Российские ученые изучили, как черная плесень нейтрализует трибутилфосфат

Исследование опубликовано на английском языке в издании Biology Bulletin Reviews, на русском — в журнале «Микология и фитопатология».

Трибутилфосфат (ТБФ) — органическое соединение, представляющее собой эфир ортофосфорной кислоты и н-бутанола. Это вязкая, бесцветная, плохо растворимая в воде жидкость, обладающая высокой растворяющей способностью по отношению к ряду металлов и их соединений. Благодаря этим свойствам ТБФ нашел широкое применение как экстрагент при переработке отработанного ядерного топлива и выделении урана и плутония, в качестве компонента флотационных реагентов для разделения трудноотделимых металлов, таких как цирконий и гафний, а также при производстве пластификаторов, гербицидов, пеногасителей и гидравлических жидкостей.

Мировое производство ТБФ составляет десятки тысяч тонн в год, и следы этого соединения регулярно обнаруживаются не только в промышленных стоках, но и в почве, воздухе, воде, продуктах питания и даже в тканях человека — в том числе в плаценте.

ТБФ относится к классу органофосфатных соединений, известных своей высокой токсичностью. Он является специфическим ингибитором ферментов, включая ацетилхолинэстеразу, бутирилхолинэстеразу, липазы и протеазы. В результате нарушается передача нервных импульсов и работа мышц, что может привести к резкому снижению двигательной активности, параличу дыхания и даже гибели водных и наземных организмов.

Кроме того, ТБФ — липофильное соединение, то есть легко проникает через биологические мембраны и накапливается в тканях живых организмов, особенно в жировой ткани и печени. Уже при низких концентрациях он вызывает гибель водных микроорганизмов, рачков и рыб. В экспериментах, описанных в статье, среда с ТБФ даже при 50-кратном разбавлении убивала 25% инфузорий Paramecium caudatum за час, а при 8-кратном — 60% рачков Artemia salina.

Поэтому разработка эффективных, экологически безопасных методов его утилизации — одна из актуальных задач современной биотехнологии.

Рост Aspergillus niger F-4815D через пять суток после посева: а — на среде с фосфатами без трибутилфосфата, б — на среде с 0,01% трибутилфосфата и фосфатами, в — на среде с 0,01% трибутилфосфата без фосфатов / © «Микология и фитопатология»

Предыдущие исследования показали, что два штамма Aspergillus niger (F-4815D и его «дочерний» вариант F-4816D) способны использовать в качестве источника фосфора, необходимого для жизни, даже такое ядовитое вещество как белый фосфор. Это навело группу ученых из Казанского национального исследовательского технологического университета, Казанского научного центра РАН, Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и Российского университета дружбы народов на мысль проверить способность этих плесневых грибов использовать для роста и органический фосфорсодержащий токсин — ТБФ.

Колонии Aspergillus niger F-4815D через 12 суток после посева: а — среда Чапека, б — среда Чапека + трибутилфосфат, в — среда Чапека без фосфатов, г — среда Чапека без фосфатов + трибутилфосфат / © «Микология и фитопатология»

В экспериментах грибы выращивали на среде Чапека с добавлением 0,01% ТБФ — как при наличии, так и при отсутствии неорганических фосфатов. Оба штамма выжили в присутствии ТБФ, а дочерний штамм F-4816D, полученный путем искусственного отбора, показал наиболее высокую устойчивость. В отсутствие других источников фосфора его рост даже усиливался в среде с ТБФ. Это позволяет предположить, что гриб расщепляет ТБФ на менее токсичные продукты — дибутилфосфат, монобутилфосфат, а затем — на неорганический фосфат и бутанол, которые использует в своем метаболизме.

Конидиеносцы Aspergillus niger F-4815D: а — среда Чапека, б — среда Чапека + трибутилфосфат, в — среда Чапека без фосфатов, г — среда Чапека без фосфатов + трибутилфосфат / © «Микология и фитопатология»

То, что мы обычно считаем недостатком — упрямую способность плесени выживать в токсичных условиях, — стало ее главным достоинством. Благодаря этой устойчивости Aspergillus niger может колонизировать загрязненные зоны и выполнять функцию биологического детоксиканта.

Колонии Aspergillus niger F-4816D через 12 суток после посева: а — среда Чапека, б — среда Чапека + трибутилфосфат, в — среда Чапека без фосфатов, г — среда Чапека без фосфатов + трибутилфосфат / © «Микология и фитопатология»

Перспективы применения штамма F-4816D включают:

создание биофильтриров и биореакторов с микроскопическими грибами для очистки промышленных сточных вод от ТБФ и связанных с ним металлов; рекультивацию почв на участках добычи и переработки руд. Конидиеносцы Aspergillus niger F-4816D: а — среда Чапека, б — среда Чапека + трибутилфосфат, в — среда Чапека без фосфатов, г — среда Чапека без фосфатов + трибутилфосфат / © «Микология и фитопатология»

Это особенно важно для регионов с развитой горнодобывающей или ядерной промышленностью, включая Мурманскую область, где присутствуют предприятия, работающие с редкими и радиоактивными металлами.