Как тающие ледники помогут лечить болезни и утилизировать пластик  

За время с 1850 года по настоящий момент Ронский ледник (glacier du Rhône / Rhonegletscher) в Швейцарских Альпах потерял около 60% своего изначального объема. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

Глобальное потепление приводит к таянию реликтового льда в горах, однако взамен ученые могут получить новые способы лечения болезней и даже утилизации пластиковых отходов. Дело в том, что, отступая, древний лёд дает возможность контактировать с окружающей средой ранее неизвестным науке видам бактерий, вирусов и микрогрибов. Группа ученых несколько последних месяцев занималась их изучением в Швейцарских Альпах.

Внезапно путь к леднику становится сложнее, ровная тропа, ведущая вдоль берега ледникового озера, уткнулась в осыпь из крупных валунов. Теперь мы осторожно, шаг за шагом, двигаемся вперед по зыбкому грунту, очень скользскому из-за воды, стекающей с горного склона. Время от времени издалека до нас доносится глухой звук катящихся вниз по склону фрагментов горной породы. «Это ужасно», — говорит Беат Фрей, научный сотрудник Швейцарского федерального НИИ изучения леса, снега и ландшафта (WSL).  Мы стоим перед Ронским ледником в Швейцарских Альпах.

Еще 15 лет назад все вокруг было покрытоВнешняя ссылка толстым слоем льда, но теперь видно, как тает ледник, тает медленно, но верно. Последний раз Беат Фрей был здесь около десяти месяцев назад и с тех пор в передней части ледника возникла новая поперечная трещина. Белый гигант скоро утратит еще один большой фрагмент реликтового льда. «Исчезает не только ледник, но и обитающие в нем организмы. Потеря этого биологического наследия лишает нас фундаментальных знаний о том, какие механизмы использует жизнь для приспособления к экстремальным условиям, таким как, например, холод».

Беат Фрей (Beat Frey), микробиолог, эксперт Швейцарского Федерального НИИ изучения проблем леса, снега и ландшафтов (WSL). SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

Специализация Беата Фрея – поиск и изучение живых организмов, обитающих в альпийских ледниках и в горной вечной мерзлоте. Несколько лет назад он возглавил инновационный исследовательский проектВнешняя ссылка по изучению таких микроорганизмов. Очень быстро ему стало ясно, что предположение о том, что экосистемы ледников непригодны для высокоорганизованной жизни из-за экстремально низких температур, недостатка света и питательных веществ, было ошибочным. «Я не ожидал такого значительного разнообразия видов во льдах и вечной мерзлоте», — говорит Беат Фрей. 

Исследования вечной мерзлоты в Швейцарских Альпах (кантон Граубюнден) уже позволили выявить по меньшей мере десяток ранее науке неизвестных видов бактерий и один новый вид микроскопических грибов-микромицетов. «В вечной мерзлоте и во льдах глетчеров обитают тысячи микроорганизмов, но мы не имеем никакого понятия о том, какие они и что делают». Цель Беата Фрея, поэтому, состоит в том, чтобы успеть задокументировать «микробный» аспект общей системы биоразнообразия Швейцарских Альп. Его проект сосредоточен на ледниках: на глетчере Мортерач (Morteratsch, кантон Граубюнден), на Ронском леднике (кантон Вале) и на леднике Цанфлерон (Tsanfleuron, кантоны Вале и Во).

Перспективный источник идей и материалов

Микроорганизмы — одни из самых древних живых организмов на Земле. Обнаруженные в ледниках новые их виды способны предоставить ученым ценную информацию о развитии климатических условий на планете. Бактерии, попавшие сотни тысяч лет назад в ледяную ловушку и теперь «отпущенные на свободу» глобальным потеплением, могут вырабатывать метан, один из самых активных парниковых газов, влияя тем самым на климат и в наши дни.

Ронский ледник (glacier du Rhône / Rhonegletscher) в Швейцарских Альпах. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

Наконец, эти крошечные организмы могут стать ещё и перспективным источником идей и материалов для разработки инновационных лекарственных препаратов, и, что особенно важно, некоторые из них могут оказаться полезными в борьбе с микроорганизмами, устойчивыми к обычным антибиотикам. Не менее многообещающим является и недавнее обнаружение новых видов бактерий и микрогрибов, способных даже при низких температурах разлагать пластик.

