Paproć walczy z zanieczyszczeniem arsenem

Zanieczyszczona arsenem gleba i wody gruntowe stanowią zagrożenie dla milionów Amerykanów i setek milionów ludzi na całym świecie. Paproć walczy z zanieczyszczeniem arsenem.

Czyszczenie toksycznego metalu jest pracochłonnym i kosztownym procesem, a niektóre środki zaradcze dotyczące arsenu sięgają setek milionów dolarów.

Paproć – Pteris vittata, znana również jako chińska paproć hamulcowa – „obiecuje” zmniejszenie zarówno czasu, jak i kosztów związanych z oczyszczaniem arsenu. Jest wyjątkowa, ponieważ może nadmiernie gromadzić i tolerować bardzo wysoki poziom arsenu, który pobiera z gleby, oddzielając toksyczny pierwiastek w liściach.

Jak paproć minimalizuje szkody?

Naukowcy ustalili, jak to robi paproć. Jody Banks, profesor botaniki i patologii roślin w Purdue oraz jej zespół opisali mechanizmy genetyczne i komórkowe, które kontrolują tolerancję arsenu na paproć. Odkrycia mogą pewnego dnia doprowadzić do modyfikacji innych roślin, które szybciej i skuteczniej usuną arsen z zanieczyszczonych gleb. – Inni badacze wykazali, że paproć ta, uprawiana na glebach skażonych arsenem, może usunąć prawie 50 procent arsenu w ciągu pięciu lat – powiedział Banks. – To wymaga czasu, ale jest tanie.

Wewnątrz komórek – zarówno ludzkich, jak i roślinnych – arsen prowadzi do śmierci komórek poprzez stres oksydacyjny lub poprzez zakłócanie zdolności komórki do wytwarzania ATP – cząsteczki, która dostarcza energię komórkom. Ale paproć ma mechanizmy chroniące przed tymi skutkami.

Pożyteczne geny

Banks i Chao Cai, były doktorant w laboratorium Banks, zidentyfikowali trzy geny, które są bardzo aktywne, gdy paproć wchodzi w kontakt z arszenikiem. Odkryli, że wyciszenie każdego z tych genów prowadzi do śmierci rośliny w obecności arsenu, co pokazuje ich znaczenie w tolerancji na arsen. Testując funkcje białek kodowanych przez te geny, wykazali, że białka te mogą współpracować, aby zasadniczo zneutralizować arszenik po wejściu do komórki.

Inni badacze odkryli bakterię Pseudomonas aeruginosa, która ma podobną zdolność do tolerowania arsenu. Mechanizmy genetyczne bakterii i paproci są prawie identyczne, co sugeruje, że paproć rozwinęła mechanizm tolerancji na arsen, który jest podobny do mechanizmu stosowanego w bakteriach. – Ta paproć wykorzystała ten sam mechanizm tolerowania arsenu, którego używają bakterie – powiedział Cai. – I to jedyny eukariont, który może to zrobić. Żadna roślina lub zwierzę, o których wiemy, nie może tego zrobić jak ta paproć – dodaje.

Zrozumienie mechanizmów genetycznych i komórkowych, które pozwalają paproci gromadzić i tolerować arszenik, jest ważnym krokiem w rozwoju innych roślin, które mogłyby szybciej leczyć skażone arsenem gleby i wody.