4 января 2023
Анна Медведева
Немецкие исследователи, изучая как грибы могут очистить сельхозугодья, загрязненные тяжелыми металлами, обнаружили суперсилу щелилистника обыкновенного (еще Карл Линней дал ему название «ольховый гриб») против европия
В то время как гриб щелилистник распространен повсеместно, кроме Антарктиды, произрастая на отмирающей коре деревьев, по поводу того, как элемент европий впервые попал на Землю есть две теории — взрывы тяжелых звезд, порождающих сверхмощный ураганный поток нейтронов, и слияния нейтронных звезд или черных дыр с тем же эффектом. Этот редкоземельный элемент ученые из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) взяли за модель для проверки грибной очистки сельхозугодий.
«В результате Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года многие съедобные грибы в окрестных лесах до сих пор загрязнены радионуклидами. Также известно, что грибы могут накапливать другие тяжелые металлы. Необходимо расшифровать миграционное поведение радионуклидов в окружающей среде: детали, которые необходимы как для оценки опасности, так и для разработки процедур промышленной реабилитации земель в целом и сельхозугодий в частности, — рассказывает доктор Аликс Гюнтер из Института экологии ресурсов при HZDR. — Взаимодействие грибов с европием на молекулярном уровне в настоящее время представляет особый интерес с радиотоксикологической точки зрения, так как этот редкоземельный элемент является аналогом трехвалентных америция и кюрия, причем америций, в частности, ответственен за высокую радиотоксичность в Чернобыльской АЭС в будущем. Очень опасный радионуклид америций-241 при взрыве реактора не вышел. Однако был выпущен плутоний-241, который распадается на америций-241 с периодом полураспада 14,4 года. Другие радионуклиды, такие как цезий или стронций, будут постепенно исчезать, но доля америция будет продолжать расти и не достигнет своего пика примерно через 70–80 лет после аварии».
«Кроме того, редкоземельный металл европий является важным компонентом множества высокотехнологичных продуктов. При добыче или даже при неправильной утилизации возможно попадание европия в окружающую среду. Европий может серьезно нарушить клеточный метаболизм в организме человека», — говорит коллега Гюнтера по институту доктор Йоханнес Рафф, описывая вторую мотивацию их совместной работы. Обе темы вызывают один и тот же вопрос: одинаково ли разные типы грибов взаимодействуют с этими тяжелыми металлами?
Грибы — замечательные существа, способные в некоторых случаях жить более тысячи лет, достигать площади в несколько сотен гектаров и биомассы свыше 500 тонн. Однако в накоплении тяжелых металлов плодовые тела, которым до сих пор уделялось основное внимание, не играют главной роли, хотя их сбор и потребление образуют ворота в пищевую цепь человека. Именно подземная тонкая сеть мицелия ответственна, в частности, за поглощение тяжелых металлов из окружающей среды.
Для своей работы исследователи отобрали дереворазрушающие грибы, такие как щелилистник обыкновенный (Schizophyllum commune), вешенка обыкновенная (Pleurotus ostreatus), пилолистник тигровый (Lentinus tigrinus), белошампиньон румянящийся (Leucoagaricus naucinus), и противопоставили этим грибам европий.
В предыдущей работе ученые проверили реакцию грибов на элементы цезий, стронций и уран, поскольку они либо важны для радиотоксичности, либо являются компонентами ядерного топлива. Из этих исследований они узнали, например, что щелилистник способен поглощать большое количество урана своими клетками, не умирая.
Благодаря превосходному техническому оснащению команда применила комбинацию спектроскопии и микроскопии для выяснения взаимосвязи между возникновением различных форм связывания европия в грибах и соответствующего сайта связывания на клетке или внутри нее.
Результаты показывают, что грибы очень по-разному взаимодействуют с тяжелыми металлами. Хотя природа химического взаимодействия одинакова для всех грибов, вовлеченные клеточные компоненты и, следовательно, транспорт и поглощение, а также места накопления в клетке сильно различаются.
Например, в то время как белошампиньон связывает лишь небольшое количество европия, который иммобилизован в клетке тонко распределенным образом, щелилистник связывает в четыре раза больше европия по сравнению с другими грибами.
Щелилистник по своей природе разлагает лигнин, входящий в состав древесины, и использует его для своего метаболизма. Аналогично этот гриб образует нерастворимые осадки, содержащие европий, на внешней стороне клеточной стенки, и не погибает.
Команда надеется найти множество применений для своих открытий: для очистки загрязненных сельхозугодий от тяжелых металлов до уменьшения последствий радиоактивного заражения. Возможно, грибы пригодятся даже для очистки загрязненной воды — грибы можно было бы использовать в качестве материалов-носителей в очистных колоннах. Одна из основных целей — пролить свет на поведение радионуклидов в окружающей среде, которое до сих пор изучено не полностью.
(Источник: Ассоциация немецких исследовательских центров им. Гельмгольца. Фото: Credit: Bernard Spragg/ Public Domain).
