De rol van micro-organismen in bioremediëring – een overzicht

Inleiding

Micro-organismen zijn wijdverspreid in de biosfeer omdat hun metabolisch vermogen zeer indrukwekkend is en ze gemakkelijk kunnen groeien in een breed scala van milieu-omstandigheden. De veelzijdige voedingsmogelijkheden van micro-organismen kunnen ook worden benut voor de biologische afbraak van verontreinigende stoffen. Dit soort proces wordt bioremediatie genoemd. Het wordt voortgezet op basis van het vermogen van bepaalde micro-organismen om giftige verontreinigende stoffen om te zetten, te wijzigen en te gebruiken, teneinde energie en biomassaproductie in het proces te verkrijgen . In plaats van de verontreiniging eenvoudigweg te verzamelen en op te slaan, is bioremediatie een microbiologische, goed georganiseerde procedurele activiteit die wordt toegepast om verontreinigingen af te breken of om te zetten in minder toxische of niet-toxische elementaire en samengestelde vormen. Bioremediatoren zijn biologische agentia die worden gebruikt voor bioremediatie om verontreinigde locaties te saneren. Bacteriën, archaea en fungi zijn typische primaire bioremediatoren. Bioremediatie is een biotechnologisch proces waarbij micro-organismen betrokken zijn om de gevaren van vele verontreinigende stoffen door biologische afbraak uit het milieu op te lossen en te verwijderen. Bioremediatie en biodegradatie zijn termen die onderling verwisselbaar zijn. Micro-organismen fungeren als een belangrijk instrument voor de verwijdering van verontreinigende stoffen in bodem, water en sedimenten; vooral vanwege hun voordeel ten opzichte van andere saneringsprotocollen. Micro-organismen herstellen de oorspronkelijke natuurlijke omgeving en voorkomen verdere verontreiniging. Het doel van dit overzicht is de huidige trend in de toepassing/rol van micro-organismen bij bioremediatie tot uitdrukking te brengen en relevante achtergrondinformatie te verschaffen over de lacunes die op dit thematische gebied zijn geconstateerd. Momenteel is het een hot onderzoeksgebied omdat micro-organismen milieuvriendelijk zijn en veelbelovend waardevol genetisch materiaal om bedreigingen voor het milieu op te lossen.

Factoren die microbiële bioremediatie beïnvloeden

Bioremediatie houdt zich bezig met het afbreken, verwijderen, veranderen, immobiliseren of ontgiften van verschillende chemische en fysische afvalstoffen uit het milieu door de werking van bacteriën, schimmels en planten. Micro-organismen fungeren via hun enzymatische routes als biokatalysatoren en vergemakkelijken de voortgang van biochemische reacties die de gewenste verontreinigende stof afbreken. Micro-organismen treden alleen tegen de verontreinigende stoffen op wanneer zij toegang hebben tot een verscheidenheid van stoffen die hen helpen energie en voedingsstoffen te genereren om meer cellen op te bouwen. De doeltreffendheid van bioremediatie hangt af van vele factoren, waaronder de chemische aard en concentratie van de verontreinigende stoffen, de fysisch-chemische kenmerken van het milieu en de beschikbaarheid ervan voor micro-organismen. De snelheid van afbraak wordt beïnvloed doordat bacteriën en verontreinigende stoffen niet met elkaar in contact komen. Bovendien zijn microben en verontreinigende stoffen niet gelijkmatig in het milieu verspreid. De beheersing en optimalisering van bioremediatieprocessen is een complex systeem als gevolg van vele factoren. Deze factoren zijn onder meer: het bestaan van een microbiële populatie die in staat is de verontreinigende stoffen af te breken, de beschikbaarheid van verontreinigende stoffen voor de microbiële populatie en omgevingsfactoren (bodemtype, temperatuur, pH, de aanwezigheid van zuurstof of andere elektronenacceptoren, en nutriënten).

