Біодеградація

Біодеграда́ція (від біо… та деградація), біологічний розклад, біорозкладання — природний процес перетворення та зміни біологічної активності складних сполук органічних, що відбувається за участі живих організмів.

Зміст

1 Характеристика
- 1.1 Середовища, умови, чинники, механізми
2 Значення
3 Додатково
4 Література
5 Автор ВУЕ

Характеристика

Внаслідок природного процесу розкладання органічні хімічні речовини в навколишньому середовищі перетворюються на простіші сполуки, мінералізуються та перерозподіляються через біогеохімічні цикли, зокрема цикли карбону, азоту та сульфуру.

Біодеградацію здійснюють мікроорганізми різних таксономічних груп: гриби (здебільшого мікроскопічні, особливо пеніцили та аспергіли), актиноміцети, бактерії. Найактивніше біорозкладання відбувається за участі актиноміцетів. За наявності атмосферного повітря відбувається біодеградація аеробна, за відсутності — анаеробна. Остаточна біодеградація відбувається під дією аеробів і в кінцевому результаті спричиняє повний розклад субстрату або матеріалу до CO₂, H₂O і біомаси.

Середовища, умови, чинники, механізми

Біодеградація може проходити лише в біосфері. Біодеградація відбувається у таких середовищах: ґрунт, вода, на звалищах відходів, у компостах. Кожне середовище містить різні мікроорганізми та має різні умови для деградації. У ґрунті за деградацію органічної речовини здебільшого відповідають гриби, у водному середовищі — бактерії (різні групи на поверхні та в осаді), причому концентрація і чисельність бактерій у воді зростає зі збільшенням глибини.

Мікроорганізми біодеградують органічні матеріали за допомогою свого ферментативного апарату, однак активність ферментів суттєво узалежнена гідрофобністю синтетичних органічних сполук, передусім сучасних синтетичних полімерів (пластичних мас та інших речовин із високою молекулярною масою).

Швидкість перебігу біодеградації залежить від низки умов і наявності або відсутності необхідних чинників. За оптимальних умов біодеградація може відбуватися відносно швидко порівняно з природними геологічними і геохімічними процесами.

До необхідних для біорозкладання умов і чинників належать такі:

наявність або додавання кінцевих акцепторів електронів (наприклад, молекулярного кисню, нітратів, сульфатів або діоксиду вуглецю), що стимулює процес анаеробної біодеградації;
наявність основних поживних речовин (азот, фосфор, мікроелементи тощо), кометаболітів, відсутність яких може обмежити процес біодеградації;
наявність води та її оптимальна солоність (висока солоність перешкоджає біодеградації);
гідрофільність субстрату, що підлягає розкладанню;
оптимальні для життєдіяльності мікроорганізмів температура середовища (оптимальні температури для перебігу біодеградації в ґрунті становлять 30–40 °C, у прісній воді — 20–30 °C, у морській воді — 15–20 °C відповідно) і значення водневого показника;
активність мікроорганізмів: природа, місце розташування відносно субстрату й відповідність ферментів субстрату;
наявність інгібіторів або індукторів ферментів, включно з відсутністю бактерицидів.

В основі біодеградації лежать фрагментація, мінералізація, гідроліз.

Значення

Має важливе значення для колообігу речовин, ґрунтоутворення, покращення родючості ґрунтів, самоочищення водойм, забезпечення надання послуг екосистемних тощо. Забезпечує зменшення вмісту різноманітних ксенобіотиків у довкіллі, зокрема в ґрунті та водному середовищі. Спричинює втрату фізіологічної активності та зменшення кількості пестицидів безпосередньо в рослинах, що сприяє їхній детоксикації. Відіграє важливу роль у перетворенні гербіцидів, очищенні біологічному, зокрема біологічному очищенні стічних вод тощо.

Біодеградація та біоконверсія — важливі напрями біотехнології. Уся переробка відходів та побічної продукції сільського господарства і промисловості заснована на цих процесах.

Біологічне розкладання використовують для очищення довкілля від ксенобіотиків, а також високомолекулярних сполук природного походження. У сільському господарстві за допомогою біодеградації нейтралізують надлишки добрив, нітратів, нітритів, пестицидів, регуляторів росту рослин, антибіотиків, сульфаніламідів, стимуляторів росту сільськогосподарських тварин тощо, і продуктів їхнього метаболізму. В агровиробництві біодеградацію використовують для покращення якості харчових продуктів.

Додатково

Екстремальні термофіли, зокрема види бактерій родів Termus і Bacillus, здатні розкладати поліциклічні вуглеводні ароматичні і алкани з довгим ланцюгом з великою швидкістю за температури до 83 °C.

Література

Alexander M. Biodegradation and Bioremediation. 2nd ed. Amsterdam : Academic Press, 1999. 472 p.
Meintanis Chr., Chalkou K., Kormas K. et al. Biodegradation of Crude Oil by Thermophilic Bacteria Isolated from a Volcano Island // Biodegradation. 2006. Vol. 17. P. 3–9.
Балюк С., Носко Б., Скрильник Є. Сучасні проблеми біологічної деградації чорноземів і способи збереження їх родючості // Вісник аграрної науки. 2016. № 94 (1). С. 11–17.
Галкін М. Б., Страшнова І. В., Андрющенко А. В. Використання мікроорганізмів у біоремедіації грунтів, забруднених внаслідок бойових дій // Мікробіологія і біотехнологія. 2024. № 2 (61). С. 28–55.
Mendoza J., Tineo D., Chuquibala-Checan B. et al. Global Perspectives on the Biodegradation of LDPE in Agricultural Systems // Frontiers in Microbiology. 2025. Vol. 15. № 1510817. P. 1–18. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11748793/