Çevre Kirliliğine Karşı Biyoremidasyon


Ceyda Sönmez- Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi

Çeşitli endüstriyel ve tarımsal kaynaklardan salınan hidrokarbonlar, boyalar, esterler, ağır metaller, petrol ürünleri ve azot içeren kimyasallar gibi çok sayıda kirleticiler, çevreye zarar vermeye devam etmektedir. Bu kirleticiler doğada oldukça toksik ve kanserojendir. Ayrıca bu kimyasalların birikimi çevrede yaşayan flora ve fauna için tehlikeli hale gelmektedir. Son zamanlarda, kirleticilerin uzaklaştırılması ve bozulması için çevre bilimcileri tarafından çok fazla sayıda çalışma yapılmaktadır. Başlangıçta, çeşitli endüstrilerden ve tarımsal kaynaklardan salınan atıklar, bir deliğe boşaltılarak, yüksek sıcaklığa dayalı yakma ve UV ışınları kullanılarak arıtılıyordu. Ancak bu yöntemler, daha az etkinliği, karmaşık doğası ve yüksek maliyeti nedeniyle çok etkili değildir. Bu yöntemlerin yerine biyoremediasyon bu kimyasalların parçalanması için yeni bir yol sağlamaktadır.


Biyoremediasyon, kirleticilerin mikroorganizmalar ve enzimler kullanılarak çevreye daha az toksik olan başka bir forma dönüştürülmesidir. Genel olarak, biyoremediasyon, kirleticilerin çevreye daha az toksik olan başka bir forma dönüştürülmesi için mikroorganizmaların ve enzimlerinin kullanımını içerir. Çeşitli archaea türleri, bakteriler, algler ve mantarlar biyoremediasyon yeteneği gösterir[1]. Aynı zamanda bitkiler ve bitkilerle ilişkili bakteriler, toprakta ve havada bulunan bileşiklerin parçalanmasında da önemli bir rol oynamaktadır. Kirleticilerin uzaklaştırılması için mikroorganizmaların ve enzimlerinin kullanılması etkili, güvenli ve daha ucuz bir yöntemdir[2]. Moleküler ve rekombinant DNA teknolojisindeki gelişmeler, bitkilerin ve mikroorganizmaların genetik mekanizması biyoremediasyonu arttırmak için değiştirilebilir. Biyoremediasyon işleminde aktif olarak yer alan oksidoredüktazlar, lakkazlar, hidrolazlar ve peroksidazlar gibi çeşitli enzim türleri vardır[3]. Sıcaklık, nem içeriği ve pH gibi çeşitli çevresel parametreler mikroorganizma büyümesini değiştirir. Bu parametrelerin manipülasyonu ve optimizasyonu, mikroorganizmaların biyoremidasyon oranını önemli seviyelerde artırabilir. Bazı mikroorganizma türleri, kirleticileri sadece laboratuvar koşullarında bozma yeteneğine sahipken bir kaç alg türü olan Monoraphidium braunii, Chlamydomonas reinhardtii , mantar türü olan Tramates versicolor, Pleurotus eryngii, Phanerochacte chryososporium ve Pseudomonas aeruginosa, rhodococcus erythropolis gibi bakteriler kirlilik bölgelerinde toxic maddelerin dönüştürebilmiştir[4].


Mikroorganizmalar yoluyla biyoremediasyon 2 tipe ayrılabilir: in-situ biyoremediasyon ve ex-situ biyoremediasyon. İn-situ biyoremediasyon kirliliğin mevcut olduğu yerin arıtılmasıdır. Bu işlem çok etkili ve daha ucuzdur. Bu tip biyoremediasyon için çoğunlukla patojenik olmayan mikroorganizmalar kullanılır. In-situ biyoremediasyon esas olarak petrolle kirlenmiş alanların arındırılmasında kullanılır. Kemotaksis önemli bir rol oynar, çünkü mikroorganizmalar kemotaktik yeteneklerinin yardımıyla kontamine bölgeye doğru hareket edebilir[5]. İn-situ biyoremediasyon aerobik prosedüre ihtiyaç duyar. Bu sebeple toğrağa oksijen sağlanması büyük önem taşır. İn situ biyoremediasyonu toprakta bulunan atık madde üzerindeki mikroorganizmaların yavaş dönüştürme hızı ve mikroorganizmaların hayatta kalma oranı gibi etkenler sınırlandırabilmektedir.