Biologische factoren

Biotische factoren zijn van invloed op de afbraak van organische verbindingen via concurrentie tussen micro-organismen om beperkte koolstofbronnen, antagonistische interacties tussen micro-organismen of de predatie van micro-organismen door protozoa en bacteriofagen. De afbraaksnelheid van een verontreiniging is vaak afhankelijk van de concentratie van de verontreiniging en van de hoeveelheid aanwezige “katalysator”. In deze context staat de hoeveelheid “katalysator” voor het aantal organismen dat in staat is de verontreiniging te metaboliseren, alsook voor de hoeveelheid enzymen die door elke cel wordt geproduceerd. De expressie van specifieke enzymen door de cellen kan de afbraaksnelheid van de verontreiniging verhogen of verlagen. Bovendien moeten specifieke enzymen aan het metabolisme van de verontreiniging deelnemen en is hun “affiniteit” voor de verontreiniging en ook de beschikbaarheid van de verontreiniging grotendeels vereist. De belangrijkste biologische factoren zijn: mutatie, horizontale genoverdracht, enzymactiviteit, interactie (competitie, successie en predatie), de eigen groei tot de kritische biomassa is bereikt, populatiegrootte en -samenstelling.

Milieufactoren

De metabole eigenschappen van de micro-organismen en de fysisch-chemische eigenschappen van de beoogde contaminanten bepalen de mogelijke interactie tijdens het proces. Het werkelijke succes van de interactie tussen de twee hangt echter af van de milieuomstandigheden op de plaats van de interactie. De groei en activiteit van micro-organismen worden beïnvloed door pH, temperatuur, vochtigheid, bodemstructuur, oplosbaarheid in water, nutriënten, kenmerken van de locatie, redoxpotentiaal en zuurstofgehalte, gebrek aan opgeleid personeel op dit gebied en de fysisch-chemische biologische beschikbaarheid van verontreinigende stoffen (verontreinigingsconcentratie, type, oplosbaarheid, chemische structuur en toxiciteit). Deze factoren zijn bepalend voor de kinetiek van de afbraak. Biologische afbraak kan plaatsvinden bij een breed pH-bereik; in de meeste aquatische en terrestrische systemen is een pH van 6,5 tot 8,5 echter doorgaans optimaal voor biologische afbraak. Vocht beïnvloedt de snelheid van het metabolisme van verontreinigende stoffen omdat het van invloed is op het soort en de hoeveelheid oplosbare materialen die beschikbaar zijn, alsook op de osmotische druk en de pH van terrestrische en aquatische systemen. De meeste milieufactoren worden hieronder opgesomd.

Beschikbaarheid van nutriënten

De toevoeging van nutriënten regelt de essentiële nutriëntenbalans voor microbiële groei en reproductie en heeft tevens gevolgen voor de biologische afbraaksnelheid en -effectiviteit. Het in evenwicht brengen van nutriënten, met name de toevoer van essentiële nutriënten zoals N en P, kan de biodegradatie-efficiëntie verbeteren door de bacteriële C: N: P-verhouding te optimaliseren. Om te overleven en hun microbiële activiteiten voort te zetten hebben micro-organismen een aantal voedingsstoffen nodig, zoals koolstof, stikstof en fosfor. In kleine concentraties wordt ook de omvang van de afbraak van koolwaterstoffen beperkt. Toevoeging van een geschikte hoeveelheid nutriënten is een gunstige strategie om de metabolische activiteit van micro-organismen en daarmee de biologische afbraaksnelheid in koude milieus te verhogen. De biologische afbraak in een aquatisch milieu wordt beperkt door de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Net als de voedingsbehoeften van andere organismen hebben ook olie-etende microben voedingsstoffen nodig voor een optimale groei en ontwikkeling. Deze nutriënten zijn beschikbaar in het natuurlijke milieu, maar komen in lage hoeveelheden voor.

