$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Загрязнение является одной из основных проблем, затрагивающих здоровье людей, животных и растений во всем мире. Хотя загрязнение может быть естественным, например, вулканический пепел1,деятельность человека является основной причиной большинства загрязнений. Антропогенная деятельность загрязняет почву, воду и воздух, что прямо или косвенно приводит к почти 20 миллионам преждевременных смертей людей2 и ежегодно уничтожает миллиарды других форм жизни. Загрязняющие вещества присутствуют даже в самых отдаленных районах планеты. Например, тяжелые металлы и стойкие органические соединения были обнаружены в глубоководных беспозвоночных и полярных млекопитающих,соответственно,3,4.
Особенно окружающая среда была поражена загрязнением окружающей среды. Долгое время предполагалось, что океан останется нетронутым и будет поставлять бесконечный источник товаров из-за его огромного объема воды5. По этой причине, все виды промышленности и учреждений свободно выпустила отходов в водоемах на протяжениивеков 6,7. Несколько загрязняющих веществ всех типов, таких как пластиковые8,синтетические гормоны9, пестициды10, масло11, питательные вещества12,тяжелые металлы3, и радиоактивные отходы13 были зарегистрированы как воздействие океанских экосистем. В этом контексте коралловые рифы являются одними из наиболее важных и чувствительных экосистем в морской среде14. Рифы являются прибрежными защитниками, которые имеют решающее значение для развития тысяч морских видов, играя важную роль в велоспорте на питательных веществах и климат-контроле. Рифы также вносят свой вклад в экономику, предоставляя рыбу, товары и туризм, среди других15. Например, 4,5 миллиарда человек зависят от океанских рыб в качестве основного источника пищи16, которые в значительной степени поддерживаются коралловыми рифами.
Независимо от их экологического, социального и экономического значения, коралловые рифы в настоящее время уничтожены17,18. Антропогенная деятельность в первую очередь отвечает за то, чтобы способствовать трем основным причинам смерти кораллов: изменение климата, чрезмерный вылов рыбы и загрязнение воды19. Несмотря на то, что важно работать над смягчением глобального потепления, важно также работать над минимизацией местного загрязнения, включая загрязнение воды, что может критически способствовать сокращению кораллов20. Таким образом, существует настоятельная необходимость в разработке стратегий увеличения срока службы кораллов, которые могли бы предоставить им дополнительное время для адаптации и выживания.
В этой связи крайне важно найти решения для сведения к минимуму загрязнения и разработать стратегии повышения пригодности кораллов. Стратегии по устранению морских загрязнителей весьма разнообразны и могут быть сгруппированы в физические, химические и биологические подходы. Физические подходы полезны. Однако они не всегда эффективны. Например, пластиковые отходы могут быть сведены к минимуму путем физического удаления, в то время как водорастворимые соединения нуждаются в других методологиях, которые должны быть устранены. Примерами таких соединений являются сырая нефть, высвобожденная в результате деятельности нефтяной промышленности и разливов, а также другие микрозагрязнители, такие как синтетические гормоны, обычно используемые в качестве эстрогенного компонента в оральных контрацептивах и присутствующие в сточных водах21, 22. Использование химических веществ для уменьшения загрязнения может решить конкретную проблему, но оно также может представлять собой дополнительный источник загрязнения. Это в случае с химическими диспергаторами для смягчения нефтяного загрязнения, которые были описаны как еще более токсичны для морских экосистем, чем само загрязнение нефтью23. По этим причинам биологические подходы представляют собой ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Биовосстановление является способность живых организмов, или их метаболических продуктов, превратить загрязняющих веществ в менее токсичных или нетоксичных форм24. Основными преимуществами использования биологических методов являются устойчивость, относительная низкая стоимость, тот факт, что они являются экологически чистыми, и что они могут быть применены в различных экосистемах, вызывая минимальное или меньшее воздействие на окружающую среду21, 25,26,27.
