Произведена геоэкологическая оценка применения биосенсоров для контроля загрязнения окружающей среды.
Ключевые слова: геоэкологическая оценка, защита окружающей среды, биотехнологии, биосенсоры.
В связи с глобальным загрязнением окружающей среды в XXI веке возрастает значение применения экологически безопасных приемов в защите от загрязнения окружающей среды и сельхозпродукции.
В настоящее время биологические методы защиты окружающей среды заслуживают все большего внимания как альтернатива существующим традиционным методам.
Биотехнология защиты окружающей среды подразумевают применение биологических систем и процессов для решения задач охраны окружающей среды и рационального природопользования. Многие биотехнологические процессы осуществляются в естественных условиях, это обеспечивает значительную экономию энергии и других затрат.
В качестве биотехнологической защиты окружающей среды широкое распространение получили биосенсоры на основе целых клеток, в том числе микробных. С помощью биосенсоров можно не только фиксировать наличие конкретного загрязняющего вещества, но также оценивать его токсическую активность, цитотоксичность, генотоксичность и биодоступность [1].
Микробный биосенсор представляет собой аналитический прибор, в котором для обнаружения соединений используют микроорганизмы, иммобилизованные на преобразователе сигнала. Особенностью микроорганизмов является их способность окислять широкий спектр субстратов, в число которых входят и пестициды, поэтому микробные биосенсоры могут являться одним из инструментов мониторинга окружающей среды с целью обнаружения пестицидов, биологического потребления кислорода БПК.
Для оценки общего количества органических примесей в стоках применяются низкоселективные микробные сенсоры, например, на основе активного ила данного водоочистного предприятия, адаптированных к химическому составу тестируемых сточных вод, которые позволят производить оценку индекса БПК. Биосенсоры с высокой селективностью не являются инструментом, пригодным для проведения такого анализа; как правило, его выполнению в таких случаях должна предшествовать стадия определенной пробоподготовки или специфической калибровки биосенсора [2].
Аэробные микроорганизмы-деструкторы при разложении целевого вещества потребляют кислород (O 2 ). Этот процесс можно использовать при создании микробных сенсоров для детекции целевого соединения. Поэтому поиск штаммов, пригодных для использования в биорецепторах сенсоров целесообразно проводить среди штаммов-деструкторов соответствующих соединений. Как показывает опыт последних лет, наиболее практичным преобразователем для измерения содержания молекулярного кислорода в составе сточных вод является электрод типа Кларка, который относится к амперометрическим сенсорам.
На рисунке 1 представлена карта загрязнения основных рек Российской Федерации.
Рис. 1. Карта загрязнения основных рек Российской Федерации
Бассейн р. Белая расположен на территории Республики Башкортостан, где качество поверхностных вод формируется под влиянием сточных вод предприятий топливно-энергетического, нефтехимического, нефтеперерабатывающего, металлургического и других комплексов, жилищно-коммунального хозяйства и др.
В 2018–2019 гг. качество воды большинства створов р. Белая характеризовалось как «загрязненная». Хронически «грязной» сохранилась вода в створах ниже г. Ишимбай и в районе г. Стерлитамак, которая находится под влиянием сточных вод предприятий химической, нефтедобывающей и пищевой промышленности, машиностроения и жилищно-коммунального хозяйства. Изменение содержания в воде р. Белая основных загрязняющих веществ за многолетний период в зоне влияния г. Стерлитамак в створе 10,5 км ниже города представлена на рисунке 2 [3].
Рис. 2. Динамика среднегодовых концентраций отдельных ингредиентов и качества воды р. Белая, 10,5 км ниже г. Стерлитамак, 2005–2019 гг.
Из рисунка видно, что загрязнение водоемов по показателю БПК-5 по-прежнему остается. В связи с этим востребованность БПК-анализа способствовала возникновению альтернативных экспресс-методов, в частности созданию биосенсорных анализаторов, основанных на применении микроорганизмов, метаболизирующих широкий спектр органических соединений [4].
Таким образом, в Российской Федерации и Республике Башкортостан есть потребность в применении микробных биосенсоров для геоэкологической оценки загрязнения окружающей среды, которые перспективны как анализаторы в силу простоты и надежности конструкции, низкой стоимости биологического материала.
Литература:
- Плеханов Ю. В., Решетилов А. Н. Микробные биосенсоры для определения пестицидов // Журнал аналитической химии. — 2019. — Т.74 — № 12. — С.883–901.
- Разумова М. В. Биосенсоры для мониторинга техногенного загрязнения окружающей среды // Экологическая безопасность в технологическом пространстве. — 2018. — С. 89–90.
- Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2019 году. URL: https://ecology.bashkortostan.ru/presscenter/lectures/1300/ (Дата обращения 01.05.2021).
- Мeдиаторный БПК-биосенсор на основе клеток микроорганизмов, выделенных из активного ила / А. С. Харькова, В. А. Арляпов, А. Д. Туровская [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. — 2019. — Т. 55. — № 1. — С. 1–10.