Temperatuur

Van de fysische factoren is de temperatuur de belangrijkste om de overleving van de micro-organismen en de samenstelling van de koolwaterstoffen te bepalen. In koude omgevingen zoals het Noordpoolgebied verloopt de afbraak van olie via natuurlijke processen zeer traag, waardoor de microben onder grotere druk komen te staan om de gelekte olie op te ruimen. De watertemperatuur onder nul in deze regio zorgt ervoor dat de transportkanalen binnen de microbiële cellen worden afgesloten of dat zelfs het gehele cytoplasma bevriest, waardoor de meeste oleofiele microben metabolisch inactief worden. Biologische enzymen die deelnemen aan het afbraakproces hebben een optimale temperatuur en zullen niet bij elke temperatuur dezelfde metabolische omzet hebben. Bovendien vereist het afbraakproces voor specifieke verbindingen een specifieke temperatuur. Temperatuur versnelt of vertraagt ook het bioremediatieproces omdat het de microbiële fysiologische eigenschappen sterk beïnvloedt. De snelheid van microbiële activiteiten neemt toe met de temperatuur en bereikt zijn maximum bij een optimale temperatuur. Bij verdere stijging of daling van de temperatuur neemt de activiteit plotseling af en stopt uiteindelijk bij het bereiken van een bepaalde temperatuur.

Concentratie van zuurstof

Verschillende organismen hebben zuurstof nodig, andere hebben ook geen zuurstof nodig, afhankelijk van hun behoefte, waardoor de biologische afbraak sneller verloopt. Biologische afbraak vindt plaats in aërobe en anaërobe omstandigheden, omdat zuurstof voor de meeste levende organismen een gasvormig vereiste is. De aanwezigheid van zuurstof kan in de meeste gevallen het metabolisme van koolwaterstoffen bevorderen.

Vochtgehalte

Micro-organismen hebben voldoende water nodig om te kunnen groeien. Het vochtgehalte van de bodem heeft een ongunstig effect op de biologische afbraakmiddelen.

pH

pH van verbinding die zuurheid, basiciteit en alkaliteit aard van verbinding, het heeft zijn eigen invloed op microbiële metabolische activiteit en ook verhoging en verlaging verwijderingsproces. De meting van de pH in de bodem kan het potentieel voor microbiële groei aangeven. Hogere of lagere pH-waarden laten slechtere resultaten zien; metabolische processen zijn zeer gevoelig voor zelfs kleine veranderingen in pH.

Karakterisering en selectie van de locatie

Voordat een voorstel voor bioremediatie wordt gedaan, moet voldoende onderzoek worden verricht om de omvang van de verontreiniging adequaat te karakteriseren. Deze werkzaamheden moeten ten minste de volgende factoren omvatten: een volledige bepaling van de horizontale en verticale omvang van de verontreiniging, een lijst van de parameters en locaties die moeten worden bemonsterd en de motivering voor de keuze daarvan, een beschrijving van de methoden die moeten worden gebruikt voor het verkrijgen van monsters en de uit te voeren analyses.

Metaalionen

Metalen zijn in kleine hoeveelheden belangrijk voor bacteriën en schimmels, maar in grote hoeveelheden remmen ze de metabolische activiteit van de cellen. Metaalverbindingen hebben direct en indirect invloed op de snelheid van afbraak.

Toxische verbindingen

In hoge concentraties kunnen sommige verontreinigende stoffen toxische effecten hebben op micro-organismen en de decontaminatie vertragen. De mate en de mechanismen van toxiciteit variëren naar gelang van de specifieke toxische stoffen, hun concentratie en de blootgestelde micro-organismen. Sommige organische en anorganische verbindingen zijn toxisch voor bepaalde levensvormen

Principe van bioremediatie

Bioremediatie wordt gedefinieerd als het proces waarbij organische afvalstoffen onder gecontroleerde omstandigheden biologisch worden afgebroken tot een onschadelijke toestand, of tot concentratieniveaus beneden de door regelgevende instanties vastgestelde grenswaarden. Micro-organismen zijn geschikt voor de vernietiging van verontreinigende stoffen omdat zij enzymen bezitten die hen in staat stellen milieuverontreinigende stoffen als voedsel te gebruiken. Het doel van bioremediatie is hen ertoe aan te zetten te werken door hun optimale niveaus van voedingsstoffen en andere chemische stoffen te verstrekken die essentieel zijn voor hun metabolisme, teneinde stoffen die gevaarlijk zijn voor het milieu en levende wezens af te breken/te ontgiften. Alle metabolische reacties worden bemiddeld door enzymen. Deze behoren tot de groepen van oxidoreductases, hydrolases, lyases, transferases, isomerases en ligases. Veel enzymen hebben een opmerkelijk breed afbraakvermogen door hun niet-specifieke en specifieke substraataffiniteit. Wil bioremediatie effectief zijn, dan moeten micro-organismen de verontreinigende stoffen enzymatisch aanvallen en omzetten in onschadelijke producten. Aangezien bioremediatie alleen effectief kan zijn wanneer de milieuomstandigheden microbiële groei en activiteit mogelijk maken, impliceert de toepassing ervan vaak de manipulatie van milieuparameters om microbiële groei en afbraak sneller te laten verlopen.