А между тем мы добрались наконец до подножия Ронского ледника. В нескольких сотнях метров от нас ученые из WSL установили оборудование для сбора микроорганизмов. Они тестируют сейчас новый способ фильтрации талой воды, разработанный в Швейцарии, но применимым он, конечно же, может быть и в любых других регионах мира. Мы цепляем на обувь «ледяные кошки», без них передвигаться по ледяной поверхности невозможно. «Снег тут почти уже полностью исчез», — замечает по пути Беат Фрей.

Полосы белого «геотекстиля» защищают ледяные пещеры глетчера от энергии солнечного света. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

В тот день в конце августа 2024 года термометр на высоте около 2 300 метров над уровнем моря показывал плюс 14 градусов по Цельсию, тогда как средняя температураВнешняя ссылка августа на этой высоте за период с 1991 по 2020 год составляет 10°C. В длину Ронский ледник составляет около восьми километров, его площадь — около 15 кв. км. Это один из крупнейших и наиболее известных ледников в Швейцарских Альпах, это исток реки Рона, одной из важнейших водных артерий Западной Европы. Ледяные пещеры внутри ледникаВнешняя ссылка давно уже являются уникальной туристической достопримечательностью региона, расположенного на границе кантонов Берн и Вале.

Инновационный метод

Солнце грозит растопить ледник и лишить регион важного источника доходов от туризма, поэтому летом многие регионы ледника приходится закрывать специальным светоотражающим «геотекстилем». Тем временем мы прибыли на место сбора глетчерных микроорганизмов. «Сколько уже у вас литров?» — спрашивает Беат Фрей. Сотрудник WSL Беат Штирли в латексных перчатках как раз запечатывает прозрачные пластиковые пакеты с талой водой. «Концентрация бактерий и вирусов в воде очень низкая. Нам приходится откачивать очень много воды, чтобы получить хоть что-то», — говорит он. Воду приходится фильтровать дважды: бактерии и микрогрибы, то есть более крупные организмы, остаются в первом фильтре, вирусы — во втором, куда более плотном.

Обычно ученые талую воду собирают у подошвы ледника, но в данном случае, как говорит Беат Фрей, такой подход не годится, пробы могут быть «загрязнены» частицами грунта или чужими микроорганизмами, принесенными дождевой водой. Однако фильтрация воды непосредственно на хребте леднике требует особых мер предосторожности. Ученые обязаны работать в защитных перчатках, фильтры следует хранить в стерильных контейнерах. При этом куда легче транспортировать отсюда пластиковые контейнеры с «отработанными» и «заряженными» фильтрами, чем тащить вниз сотни кило льда. Этот инновационный метод мог бы очень пригодиться ученым, работающим в Арктике.

Для фильтрации талой воды ледника используется специальный насос. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

В итоге Беат Фрей надеется найти микроорганизмы, обладающие полезными для человека свойствами. Однако загадочный микромир ледниковВнешняя ссылка может таить в себе и организмы нежелательные и даже потенциально опасные. Некоторые исследователи предупреждают с тревогой, что вирусы, вмерзшие в вечную мерзлоту Арктики, могут «проснуться» из-за глобального потепления. В 2020 году на островах архипелага Шпицберген уже были найдены новые бактерии, способные вызывать заболевания, но при этом в ледниках вполне могут быть найдены микроорганизмы, полезные для здоровья человека.

Бит Штирли (Beat Stierli, слева) из WSL собирает ледниковую воду в пластиковые пакеты. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

Улавливает микроорганизмы в талой воде ледника специальный фильтр. SWI swissinfo.ch / Luigi Jorio

Изучать вечную мерзлоту Беат Фрей начал 15 лет назад, однако до сих пор он не обнаружил ни одного нового вида, вызывавшего бы у него какие-то обоснованные опасения. Вероятность того, что оттаивающий лед или горная вечная мерзлота выделяют в окружающую среду опасные патогенные микроорганизмыВнешняя ссылка, «крайне мала, так как такие организмы давно уже приспособились к холоду и вряд ли они смогли бы выжить в мягких климатических условиях. Они могли бы, конечно, заразить другие организмы, водоросли или амебы, живущие вблизи ледника, но люди и животные не являются их обычными «хозяевами-носителями». Беат Фрей доволен: сегодня его сотрудники отфильтровали около 200 литров талой воды. В видеоролике ниже этот процесс показан более подробно:

В общей же сложности за три дня пребывания на Ронском леднике им удалось отфильтровать почти 600 литров воды. Говорить о том, удалось ли исследователям собрать потенциально полезные бактерии или вирусы, пока рано. Сначала их нужно идентифицировать и проанализировать в лабораторных условиях.

