:UNIVERZITET U BANJOJ LUCI
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
STUDIJSKI PROGRAM BIOLOGIJA
- SEMINARSKI RAD IZ MIKROBIOLOGIJE -
Bioremedijacija
Bioremedijacija ekosistema zagađenih naftom
Bioremedijacija vazduha
STUDENT MENTOR
Aleksandra Marinković
Prof. dr Živojin Erić
Banja Luka, 2013 godina
2
Sadržaj
1. Uvod .............................................................................................................................................3
2. Bioremedijacija .............................................................................................................................4
3. Tehnike bioremedijacije ...............................................................................................................6
3.1. In situ tehnike .........................................................................................................................7
3.2. Ex situ tehnike ........................................................................................................................9
4.Bioremedijacija ekosistema zagađenih naftom ............................................................................10
4.1. Bioremedijacija kontaminiranih zemljišta ............................................................................11
4.1.1. Aerobna razgradnja .........................................................................................................12
4.1.2. Anaerobna razgradnja .....................................................................................................13
4.2. Bioremedijacija marinskih ekosistema zagađenih naftom ....................................................14
5. Bioremedijacija vazduha .............................................................................................................14
6. Zaključak ....................................................................................................................................15
7. Literatura ....................................................................................................................................16
4
Pod bioremedijaciom se podrazumjeva skup mikrobioloških postupaka u kojima se
mikroogranizmi koriste za degradaciju nekih polutanata, a u cilju poboljšanja stanja narušenih
ekosistema. Pri ovom procesu mikroorganizmi posredstvom svojih enzima razgrađuju
(metabolišu) organske kontaminante iz zemljišta ili voda i transformišu ih u krajnje netoksične
proizvode, pre svega do ugljen-dioksida i vode.
Tehnologije bioremedijacije, stvaranjem optimalnih uslova za rast mikroorganizama i
uvećanje njihove brojnosti, potpomažu detoksikaciju određenih količina kontaminanata. Za
uspješnije obavljanje procesa bioremedijacije, potrebno je poznavati karakteristike kontaminanta,
lokaliteta i mikroorganizama. Od ovih parametara zavisi i dužina trajanja bioremedijacije, koja
često može da dostigne i više godina. Pojedini lako biodegradibilni kontaminanti mogu se
razgraditi i za manje od godinu dana, dok se kontaminanti velikih molekulskih težina razgrađuju
znatno duže.
Najvažnije karakteristike kontaminanta koje je potebno determinisati su mogućnost
biodegradacije, rastvorljivost u vodi, koeficijent sorpcije zemljišta i hemijska reaktivnost.
Karakterizacija i opisivanje lokaliteta podrazumjeva determinisanje dubine i areala
rasprostanjenja kontaminanta, koncentraciju kontaminanta u lokalitetu, tip zemljišta ili klasa vode
sa svojim osobinama (pH, sadržaj organske materije, sadržaj makro- i mikroelemenata itd.),
prisustvo ili odsustvo supstanci koje su toksične za mikroorganizme, prisustvo drugih akceptora
elektrona itd. Kada su mikroorganizmi u pitanju, potrebno je, pre svega, da oni budu aktivni, to
jest da imaju sposobnost biodegradacije određenog kontaminanta i da njihova populacija u
lokalitetu bude dovoljno velika, kako bi se što efikasnije kontaminant razgradio. Različite vrste
mikroorganizama razgrađuju različite kontaminante i preživljavaju pri različitim uslovima.
U procesu bioremedijacije mogu učestovati
autohtoni
mikroorganizmi, koji su izolovani sa
dotičnih kontaminiranih lokaliteta. Stimulisanje rasta autohtonih mikroorganizama postiže se
obezbjeđivanjem odgovarajuće temperature, kiseonika i hranjivih materija. Ukoliko biološka
aktivnost, potrebna za degradaciju pojedinih polutanata i kontaminanata, nije ustanovljena,
kontaminiranim lokalitetima se dodaju kulture
egzogenih
mikroorganizama (prethodno uspješno
testiranih na prisustvo različitih kontaminanata) izolovane sa drugih lokaliteta.