Bioremediatie vindt op natuurlijke wijze plaats en wordt gestimuleerd door toevoeging van levende wezens en meststoffen. Bioremediatie technologie is voornamelijk gebaseerd op biologische afbraak. Het verwijst naar de volledige verwijdering van toxische organische verontreinigende stoffen in onschadelijke of natuurlijk voorkomende verbindingen zoals kooldioxide, water, anorganische verbindingen die veilig zijn voor mens, dier, plant en aquatisch leven. Er zijn talrijke mechanismen en routes opgehelderd voor de biologische afbraak van een grote verscheidenheid aan organische verbindingen; zo wordt het voltooid in de aanwezigheid en afwezigheid van zuurstof.

Het voordeel van bioremediatie

Het is een natuurlijk proces, het neemt weinig tijd in beslag, als een aanvaardbaar afvalverwerkingsproces voor verontreinigd materiaal zoals grond. Microben zijn in staat de verontreiniging af te breken en nemen in aantal toe wanneer de verontreiniging aanwezig is. Wanneer de verontreiniging is afgebroken, neemt de biologische afbraakpopulatie af. De residuen van de behandeling zijn gewoonlijk onschadelijke producten, waaronder water, kooldioxide en celbiomassa.

Het vergt een zeer geringe inspanning en kan vaak ter plaatse worden uitgevoerd, vaak zonder dat de normale activiteiten ernstig worden verstoord. Hierdoor behoeven ook geen grote hoeveelheden afval naar elders te worden getransporteerd en behoeven de volksgezondheid en het milieu niet langer te worden bedreigd.

-Het wordt toegepast in een kosteneffectief proces omdat het minder kost dan de andere conventionele methoden (technologieën) die worden gebruikt voor het opruimen van gevaarlijk afval. Belangrijke methode voor de behandeling van met olie verontreinigde terreinen.

-Het helpt ook bij de volledige vernietiging van de verontreinigende stoffen, veel van de gevaarlijke verbindingen kunnen worden omgezet in onschadelijke producten, en deze eigenschap elimineert ook de kans op toekomstige aansprakelijkheid in verband met de behandeling en verwijdering van verontreinigd materiaal.

-Het maakt geen gebruik van gevaarlijke chemicaliën. Voedingsstoffen vooral meststoffen toegevoegd om actieve en snelle microbiële groei te maken. Vaak gebruikt op gazons en tuinen. Door bioremediatie veranderen schadelijke chemicaliën in water en onschadelijke gassen, de schadelijke chemicaliën worden volledig vernietigd.

-Simpel, minder arbeidsintensief en goedkoop door hun natuurlijke rol in het milieu.

-Eco-vriendelijk en duurzaam .

-Verontreinigingen worden vernietigd, niet eenvoudigweg overgebracht naar andere milieucompartimenten.

-Niet opdringerig, waardoor de locatie mogelijk verder kan worden gebruikt.

-Relatief gemak van implementatie .

-Effectieve manier om het natuurlijke ecosysteem te saneren van een aantal verontreinigingen en fungeren als milieuvriendelijke opties.

Het nadeel van Bioremediatie

Het is beperkt tot die verbindingen die biologisch afbreekbaar zijn. Niet alle verbindingen kunnen snel en volledig worden afgebroken.

-Het is mogelijk dat de producten van biologische afbraak persistenter of toxischer zijn dan de oorspronkelijke verbinding.

