Ученые из Университета штата Мичиган выяснили, что нейроны мозга саранчи способны распознавать несколько соединений PFAS (пер- и полифторалкильные вещества), включая PFOS — одно из самых распространенных в мире «вечных химикатов». Реакция насекомых проявляется при концентрациях, сопоставимых с уровнем загрязнения окружающей среды. Об этом сообщает Michigan State University.
Соединения PFAS применяются при производстве посуды с антипригарным покрытием, водоотталкивающих тканей и противопожарных пен. Эти вещества крайне медленно разлагаются, поэтому накапливаются в воде, почве и живых организмах. Из-за этого загрязнение ими трудно контролировать и устранять.
«PFAS чрезвычайно сложно обнаружить, — говорит Дебаджит Саха, доцент Инженерного колледжа и Института количественной медицинской науки и инженерии Университета штата Мичиган. — Существует огромная потребность в технологиях, позволяющих выявлять их при очень низких концентрациях».
Несмотря на десятилетия разработок, искусственные химические сенсоры пока уступают по чувствительности живым организмам. Собаки по-прежнему остаются одними из лучших детекторов многих веществ, а насекомые активно полагаются на обоняние для ориентации в пространстве. Чтобы проверить, способны ли насекомые улавливать PFAS, исследователи регистрировали нейронную активность участка мозга саранчи, отвечающего за обработку запахов. Насекомых подвергали воздействию газов, содержащих несколько соединений PFAS, включая PFOS.
«Мы не были уверены, что мозг саранчи вообще отреагирует на PFAS, — отмечает Саммер Маклейн-Свобода, докторант и научный сотрудник лаборатории Сахи, ведущий автор исследования. — Когда мы увидели отчетливые нейронные паттерны для разных соединений, мы поняли, что биология может стать мощной платформой для обнаружения PFAS». Каждое вещество формировало уникальный рисунок нейронной активности — своего рода «отпечаток запаха», позволяющий различать химикаты. Команда также показала, что саранча улавливает PFOS в концентрациях, близких к тем, что встречаются в загрязненных пробах.
Открытие озадачило ученых: PFAS — полностью искусственные вещества, существующие лишь несколько десятилетий, в отличие от естественных запахов, к которым у насекомых выработалась эволюционная чувствительность. «Мы были удивлены, насколько сильно мозг саранчи реагирует на соединения PFAS, — говорит Саха. — По какой-то причине сенсорная система насекомого способна обнаруживать эти искусственные химикаты, хотя в природе они не встречаются». Сегодня для выявления PFAS обычно требуются лабораторные приборы, такие как жидкостная хромато-масс-спектрометрия. Они точны, но дороги, нуждаются в специальном оборудовании и плохо подходят для работы в полевых условиях, а многие существующие методы нацелены на конкретные соединения, что затрудняет широкий скрининг.
Исследование представляет собой доказательство концепции. Сейчас команда тестирует пробы воды из Мичигана, чтобы понять, работает ли подход за пределами лаборатории. В перспективе ученые надеются уменьшить технологию до портативных биологических сенсоров для быстрого скрининга множества соединений PFAS в полевых условиях. «Биология может предложить совершенно иной способ обнаружения PFAS, — говорит Саха. — Если живые сенсорные системы способны распознавать эти химикаты, мы сможем создать более быстрые и универсальные инструменты для мониторинга загрязнения». Результаты опубликованы в Journal of Hazardous Materials Advances.