Кроме того, манипуляции микробного сообщества, присутствующие в окружающей среде, позволяют получить дополнительное потенциальное преимущество. Есть микробиомы, которые связаны с хостами и имеют важное значение для их здоровья. Хорошо известно, что эти связанные симбиотические микробиомы необходимы для поддержания хозяина гомеостаза19. Манипуляции этих связанных микроорганизмов был хорошо изучены для хозяев, таких как растения и млекопитающие28,29, но использование коралловых пробиотиков по-прежнему роман15. Кораллы также хозяйничают, взаимодействуют с, и зависят от больших и специфических населенностях микроорганизмов для того чтобы выдержать19. Роль этих микробных сообществ в здоровье и дисбиоза кораллов находится в стадии активного изучения, но это еще далеко не полностью понял30. Одной из самых популярных гипотез называется гипотеза кораллового пробиотика. Это говорит о существовании динамической взаимосвязи между симбиотическими микроорганизмами и условиями окружающей среды, что приводит к выбору наиболее выгодных коралловых метаорганизмов31. На основе этой информации, ключевые потенциальные пробиотические механизмы, а также стратегии изоляции, манипуляции и доставки полезных микроорганизмов для кораллов (BMCs) для нескольких целей, были предложены32 и протестированы33. Эти потенциальные полезные характеристики включают устойчивость к повышению температуры, защиту от реактивных видов кислорода (ROS), фиксацию азота, устойчивость к загрязняющим веществам и биологический контроль против патогенов, среди прочего32.
Это исследование фокусируется на выборе БМК и свободноживущих микроорганизмов, представляющих способность к деградации двух загрязняющих веществ, обычно встречающихся в морской среде: синтетический эстроген 17а-этинилэстрадиол (EE2) и сырая нефть. Загрязняющие вещества, содержащие гормон активные агенты, часто присутствуют в водоемах34,35,36,37,38,39,40, 41,42. Среди них синтетические эстрогенные эндокринные разрушающие соединения (ЭДЦ) имитируют действие эстрогенов на клетки-мишени, вызывая несколько воздействий на животных, включая рак молочной железы, бесплодие и гермафродитизм9. EE2 выделяется людьми из-за использования оральных контрацептивов. Он не удаляется из сточных вод традиционными очистными сооружениями и оказывает негативное воздействие даже при очень низких концентрациях (например, ng/L или мкг/л)43,44,45. Мало что известно о влиянии эстрогенов на корыбельную физиологию46,47. Однако, по сообщениям, на других морских беспозвоночных, таких как губки, ракообразные и моллюски, эстрогены вызывают ряд негативных последствий, главным образом связанных с размножением, таких как разработка и/или стимуляция гамет, изменение в ферментативных и белковые действия, проблемы в эмбриональных процессах, и другие48,49,50,51,52. Негативные последствия загрязнения EE2 подчеркивают необходимость разработки устойчивых подходов к удалению этого соединения из окружающей среды без воздействия на морскую жизнь.
Параллельно, с нефтью в настоящее время приходится почти 40% потребляемых в мире источников энергии53, хроническое загрязнение и разливы нефти часто происходят вблизи рифовых районов11. Сообщалось, что загрязнение нефтью вызывает негативные последствия у нескольких видов морских животных, птиц, растений и людей54,55,56,57. На кораллах он вызывает обесцвечивание, снижает устойчивость личинок к тепловому стрессу58,нарушает микробные связанные сообщества21,и вызывает некроз тканей. Кроме того, химические диспергаторы, метод рекультивации нефти, обычно используемый нефтяными компаниями для устранения разливов, являются еще более токсичными для кораллов, чем сама нефть23. Полезные микроорганизмы, изолированные от кораллов, напротив, известны тем, что играют решающую роль в охране здоровья хозяев. Тем не менее, манипуляции с этими потенциальными пробиотиками должны быть лучше изучены для того, чтобы исследовать возможные негативные побочные эффекты и метаболические способности, которые могут быть проверены для улучшения пригодности метаорганизма. В этом контексте такие характеристики, как антимикробная активность против коралловых патогенов, производство каталазы для борьбы с окислительным стрессом, способность к деградации мочевины (которая может иметь важную роль в процессе кальцификации), и наличие генов , в частности, должно быть в центре внимания расследования потенциальные полезные характеристики. Здесь мы показываем, как биовосстановление и пробиотики могут быть использованы для одновременного смягчения последствий загрязнения и укрепления здоровья кораллов. Разработка новаторских подходов, которые могут быть использованы в качестве мероприятий по повышению настойчивости морских видов, представляет собой шаг на пути к более устойчивой и здоровой планете.