-Biologische processen zijn vaak zeer specifiek. Belangrijke locatiefactoren voor succes zijn onder meer de aanwezigheid van microbiële populaties die in staat zijn tot metabolisme, geschikte milieuomstandigheden voor de groei, en geschikte niveaus van nutriënten en verontreinigende stoffen.

-Het is moeilijk om studies op laboratorium- en proefschaal te extrapoleren naar veldoperaties op ware schaal.

-Onderzoek is nodig om bioremediëringstechnologieën te ontwikkelen en te ontwikkelen die geschikt zijn voor locaties met complexe mengsels van verontreinigende stoffen die niet gelijkmatig in het milieu zijn verspreid. Verontreinigingen kunnen aanwezig zijn als vaste stoffen, vloeistoffen en gassen.

-Het duurt vaak langer dan andere behandelingsopties, zoals afgraven en verwijderen van grond of verbranding.

•Regulatory uncertainty remains regarding acceptable performance criteria for bioremediation. There is no accepted definition of “clean”, evaluating performance of bioremediation is difficult.

Microorganisms and pollutants (Tables 1-5)

Heavy metals cannot be destroyed biologically (“no degradation”, changes occur in the nuclear structure of the element), but only transformed from one oxidation state or organic complex to another. Besides, bacteria are also efficient in heavy metals bioremediation. Microorganisms have developed the capabilities to protect themselves from heavy metal toxicity by various mechanisms, such as adsorption, uptake, methylation, oxidation and reduction. Micro-organismen nemen zware metalen actief (bioaccumulatie) en/of passief (adsorptie) op. Microbiële methylering speelt een belangrijke rol bij de bioremediatie van zware metalen, omdat gemethyleerde verbindingen vaak vluchtig zijn. Zo kan kwik, Hg (II) door een aantal verschillende bacteriesoorten Alcaligenes faecalis, Bacillus pumilus, Bacillus sp., P. aeruginosa en Brevibacterium iodinium worden gebiomethyleerd tot gasvormig methylkwik.

Typen bioremediatie

Er zijn verschillende soorten behandelingstechnologieën of -technieken in het kader van bioremediatieprocessen. De basismethoden voor bioremediatie zijn: Bio-stimulatie, demping, augmentatie, ontluchting en palen.

Biostimulatie

Dit soort strategisch is verbonden door de injectie van specifieke voedingsstoffen op de locatie (bodem/grondwater) om de activiteit van inheemse micro-organismen te stimuleren. Het is gericht op de stimulering van inheemse of natuurlijk bestaande bacteriën en schimmels. In de eerste plaats door meststoffen, groeisupplementen en sporenmineralen toe te dienen. Ten tweede door te voorzien in andere milieu-eisen zoals pH, temperatuur en zuurstof om de snelheid van hun metabolisme en hun traject te versnellen. De aanwezigheid van een kleine hoeveelheid verontreinigende stof kan ook als stimulans fungeren door de operons voor bioremediatieenzymen in te schakelen. Dit type strategische weg wordt meestal voortgezet door toevoeging van voedingsstoffen en zuurstof om de inheemse micro-organismen te helpen. Deze voedingsstoffen zijn de basisbouwstenen van het leven en stellen de microben in staat de basisbehoeften te creëren, bijvoorbeeld energie, celbiomassa en enzymen om de verontreinigende stof af te breken. Ze hebben allemaal stikstof, fosfor en koolstof nodig.

Bioattenuatie

Bioattenuatie of natuurlijke attenuatie is de uitroeiing van concentraties verontreinigende stoffen uit de omgeving. Het wordt uitgevoerd met in biologische processen het kan omvatten (aërobe en anaërobe biologische afbraak, plantaardige en dierlijke opname), fysische verschijnselen (advectie, dispersie, verdunning, diffusie, vervluchtiging, sorptie/desorptie), en chemische reacties (ionenuitwisseling, complexatie, abiotische transformatie).Termen als intrinsieke sanering of biotransformatie vallen onder de algemenere definitie van natuurlijke attenuatie.