Ex-situ biyoremediasyon kontamine olmuş toprağı veya suyu o bölgeden alınıp çıkarılmasıyla kirleticilerden arındırılmasıdır[6]. Bu iki yöntemle yapılabilir; bulamaç faz biyoremediasyonu ve katı faz biyoremediasyonu. Bulamaç fazı biyoremediasyonunda, su ve diğer reaktifler, mikroorganizmalara ideal büyüme koşullarını sağlayan bir biyoreaktörde toprak içinde karıştırılır. Atık maddelerin parçalanması için besin maddeleri ve oksijen de sisteme eklenir. İşlemin tamamlanmasından sonra su ayrılır ve toprak değiştirilir[6]. Katı faz biyoremediasyonu, kirlenmiş toprağı arındırmak için yer üstü arıtma merkezini içerir. Yer üstü arıtma işlemi, yer üstü alanına yerleştirilen ve arıtma yatağına yayılan toprağın kazılmasını içerir. Ayrıca havalandırma sistemi ile donatılmıştır. Biyoremediasyonun verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için besinler, oksijen, pH, nem ve ısı da kontrol edilmelidir. Ex-situ biyoremidasyon esas olarak çeşitli toksinlerin ve pestisitlerin arındırılmasında kullanılır. Bu yöntem diğer yöntemlere göre nispeten hızlı ve daha verimlidir[6].


Kirleticilerin mikroorganizmalar yardımıyla parçalanması, gerçek uygulamada biyoremediasyonun fizibilitesini azaltan yavaş bir süreçtir. Son birkaç yılda, hücrelerinden ayrılan mikrobiyal enzimler, yukarıdaki sınırlamaların üstesinden gelmek için tüm mikroorganizmalara kıyasla daha fazla kullanılmıştır[7]. Enzimler, kirleticilerin bozunması için gereken moleküler mekanizmalarda yer alan ve bir dizi biyokimyasal reaksiyon için katalizör görevi gören karmaşık biyolojik makro moleküllerdir. Enzimler, moleküllerin aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyon hızını artırabilir.


Saflaştırılmış ve kısmen saflaştırılmış enzime dayanan biyoremediasyon, kirli ortamda belirli bir mikroorganizmanın büyümesine bağlı değildir fakat mikroorganizmlalar tarafından salgılanan enzimin katalitik aktivitesine bağlıdır. Besin bakımından fakir topraklarda, saflaştırılmış bir enzim kullanılarak biyoremediasyon mümkün olabilir. Mikroorganizmalara kıyasla enzimler substratlarına daha spesifiktir ve daha küçük boyutlarından dolayı doğada daha hareketlidir [8].


Biyoremediasyonda enzimlerin pratik uygulamaları, daha az stabilite, verimlilik ve aktivite gibi çeşitli problemlerle karşı karşıyadır. Enzimler, çok karmaşık yapısal konfirmasyona sahip makro moleküller olduğu için herhangi bir fiziksel veya kimyasal değişiklik enzim aktivitesinin kaybolmasına neden olur. Doğal çevre koşullarında, mikroplar yeterli miktarda enzim üretemezler. Birçok çevre bilimcisi, ağır metalleri ve toksik kirleticileri daha az toksik formlara tamamen parçalama veya dönüştürme potansiyeline sahip mikroorganizmalar üreten yeni enzimleri izole etmek için sürekli olarak çalışmaktadır. Genetik mühendisliği ve immobilizasyon gibi yeni tekniklerden bazıları bahsedilen sınırlandırılmaların üstesinden gelebileceği düşünülmektedir.





Referanslar

  1. M., D., A., S., N., S., & A., J. (2002). Biotechnology and bioremediation: successes and limitations. Applied Microbiology and Biotechnology, 59(2-3), 143–152. doi:10.1007/s00253-002-1024-6

  2. Karigar, C. S., & Rao, S. S. (2011). Role of microbial enzymes in the bioremediation of pollutants: a review. Enzyme research, 2011, 805187. https://doi.org/10.4061/2011/805187

  3. Kadri, T., Rouissi, T., Kaur Brar, S., Cledon, M., Sarma, S., & Verma, M. (2017). Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by fungal enzymes: A review. Journal of environmental sciences (China), 51, 52–74. https://doi.org/10.1016/j.jes.2016.08.023

  4. Tahri, N., Bahafid, W., Sayel, H., & El Ghachtouli, N. (2013). Biodegradation: Involved Microorganisms and Genetically Engineered Microorganisms. Biodegradation - Life of Science. doi:10.5772/56194

  5. Jørgensen, K. S. (2007). In Situ Bioremediation. Advances in Applied Microbiology Volume 61, 285–305. doi:10.1016/s0065-2164(06)61008-3

  6. Megharaj, M., Venkateswarlu, K., & Naidu, R. (2014). Bioremediation. Encyclopedia of Toxicology, 485–489. doi:10.1016/b978-0-12-386454-3.01001-0

  7. Thatoi, H., Das, S., Mishra, J., Rath, B. P., & Das, N. (2014). Bacterial chromate reductase, a potential enzyme for bioremediation of hexavalent chromium: A review. Journal of Environmental Management, 146, 383–399. doi:10.1016/j.jenvman.2014.07.014

  8. Ruggaber, T. P., & Talley, J. W. (2006). Enhancing Bioremediation with Enzymatic Processes: A Review. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management, 10(2), 73–85. doi:10.1061/(asce)1090-025x(2006)10:2(73)


25 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör