Российские ученые предложили "подсвечивать" отравленные почвы

В этом контексте специалисты Сургутского государственного университета (СурГУ) разработали инновационный способ выявления загрязнения почвы дизельным топливом, который может значительно повысить эффективность экологического контроля. Новый метод основан на уникальной способности компонентов дизельного топлива подавлять свечение белка люциферазы, что позволяет быстро и точно определять уровень загрязнения. Результаты данного исследования были опубликованы в научном журнале Toxics, что подтверждает их актуальность и научную значимость.

Загрязнение почвы нефтепродуктами, особенно дизельным топливом, представляет собой серьезную экологическую проблему, поскольку приводит к гибели микроорганизмов и растений, населяющих грунт. В результате почва теряет свою плодородность и остается безжизненной на протяжении нескольких лет, что негативно сказывается на биоразнообразии и сельском хозяйстве. Особенно остро эта проблема стоит в промышленных и нефтедобывающих регионах, где дизельное топливо является одним из наиболее распространенных загрязнителей почвы и водоемов. По словам Олега Сутормина, проректора по науке и технологиям СурГУ и одного из авторов исследования, именно солярка оказывает значительное негативное воздействие на экологию этих территорий.

Разработка новых методов выявления загрязнений, таких как предложенный учеными СурГУ, открывает перспективы для более оперативного и точного мониторинга состояния почв и водных ресурсов. Это, в свою очередь, позволит своевременно принимать меры по очистке и восстановлению экосистем, минимизируя долгосрочные экологические и экономические последствия. В дальнейшем планируется расширить применение данного метода и адаптировать его для выявления других видов загрязнителей, что сделает вклад в устойчивое развитие и охрану окружающей среды.

В условиях северных территорий естественные процессы разложения загрязнений в почве происходят значительно медленнее, что создает серьезные трудности при мониторинге их очистки. Оценка динамики восстановления почв в таких регионах требует применения специальных методов, однако традиционные органические растворители, используемые для извлечения углеводородов, часто оказываются токсичными и несовместимыми с биотестированием, что ограничивает возможности экологического контроля. Это связано с тем, что углеводороды, входящие в состав нефти, практически не растворяются в воде, поэтому извлечь их из почвенного образца с помощью водных растворов невозможно, как отметил эксперт.

В ответ на эти вызовы специалисты Сургутского государственного университета совместно с коллегами из Сибирского федерального университета и Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук разработали инновационный метод оценки токсичности дизельных загрязнений в почвах. Новый подход предполагает использование биосовместимого органического растворителя в сочетании с водой, что позволяет эффективно извлекать вредные компоненты без ущерба для биотестирования. Метод основан на феномене тушения излучения бактериальной люциферазы — уникального фермента, который способен испускать свет, видимый невооруженным глазом, и чья активность изменяется под воздействием токсичных веществ.

Данная технология открывает новые перспективы для экологического мониторинга и восстановления загрязненных территорий, особенно в северных регионах с суровыми климатическими условиями. Применение биосовместимых растворителей не только повышает точность оценки токсичности, но и способствует более безопасному и экологически ответственному подходу к исследованию почв. В дальнейшем развитие подобных методов позволит значительно улучшить качество экологического контроля и ускорить процессы реабилитации почв, пострадавших от нефтяного загрязнения.

Современные методы анализа загрязнения почвы требуют высокой точности и биосовместимости используемых реагентов. На первом этапе нашего исследования мы сосредоточились на извлечении углеводородов из почвы, что является ключевым для последующего детектирования загрязнений. Согласно полученным данным, оптимальным растворителем для этой задачи оказался диметилсульфоксид (ДМСО). Этот растворитель эффективно переносит углеводороды в биосовместимую среду, что позволяет сохранить активность биологических компонентов в дальнейшем анализе. В конечной биолюминесцентной смеси концентрация ДМСО поддерживается на умеренном уровне — около 9 процентов, что обеспечивает стабильную работу ферментов и предотвращает их инактивацию. После экстракции к раствору добавляются два фермента, один из которых способен излучать свет. Интенсивность биолюминесценции обратно пропорциональна содержанию углеводородов: чем выше концентрация загрязнителей, тем сильнее происходит подавление светового сигнала. Такой подход позволяет не только выявлять наличие загрязнений, но и количественно оценивать их уровень, что крайне важно для экологического мониторинга и принятия решений по очистке почв.

В современных методах анализа широко применяются клеточные биотесты, которые позволяют оценивать токсичность веществ на живых клетках. Однако такой подход имеет свои ограничения: результаты зависят не только от концентрации токсичных компонентов, но и от физиологического состояния самих клеток, что негативно сказывается на воспроизводимости и точности измерений, подчеркнул эксперт.

Сегодня для контроля качества окружающей среды, включая воду, воздух и снег, часто используют бесклеточные биосистемы, которые обеспечивают более стабильные и воспроизводимые результаты. Тем не менее, при анализе углеводородов в почве этот метод применить сложнее. Для выделения углеводородов необходима специальная экстракционная среда, в которой эти вещества смогут переходить из почвы, а ферменты при этом сохранят свою правильную пространственную структуру и активность. Достижение такого баланса между эффективной экстракцией и стабильностью ферментов является ключевой задачей.

Нам удалось разработать инновационную систему, которая сочетает в себе эти требования и позволяет проводить точный и надежный анализ углеводородов в почве, отметил Сутормин. Этот прогресс открывает новые возможности для экологического мониторинга и контроля загрязнений, повышая качество и достоверность получаемых данных. В дальнейшем подобные технологии могут стать стандартом в области экологической экспертизы и способствовать более эффективной защите окружающей среды.

Современные методы исследования позволяют глубже понять влияние растворителей на биологические молекулы, что особенно важно для разработки новых биотехнологий и фармацевтических препаратов. В данном контексте ученые провели молекулярно-динамическое моделирование, которое продемонстрировало, что умеренные концентрации диметилсульфоксида (ДМСО) не нарушают структуру ферментов. Это важное открытие подтверждает высокую биосовместимость выбранного растворителя и его потенциал для применения в биохимических процессах без риска денатурации белков. Такие результаты способствуют расширению возможностей использования ДМСО в различных областях науки и промышленности, включая синтез и хранение биомолекул.

Данное исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта №24-14-20030, что свидетельствует о высоком научном уровне и значимости работы. Кроме того, развитие этого направления продолжается в рамках стратегического технологического проекта Сургутского государственного университета "Химия нефти", который реализуется в рамках федеральной программы "Приоритет-2030" национального проекта "Молодежь и дети". Эти инициативы направлены на поддержку молодых ученых и развитие передовых технологий в России, что способствует укреплению научного потенциала страны и внедрению инноваций в промышленность.

Таким образом, результаты молекулярно-динамического моделирования не только подтверждают безопасность использования ДМСО в биохимических системах, но и открывают новые перспективы для дальнейших исследований и практического применения. Продолжающееся финансирование и поддержка научных проектов обеспечивают стабильное развитие этой области, что в конечном итоге приведет к созданию более эффективных и безопасных биотехнологических решений.

Источник и фото - ria.ru