Лакказы: структура, функции и перспективы применения для биоремедиации воды

Глобальный рост урбанизации и промышленной активности привёл к образованию и поступлению в экосистемы чужеродных загрязняющих молекул, нарушающих их функционирование и влияющих на здоровье человека и животных. Для удаления этих загрязнителей из водных объектов, испытывающих антропогенную нагрузку, применяются физические, химические и биологические методы. С этой целью используются биотехнологические процессы с участием микроорганизмов и ферментов; в частности, лакказы, являющиеся биокатализаторами широкого спектра действия, применяются для разложения различных соединений, включая вещества, содержащиеся в промышленных и больничных сточных водах. Лакказы продемонстрировали значительный потенциал для биотрансформации разнообразных загрязнителей при использовании неочищенных ферментных экстрактов или свободных ферментов. Однако их крупномасштабное применение в биоремедиации и водоочистке ограничивается сложным составом загрязнённых сред, высокими концентрациями солей и значениями pH, которые влияют на стабильность, извлечение и повторное использование белков. Эти проблемы также связаны с эксплуатационными трудностями и необходимостью крупномасштабного производства лакказы. Поэтому для выявления и разработки новых лакказ, способных функционировать в сложных условиях, а также для создания новых стратегий и процессов их эффективного применения при очистке загрязнённой воды необходимы более глубокие знания о молекулярных характеристиках водных объектов. В последнее время проблемы стабильности, эффективности, разделения и повторного использования решаются посредством иммобилизации ферментов и разработки новых биокаталитических материалов. В настоящем обзоре представлены современные сведения о лакказах из различных источников, их структуре и биохимических свойствах, механизмах действия, а также применении для биоремедиации и биотрансформации загрязняющих молекул в воде. Кроме того, обсуждается ряд усовершенствований, направленных на повышение устойчивости лакказ к органическим растворителям, термостабильности и эксплуатационной стабильности в соответствии с требованиями процессов.