Genetycznie modyfikowane ryby i muszki owocowe walczą z rtęcią

Naukowcy z Australii dokonali przełomu w biotechnologii środowiskowej, tworząc genetycznie zmodyfikowane muszki owocowe (Drosophila melanogaster) i ryby danio pręgowane (Danio rerio), które mogą neutralizować toksyczną formę rtęci – metylortęć. Badania, opublikowane w „Nature Communications”, wykazują, że zwierzęta te są w stanie skutecznie przekształcać metylortęć w mniej toksyczną postać, która odparowuje do atmosfery. Odkrycie to otwiera nowe możliwości w dziedzinie oczyszczania środowiska, potencjalnie przyczyniając się do redukcji skażenia metalami ciężkimi w ekosystemach wodnych. Dodatkowo, badacze podkreślają, że metoda ta może stanowić alternatywę dla kosztownych i skomplikowanych procesów oczyszczania chemicznego.

Rtęć jest pierwiastkiem naturalnie występującym w przyrodzie, ale jej szczególnie toksyczna forma, metylortęć, stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi i ekosystemów. Metylortęć kumuluje się w łańcuchu pokarmowym, szczególnie w organizmach wodnych, i może powodować poważne uszkodzenia układu nerwowego oraz inne zaburzenia zdrowotne u ludzi spożywających skażone ryby. Dodatkowo, metylortęć przenika przez bariery biologiczne, w tym barierę krew-mózg oraz łożysko, co sprawia, że jest szczególnie niebezpieczna dla kobiet w ciąży oraz rozwijających się płodów. Badania wykazały, że nawet niskie poziomy ekspozycji na metylortęć mogą prowadzić do zaburzeń neurologicznych, a w skrajnych przypadkach powodować trwałe uszkodzenia mózgu i układu nerwowego.

Badacze z Macquarie University oraz ARC Centre of Excellence in Synthetic Biology podjęli próbę powstrzymania tego procesu u jego źródła. Wykorzystali do tego naturalne enzymy MerA i MerB, występujące w niektórych mikroorganizmach, zdolne do rozkładu metylortęci na mniej szkodliwe formy. Ich zastosowanie w zmodyfikowanych organizmach zwierzęcych to nowatorskie podejście do problemu, które może przynieść długofalowe korzyści dla ochrony środowiska. Eksperci sugerują, że wykorzystanie zwierząt w oczyszczaniu środowiska może przyczynić się do poprawy jakości wód i ograniczenia negatywnych skutków działalności przemysłowej.

W ramach badań naukowcy wprowadzili do zarodków muszek owocowych i ryb danio pręgowanego geny bakterii kodujące enzymy MerA i MerB. Następnie porównali skuteczność neutralizacji rtęci u zmodyfikowanych organizmów oraz ich dzikich odpowiedników. Po ekspozycji na metylortęć przez trzy dni larwy zmodyfikowanych muszek owocowych miały w organizmach o 83% mniej toksycznej rtęci niż grupa kontrolna, natomiast po sześciu dniach zmodyfikowane danio pręgowane miały o 64 proc. niższy poziom metylortęci niż ryby niezmodyfikowane.

„Kiedy przetestowaliśmy zmodyfikowane zwierzęta, odkryliśmy, że nie tylko miały one ponad dwukrotnie mniej rtęci w swoich organizmach, ale większość pozostałej rtęci była w mniej toksycznej formie” – powiedziała dr Kate Tepper z Macquarie University. W dalszych testach wykazano, że genetycznie zmodyfikowane organizmy nie tylko skutecznie neutralizują rtęć, ale także wykazują większą odporność na jej toksyczne działanie. Może to oznaczać, że rybki można potencjalnie zastosować w długoterminowych projektach oczyszczania skażonych ekosystemów.

Bioremediacja, czyli wykorzystanie organizmów żywych do usuwania zanieczyszczeń, nie jest nową koncepcją. Dotychczas stosowano mikroorganizmy i rośliny do oczyszczania gleby i wody. Nowością jest wykorzystanie kręgowców i bezkręgowców do aktywnego usuwania toksycznych substancji. Jak podkreślają naukowcy, zwierzęta mogą skutecznie usuwać zanieczyszczenia, ponieważ ich systemy trawienne umożliwiają efektywną absorpcję substancji toksycznych. Warto podkreślić, że zmodyfikowane organizmy mogą zostać dostosowane do specyficznych warunków środowiskowych, co zwiększa ich skuteczność w eliminowaniu rtęci.

W przyszłości badacze planują rozszerzenie badań na inne gatunki ryb oraz owadów, które mogłyby jeszcze skuteczniej wspierać proces oczyszczania ekosystemów. Możliwe jest również zastosowanie technologii w zamkniętych systemach wodnych, takich jak akwaria hodowlane, gdzie kontrolowane warunki pozwolą uniknąć niepożądanych efektów ubocznych.

Wykorzystanie zmodyfikowanych genetycznie organizmów jest obiecujące, ale budzi także obawy. Z prostego powodu. Zazwyczaj, kiedy ludzkość próbowała rozwiązywać środowiskowe problemy przy pomocy zmodyfikowanych organizmów, nieprzewidziane skutki uboczne okazywały się niemal równie szkodliwe, jak zasadniczy problem.

Chociaż zmodyfikowane organizmy wykazują duży potencjał w oczyszczaniu środowiska, naukowcy wskazują na potencjalne ryzyka. Historia pokazuje, że wprowadzenie organizmów zmienionych genetycznie do ekosystemów może prowadzić do nieprzewidzianych skutków, takich jak wypieranie rodzimych gatunków lub zaburzenie równowagi ekologicznej. Kluczowe będzie przeprowadzenie długoterminowych badań dotyczących możliwych skutków ekologicznych, zanim technologia ta zostanie wdrożona na szerszą skalę.

„To dopiero pierwszy krok” – podkreśla dr Kate Tepper. „Musimy dokładnie zbadać długoterminowe konsekwencje, zanim pomyślimy o wdrożeniu takich organizmów na szeroką skalę.” Obawy dotyczą również regulacji prawnych oraz akceptacji społecznej dla stosowania organizmów zmodyfikowanych genetycznie w bioremediacji.

Badanie otwiera jednak nowy rozdział w dziedzinie biotechnologii środowiskowej, oferując nadzieję na skuteczne metody walki z zanieczyszczeniem metalami ciężkimi, ale jednocześnie stawia przed naukowcami i regulatorami szereg wyzwań, które będą wymagać dalszych badań i analiz. Możliwe przyszłe badania będą musiały także ocenić skuteczność tej technologii w różnych warunkach środowiskowych i przy różnych poziomach skażenia rtęcią. Jeśli dalsze badania potwierdzą skuteczność metody, może ona stać się istotnym elementem strategii ochrony środowiska w XXI wieku.