В поисках полезных бактериофагов

«Внимание, будет прохладно», — предупреждает нас Бенедикт Грунц (Benedikt Gruntz). Полевые работы на леднике были завершены несколько недель назад, мы находимся в штаб-квартире WSL в городе Бирменсдорф (Birmensdorf) под Цюрихом. Сейчас ученый анализирует образцы, собранные летом. Особенно его интересуют вирусы.

Почвообитающие микроскопические грибы микромицеты-биодеструкторы рода Pseudogymnoascus широко распространены в горных системах Альп, Арктики и Антарктики. Вполне возможно, что они смогут расщеплять и пластик. Rahel Oberhummer

В пробирке, которую он поместил на хранение в холодильную камеру, содержатся вирусы, отфильтрованные из талой воды ледника. Чтобы узнать, какой это вирус, необходимо извлечь образец его ДНК и произвести расшифровку. Бенедикт Грунц специализируется на бактериофагах, вирусах, заражающих только бактерии и поэтому являющихся естественным регуляторами популяций микробов.

Такие вирусы, найденные в экстремальных средах обитания, могли бы быть ответом на вызов со стороны так называемой антибиотической резистентности. Устойчивость к антибиотикам, как известно, является глобальной проблемой, людей по этой причине умирает даже больше, чем от ВИЧ или малярии. Всемирная организация здравоохранения ВОЗ рассматривает устойчивость к антибиотикамВнешняя ссылка как одну из основных угроз глобальному здравоохранению. Пока использование бактериофагов является проектомВнешняя ссылка на стадии пилотной разработки и оценки. В 2023 году в Университетской клинике Женевы их впервые использовали для терапии пациента с хронической бактериальной пневмонией. Полученные результаты были вполне позитивны. В видеоролике ниже показано, как бактериофаг заражает и уничтожает бактерию:

Бактерии и микрогрибы, собранные на ледниках и в вечной мерзлоте Швейцарии, хранятся в специальной морозильной камере в подвале WSL. Этот биобанкВнешняя ссылка, своего рода «живой архив», сохраняет микроорганизмы при температуре минус 80 градусов по Цельсию. В настоящее время в нем содержится около 1 200 образцов бактерий и 300 образцов микрогрибов. Как говорит директор Аня Верц (Anja Werz), цель этого уникального биобанка состоит не только в том, чтобы сохранить всё разнообразие микрофауны ледников и вечной мерзлоты, но и изучить свойства этих микроорганизмов. «Бактерии могут помочь получить новые вещества, обладающие противораковыми, антибиотическими или антиоксидантными свойствами», — говорит Аня Верц.

Исследователей WSL особенно интересуют белки и ферменты, позволяющие бактериям и микрогрибам выживать в аномально холодной среде. Некоторые из этих веществ могут оказаться полезными в плане противодействия проблеме антибиотической резистентности. Среди потенциальных многообещающих кандидатов, хранящихся в биобанке, находятся и так называемые стрептомицеты (Streptomyces), многочисленный род актинобактерий из семейства Streptomycetaceae порядка Streptomycetales, известные в качестве продуцентов многих видов антибиотиков.

Есть в этом банке и бактерии, выделенные в Швейцарских Альпах (кантон Граубюнден) и в Арктике. Они способны расщеплять даже при температуре до 15°C полиуретан и PBAT (полибутилен адипат терефталат), терполимер из рода биоразлагаемых термопластиков. В будущем этот биобанк планируется передать в состав федеральной Коллекции микрокультур Швейцарии (Culture Collection of SwitzerlandВнешняя ссылка), национальный архив микроорганизмов правительства. Подробнее обо всем этом мы рассказываем в видеосюжете ниже.

Ферменты этих бактерий можно использовать в специальном биореакторе для расщепления пластика. Ферменты, активные при низких температурах, также могут помочь снизить энергопотребление некоторых промышленных процессов. Теперь исследователи WSL планируют проанализировать образцы, хранящиеся в этом биобанке. Следующим шагом будет определение полезных ферментов.

«Тогда мы сможем синтезировать их в лаборатории и производить в промышленных масштабах. В один прекрасный день их можно будет «встраивать» непосредственно в производимый пластик, но до этого ученым еще предстоит пройти долгий путь. Кроме того, мы ведь всего лишь микробиологи. Мы можем дать научные основы для новых технологий, но затем эстафету должен будет перенять бизнес», — говорит Беат Фрей. И тогда таяние ледников по крайней мере не будет совсем уж напрасным. 

Русскоязычная оригинальная версия материала подготовлена, выверена и научно отредактирована русскоязычной редакцией SWI / ип / нк / ап.