Экологические аспекты устойчивого развития

Различия между организмами в их реакциях на воздействие ксенобиотиков обусловлены разной способностью метаболизировать эти вещества и могут быть очень существенными. Например, в процессе деметилирования антипирена препарат печени хомяка почти в 200 раз активнее препарата печени краба. Более низкая активность, по-видимому, характерна для всех водных организмов, что хорошо согласуется с их способностью аккумулировать вещества из среды обитания.

В пределах одного вида уровень микросомальной активности зависит от пола организма и стадии его развития. В разных органах – печени, кишечнике, легких и т. д. – активность также различна.

Следует отметить, что в природе очень распространены процессы ферментативной модификации микроорганизмами различных по химическому строению и физико-химическим свойствам ксенобиотиков. Микроорганизмы обычно содержат большое число ферментов, участвующих в процессах трансформации ксенобиотиков.

Между микроорганизмами, обитающими во внешней среде и живущими внутри организма, существуют значительные различия в метаболизме ксенобиотиков. Так, многие микроорганизмы внешней среды, в отличие от кишечной микрофлоры, способны к более глубокой деградации ксенобиотиков (разрыву ароматических ядер и гетероциклических колец). Продукты расщепления служат для микроорганизмов единственным источником углерода. Источником серы для них также могут быть продукты трансформации некоторых ксенобиотиков.

Типичные реакции метаболизма ксенобиотиков в микроорганизмах напоминают таковые у животных организмов. Однако есть и специфические механизмы трансформации чужеродных соединений микроорганизмами. В микробиологической трансформации ксенобиотиков различаются процессы метаболизма и кометаболизма.

Под метаболизмом понимают превращение соединения до конечного продукта реакции, который не участвует в трансформации. Кометаболизм – это изменение структуры молекулы ксенобиотика, катализируемое ферментами микроорганизмов, которые выросли на субстратах или их метаболитах. Субстраты оказывают индуцирующее действие на такие ферменты. Существует и другое определение кометаболизма как трансформационного процесса, в котором обязательно должны участвовать ростовые субстраты определенного химического состава.

Многие вещества могут разлагаться рядом микроорганизмов только в условиях кометаболизма, т. е. при обеспеченности соответствующими косубстратами, кофакторами и т. д. Так, в экспериментальных условиях метаболизм некоторых пестицидов значительно стимулировался добавками этанола, глюкозы и др.

Во многих случаях в метаболизм сложных органических веществ вовлекается не одна, а несколько ферментативных систем микроорганизмов. По аналогии с животными данный процесс называется политрансформацией.

Среди микроорганизмов чаще всего встречаются штаммы, осуществляющие неполную деградацию ксенобиотиков. Поэтому полное разрушение, например, пестицидов требует, как правило, совместного действия нескольких организмов и абиотических факторов.

Очень важен тот факт, что генетическая способность некоторых штаммов бактерий разрушать тот или иной ксенобиотик зависит от наличия в клетках плазмид. Обнаружено около полутора десятков плазмид, придающих бактериям способность разрушать органические вещества.

Вероятно, с помощью генной инженерии и конструирования плазмид, объединяющих гены, ответственные за отдельные последовательные стадии разрушения устойчивых пестицидов, можно будет придать бактериям способность разрушать ряд ксенобиотиков. Возможно, что полезным окажется клонирование (операция, приводящая к накоплению большого числа копий определенного участка ДНК) генов резистентных насекомых, ответственных за детоксикацию пестицидов.

В метаболизме некоторых ксенобиотиков бактериями действуют окислительные ферменты – диоксигеназы. В отличие от монооксигеназ диоксигеназы внедряют в субстрат два атома кислорода.