Za bioremedijaciju se koriste čiste ili mješane kulture mikroorganizama. Imajući u vidu da
autohtoni mikroorganizmi najčešće nisu u mogućnosti da razgrade ksenobiotike ili druge
potencijalne supstrate koji se nalaze u kompleksnim mješavinama polutanata, bioremedijacija se
zasniva na dobijanju i gajenju onih vrsta koje mogu da vrše biodegradaciju polutanata i njihovom
unosu u prirodnu sredinu. Dobijene komercijalne kulture mikroorganizama se, na primjer,
primjenjuju u degradaciji ulja, bilo
in situ,
bilo u posebnim bioreaktorima za testiranje polutanata.
5
Pseudomonas
vrste se često biraju zbog njihove sposobnosti da degradiraju širok spektar
polutanata uključujući ugljovodonike male molekulske težine koji su povezani sa zagađenim
porijeklom od izlivenih ulja. Gljiva
Phanerochaete
se preporučuje za bioremedijaciju mnogih
kompleksnih polutanata (DDT, TNT, benzopiren i plastične mase kao što je polietilen).
Nedostatak kataboličnog puta za biodegradaciju ksenobiotika danas se prevazilazi tehnikama
bioinžinjeringa. Biohemijski putevi stalno evoluiraju, a razmjena genetičkih infornacija preko
plazmida između različitih vrsta i sojeva mikroorganizama može znatno da ubrza ove procese.
Selekcija se takođe često primjenjuje da bi se dobili sojevi sa željenim karakteristikama
(iskoristljivost ksenobionta, na primjer). Postupak se sastoji u gajenju kultura na podlogama sa
malim koncentracijama ksenobiotika i višim koncentracijama srodnih, ali iskoristivih supstrata.
Postepeno, koncentracija ksenobiotika u podlozi se povećava, a iskoristivih supstrata smanjuje,
što favorizuje razvoj sojeva mikroorganizama sa željenim svojstvima, a koji su posljedica
mutacija. Mogućnost mutacija može dodatno da se poveća primjenom UV zračenja i hemijskih
mutagena.
Napredak u usmjerenom razvoju mikroorganizama sa željenim svojstvima zasniva se na
činjenici da su mnogi geni, odgovorni za rezistenciju prema antibioticima, teškim metalima i
iskoristljivost različitih supstrata u prirodnoj sredini (ksenobiotika), locirani na transpozomima ili
plazmidim. Primjena genetičkih metoda rezutirala je razvojom
Pseudomonas
sojevima koji su
sposobni da degradiraju širok niz hlorobenzoata i hlorfenola. Introdukcija ovih sojeva u otpadne
vode hemijskih fabrika rezultirala je znatnim uklanjanjem haloaromatičnih ksenobiotika.
Bioremedijacija je proces koji se može obavljati u aerobnim i anaerobnim uslovima. U
aerobinim uslovima mikroorganizmi koriste kiseonik i transformišu mnoge kontaminante do
ugljen-dioksida (CO
2
) i vode (H
2
O), stvarajući pri tome sopstvenu ćelijsku biomasu. U
anaerobnim uslovima se, u zavisnosti od vrste mikroorganizama i uslova, stvaraju različiti
proizvodi razgradnje kontaminanata. U opštem slučaju kontaminanti se transformišu do metana,
malih količina ugljen-dioksida i gasovitog vodonika. Pri sulfatredukujućim uslovima nastaje
elementarni sumpor, dok nitratredukujući uslovi favorizuju nastanak gasovitih oblika azota. U
nekim slučajevima, neki kontaminanti se mogu razgraditi do intermedijera ili krajnjih proizvoda,
koji su manje, podjednako ili više toksični od početnog kontaminanta. Primjer za to je
trihloroetilen (TCE), koji se, u anaerobnim uslovima pomoću mikroorganizama, razgrađuje do
veoma otpornog i toksičnijeg vinil hlorida. Vinil hlorid se, međutim, vrlo lako može razgraditi u
aerobnim uslovima.
Bioremedijacija se može obavljati na dva načina :
in situ
i
ex situ
.
In situ
bioremedijacija
zasniva se na tretiranju kontaminiranog zemljišta ili voda na istoj lokaciji gdje je utvrđeno
prisustvo kontaminanata.
Ex situ
bioremedijacija zahtjeva iskopavanje kontaminiranog zemljista
ili ispumpavanje kontaminiranih voda prije bioremedijacionog tretmana. Osnovni cilj aerobne
in
