Но эти взрывчатые вещества и боеприпасы оставляют после себя токсичные соединения, которые загрязнили миллионы акров военных баз США — с расчетным счетом за очистку от 16 до 165 миллиардов долларов.В статье, опубликованной 16 ноября в журнале Plant Biotechnology Journal, исследователи Вашингтонского и Йоркского университетов описывают новые трансгенные виды трав, которые могут нейтрализовать и уничтожить гексоген — токсичное соединение, которое широко использовалось во взрывчатых веществах со времен Второй мировой войны.
Инженеры UW внедрили два гена бактерий, которые научились поедать гексоген и расщеплять его на безвредные компоненты у двух видов многолетних трав: просо просо (Panicum virgatum) и ползучая полевица (Agrostis stolonifera). Наиболее эффективные штаммы удалили весь гексоген из смоделированной почвы, в которой они были выращены, менее чем за две недели, и они не сохранили никаких токсичных химических веществ в своих листьях или стеблях.Это первая заявленная демонстрация генетического преобразования трав для повышения их способности удалять загрязнения из окружающей среды. Травы — это здоровые, быстрорастущие растения, не требующие особого ухода, которые обладают практическими преимуществами перед другими видами в условиях реальной уборки.
«Это устойчивый и доступный способ удаления и уничтожения загрязняющих веществ на этих полигонах», — сказал старший автор и профессор гражданской и экологической инженерии Университета штата Вашингтон Стюарт Стрэнд, чья лаборатория сосредоточена на взятии генов у микроорганизмов и животных, способных разлагать токсичные соединения. и превращение их в полезные растения.«Траву можно было высаживать на тренировочных полигонах, выращивать самостоятельно и практически не требовать обслуживания.
Когда токсичная частица из боеприпасов приземляется в целевой области, их корни поглощают гексоген и разлагают его, прежде чем он достигнет грунтовых вод. , "Сказал Стрэнд.RDX — это органическое соединение, которое составляет основу многих обычных военных взрывчатых веществ, которые могут оставаться в окружающей среде в неразорвавшихся или частично взорвавшихся боеприпасах. Было показано, что в достаточно больших дозах он вызывает судороги и повреждение органов, и в настоящее время он внесен в список Агентства по токсичным веществам. Регистр болезней как потенциальный канцероген для человека.
В отличие от других токсичных компонентов взрывчатых веществ, таких как тротил, который связывается с почвой и имеет тенденцию оставаться на месте, гексоген легко растворяется в воде и более склонен к распространению загрязнения за пределы военного полигона, производственного объекта или поля боя.«Частицы рассыпаются, а затем идет дождь», — сказал Стрэнд. «Затем гексоген растворяется в дождевой воде, когда он движется вниз через почву и попадает в грунтовые воды.
А в некоторых случаях он стекает с основания и попадает в колодцы с питьевой водой».Дикие травы действительно удаляют загрязнения из почвы, когда они всасывают воду через корни, но они не разрушают ее значительно. Поэтому, когда трава умирает, ядовитый химикат снова попадает в ландшафт.
Соавторы Нил Брюс и Лиз Рилотт, профессор биотехнологии и научный сотрудник, соответственно, из Йоркского университета и его коллеги ранее выделили ферменты, обнаруженные в бактериях, которые эволюционировали, чтобы использовать азот, содержащийся в гексогене в качестве источника пищи. Этот процесс пищеварения имеет дополнительное преимущество, заключающееся в разложении токсичного соединения RDX на безвредные составляющие.Сами бактерии не являются идеальным инструментом для очистки, потому что им требуются другие источники пищи, которые не всегда присутствуют на военных полигонах.
Итак, Брюс и Рилотт попытались внедрить бактериальные гены в виды растений, обычно используемые в лабораторных условиях. Эти эксперименты доказали, что новые штаммы растений способны удалять загрязнение гексогеном намного успешнее, чем их дикие аналоги.
«Учитывая глобальные масштабы загрязнения взрывчатыми веществами, установки являются единственным недорогим и устойчивым решением для очистки этих загрязненных участков», — сказал Брюс.Команда инженеров-строителей и инженеров-экологов из UW в течение восьми лет работала над экспрессией тех же генов у видов растений, которые могли бы выдержать реальное использование. Им нужен был плодородный многолетний вид, который год за годом отрастает и имеет сильную корневую систему, которая может восстанавливаться после пожаров.Травы соответствуют этим требованиям, но с ними труднее манипулировать генетически.
В частности, инженеры UW должны были встроить в свои генные конструкции надежные «промоторы» однодольных растений — или участки ДНК, которые вызывают экспрессию определенного гена, — чтобы этот процесс работал у видов трав.«Для очистки загрязненных почв лучше всего подходят травы, но их определенно не так легко трансформировать, тем более что гибкие системы для экспрессии нескольких генов в травах раньше не использовались», — сказал первый автор и действующий инструктор UW Лонг Чжан.
Исследовательская группа также обнаружила еще одно неожиданное побочное преимущество: поскольку генетически модифицированные травы используют гексоген в качестве источника азота, они фактически растут быстрее, чем виды диких трав.Следующие шаги исследовательской группы UW включают ограниченные полевые испытания на военном полигоне, чтобы проверить, как штаммы работают в различных условиях.
Для более широкого использования потребуется одобрение Министерства сельского хозяйства США, чтобы гарантировать, что генетические модификации не представляют угрозы для видов диких трав.«Я думаю, что это было бы экологически приемлемо, потому что введенные нами гены разлагают реальные загрязнители в окружающей среде и не причиняют вреда», — сказал Стрэнд. «С моей точки зрения, это полезная технология, полезная для окружающей среды и способная удалить опасное унаследованное от десятилетий военной деятельности загрязнение».