweisende Öffnung ein und halten sie in einer Tasche, die eine bestimmte Art von Vitamin B12 enthält. zusammen mit Enzymen, die den halogenreduzierenden Prozess katalysieren. Das Vitamin B12 ist der Schlüssel zu diesem Prozess, da es ein reaktives Kobaltatom enthält, das die Kohlenstoff- und Halogenbindung aufbricht. Selbst wenn der Prozess nicht alle Toxine entfernt, erhöht er dennoch die Löslichkeit des Moleküls, sodass es sich schneller zerstreuen und zersetzen kann. Das Team behauptet auch, die Herausforderung, die Organismen in großen Mengen zu produzieren, gemeistert zu haben, indem andere, schneller wachsende Organismen genetisch verändert wurden, um die wichtigsten umweltschädlichen Enzyme zu produzieren.

David Leys, einer der Autoren des Papiers, arbeitet seit 15 Jahren daran, diesen Entgiftungsprozess zu verstehen. Die Organismen, die zusammenfassend als reduktive Dehalogenasen bezeichnet werden, sind häufig an Orten anzutreffen, an denen Kohlenwasserstoffe kontaminiert sind, beispielsweise in Gewässern in der Nähe von Fabriken, in denen Industriechemikalien hergestellt werden. Leys fügt hinzu, dass einige dieser Organismen mehr als 35 verschiedene halogenreduzierende Enzyme enthalten, was bedeutet, dass es viele Möglichkeiten gibt, den Prozess der toxischen Säuberung zu verbessern, aber auch viel mehr zu studieren.

"Wir könnten versuchen, vorherzusagen, welche Verbindungen ein bestimmtes Bakterium / Enzym [Kombination] aus der Genomsequenz verwenden kann", sagt Leys. Er sagt auch, dass die aus der Forschung gewonnenen Erkenntnisse es Wissenschaftlern ermöglichen werden, die Organismen und ihre chemischen Prozesse so zu konstruieren, dass sie auf bestimmte von Menschen verursachte Toxine abzielen.

Abgesehen von einer verbesserten toxischen Säuberung sollte der Durchbruch zu einem besseren Nachweis von Organohalogeniden in der Lebensmittelversorgung und in der Umwelt führen. Die Halogen-suchenden Systeme der Bakterien könnten mit einem System gekoppelt werden, das ein fluoreszierendes grünes Protein erzeugt und in Gegenwart der Toxine einen sichtbaren Marker erzeugt. Alternativ könnten Elektroden verwendet werden, um die aktiven Enzyme auf spezifische Signale zu überwachen, die die Organismen in Gegenwart von Organohalogeniden emittieren.

Es ist unklar, wie oder wann dieses neue Wissen den Reinigungsprozess chemischer Schadstoffe drastisch verändern wird, da noch viel zu tun ist. Aber genau zu wissen, wie der Prozess funktioniert, sollte den Fortschritt vorantreiben.

Ein neues Verständnis toxinliebender Organismen kann helfen, die Umweltverschmutzung zu bekämpfen