Bioremedijacija zemlje, dolgotrajno kontaminirane s PAH

Policiklični aromatski ogljikovi hidrati (PAH) so polutanti, večinoma človeškega izvora. Zaradi topnosti v lipidih, lahko preidejo preko gastrointestinalnega sistema v tkiva sesalcev. PAH imajo toksične, karcinogene in mutagene lastnosti, zato je njihovo odstranjevanje iz okolja izredno pomembno. Kot zelo obetaven način bioremedijacija, so znanstveniki v članku preizkusili hkratno delovanje alge Chlorella sp. MM3 in seva 9 bakterije Rhodococcus wratislaviensis za odstranitev PAH polutantov iz suspenzije zemlje. Testi toksičnosti zemlje, po dolgotrajnem gojenju obeh organizmov, so pokazali, da je sinergija med algo in bakterijo obetaven model za bioremedijacijo [1].

Policiklični aromatski ogljikovi hidrati

so skupina molekul z več kot enim obročem. V okolje so sproščeni ob nepopolnem sežigu (pirulizi) organskih snovi. V zemljo pridejo prek depozicije iz atmosferskih aerosolov in se adsorbirajo v pore na delcih zemlje V okolju se lahko pojavljajo v koncentracijah večjih od 300 g/kg, zaradi toksičnosti in obstojnosti, so klacificirani kot nevarni polutanti [2]. Z povečevanjem molekulske teže, se njihova topnost zmanjšuje, prav tako pa se povečuje odpornost na oksidacijo ali redukcijo, kar pomeni da v okolju ostanejo dalj časa [2]. Obstaja več kot 16 znanih PAH polutantov, najbolj obstojni so visoko molekularni PAH in v tej raziskavi so se osredotočili na phanantrene, piren in benzo-a-piren (BaP) [1].

Dekontaminacija zemlje

Dekontaminacija zemlje z fizikalnimi in kemijskimi metodami je neučinkovita in cenovno neugodna, saj se PAH ponavadi absorbirajo na delce zemlje. Uporaba mikroorganizmov za bioremedijacijo zemlje pa kaže obetavne rezultate. Mikroalge lahko v vodnem mediju prevzemajo PAH iz okolja. Uporaba kombinacije mikroorganizmov Fusarium solani in Arthobacter oxydans, izoliranih iz kontaminirane zemlje je bila že uspešna pri degradaciji phenantrena, pirena in diabenz-a-antracena [3]. Pred kratkim so odkrili lastnost mikroalge Chlorella sp MM3 za degradacijo pirena. Poleg tega so odkrili, da sev 9 bakterije R. wratislaviensis razgrajuje p-nitrofenol in še tri druge PAH [1]. Uporaba obeh mikroorganizmov hkrati bi lahko razširila spekter polutantov, ki jih lahko odstranjujemo iz okolja in povečala hitrost ter učinkovitost bioremedijacije. Ker se je bioremedijacija PAH in situ do zdaj izkazala za precej neučinkovito, so suspenzijski bioreaktorji najbolj primerni.

Kulture in vzorci

Kultura mikroalge je bila izolirana iz PAH-kontaminirane zemlje. Bakterijsko kulturo pa so izolirali iz vode, kontaminirano vodo. Za eksperimente degradacije PAH v mešani kulturi, so oba mikroorganizma gojili v BBM mediju z mešanico PAH. Za vzorce zemlje so vzeli zemljo iz hribovitega dela blizu mesta Adelaide in vzorec, ki je že dalj časa kontaminiran z PAH, iz odlagališča na jugu Avstralije. Zemljo so avtokavirali in ji dodali, do končne koncentracije 50, 10 in 10 mg/kg fenantrena, pirena in BaP [1].

Za analizo biodegradacije PAH so sterelizirane in umetno kontaminirane z vodo, da so pridobili suspenzijo in dodali R. wratislaviensis oziroma sistem R. wratislaviensis - Chlorella sp MM3. Vzorce so v inkubirali v nadzorovano osvetljenem okolju 30 dni in redno preverjali količino mikoorganizmov in razgradnjo PAH [1].

Rezultati

Rast alge je signifikantno višja, ko je bila v kontaminirano zemljo dodana še bakterija. Hitrost rasti R. wratislaviensis ni bila odvisna od prisotnosti alge, se je pa z njenim dodatkom povečala hitrost razgradnje PAH. Kisik, ki ga v procesu fotosinteze proizvaja alga, pomaga bakteriji, da razgradi PAH in s tem zmanjša toksičnost zemlje (zaradi razgradnje tistih PAH, ki jih alga ne more). R. wratislaviensis je tudi brez uspela razgraditi skoraj 100 % dodanih PAH. Uporaba alga-bakterija sistema je še dodatno pospešila razgradnjo PAH.

Prisotnost sistema alga-bakterija je drastično pospešilo razgradnjo treh merjenih PAH, ampak tudi bakterija sama je uspešno, v 30 dneh razgradila polutante v zemlji. Poleg treh meljivih PAH, je sistem uspešno odstranil tudi sledi vseh ostalih prisotnih PAH. Ne-inokulirana zemlja je dosegla degradacijo 12 %PAH in sterilna za le 4 %. Torej je biaugmentacija z sistemom alga - bakterija zelo učinkovita v primerjavi z nativnimi mikroorganizmi. Med razgradnjo v nesterelizirani zemlji je bil zaznan širok spekter bakterijskih vrst. Predpostavili so, da Chlorella sp tudi tem bakterijam pomaga pri rasti. Test toksičnosti zemlje po bioremedijaciji, kjer so spremljali flourescenco GFP, ki so ga izločale bakterije E. coli, je pokazal, da vzorci niso bili več toksični.

Zaključek

Dodajanje kisika v mešanico kontaminirane zemlje poveča ulinkovitost bakterije. Brez drage opreme in energetsko zahtevnih postopkov ga lahko dosežem z hkratno inokulacijo vzorcev z mikroalgami. Poleg tega uporaba večih mikroorganizmov lahko razširi spekter polutantov, ki jih lahko odstranimi iz zemlje [1].

Viri

[1].Subashchandrabose, S. R., Venkateswarlu, K. & Venkidusamy, K. Bioremediation of soil long-term contaminated with PAHs by algal–bacterial synergy of Chlorella sp. MM3 and Rhodococcus wratislaviensis strain 9 in slurry phase. Sci. Total Environ. 659, 724–731 (2019).

[2.]Abdel-Shafy, H. I. & Mansour, M. S. M. A review on polycyclic aromatic hydrocarbons: Source, environmental impact, effect on human health and remediation. Egypt. J. Pet. 25, 107–123 (2016).

[3.]Thavamani, P., Megharaj, M. & Naidu, R. Bioremediation of high molecular weight polyaromatic hydrocarbons co-contaminated with metals in liquid and soil slurries by metal tolerant PAHs degrading bacterial consortium. Biodegradation 23, 823–835 (2012).