Wanneer het milieu met chemicaliën is verontreinigd, kan de natuur op vier manieren aan sanering doen : 1) Piepkleine insecten of microben die in de bodem en het grondwater leven, gebruiken sommige chemicaliën als voedsel. Wanneer ze de chemicaliën volledig verteren, kunnen ze ze omzetten in water en onschadelijke gassen. 2) Chemicaliën kunnen aan de bodem blijven kleven of sorberen, waardoor ze op hun plaats worden gehouden. Dit betekent niet dat de chemicaliën worden opgeruimd, maar het kan wel voorkomen dat ze het grondwater verontreinigen en de locatie verlaten. 3) Als verontreiniging zich door de bodem en het grondwater verplaatst, kan het zich mengen met schoon water. Hierdoor wordt de verontreiniging verminderd of verdund. 4) Sommige chemicaliën, zoals olie en oplosmiddelen, kunnen verdampen, wat betekent dat ze in de bodem veranderen van vloeistoffen in gassen. Als deze gassen aan het bodemoppervlak in de lucht ontsnappen, kunnen zij door zonlicht worden vernietigd. Als de natuurlijke attenuatie niet snel genoeg of niet volledig genoeg verloopt, wordt de bioremediatie versterkt door biostimulatie of bioaugmentatie.

Bioaugmentatie

Het is een van de mechanismen van biologische afbraak. De toevoeging van micro-organismen (natuurlijke/exotische/gemanipuleerde) die de verontreiniging afbreken om de biologische afbraakcapaciteit van inheemse microbiële populaties op het verontreinigde gebied te vergroten, staat bekend als bioaugmentatie. Om de groei van de natuurlijke micro-organismenpopulatie snel te verhogen en de afbraak te verbeteren, worden microben verzameld uit de verontreinigde zone. Microben worden verzameld op de saneringslocatie, apart gekweekt, genetisch gemodificeerd en teruggebracht naar de locatie. Zo worden daar waar de bodem en het grondwater verontreinigd zijn met gechloreerde ethenen, zoals in tetrachlooretheen en trichlooretheen, alle essentiële micro-organismen aangetroffen. Het wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de micro-organismen in situ deze verontreinigende stoffen volledig kunnen verwijderen en omzetten in ethyleen en chloride, die niet giftig zijn.

Bioaugmentatie is het proces waarbij gemanipuleerde microben aan een systeem worden toegevoegd die als abioremediatoren fungeren om complexe verontreinigende stoffen snel en volledig te verwijderen. Bovendien hebben genetisch gemodificeerde micro-organismen aangetoond en bewezen dat zij de afbraakefficiëntie van een breed scala van milieuverontreinigende stoffen kunnen verhogen. Omdat zij een gevarieerd metabolisch profiel hebben om in minder complexe en onschadelijke eindproducten te veranderen. Natuurlijke soorten zijn niet snel genoeg om bepaalde verbindingen af te breken, dus om dit te vergemakkelijken moeten ze genetisch worden gemodificeerd door middel van DNA-manipulatie; genetisch gemanipuleerde microben breken verontreinigende stoffen veel sneller af dan de natuurlijke soorten en concurreren in hoge mate met de inheemse soorten, roofdieren en ook diverse abiotische factoren. Genetisch gemanipuleerde micro-organismen hebben potentieel laten zien voor bioremediëring van bodem, grondwater en geactiveerd slib, waarbij zij een verbeterd afbraakvermogen hebben laten zien van een breed scala van chemische en fysische verontreinigende stoffen.

Genetisch gemanipuleerde micro-organismen (GEM’s)

Genetisch gemanipuleerd micro-organisme is een micro-organisme waarvan het genetisch materiaal reeds is veranderd door toepassing van genetische manipulatietechnieken die zijn geïnspireerd op natuurlijke of kunstmatige genetische uitwisseling tussen micro-organismen. Dit soort artistiek werk en een wetenschappelijke procedure wordt voornamelijk recombinant-DNA-technologie genoemd. Genetische manipulatie is verbeterd het gebruik en de eliminatie van gevaarlijke ongewenste afvalstoffen onder laboratoriumomstandigheden door het creëren van genetisch gemodificeerde organismen . Recombinante levende organismen kunnen worden verkregen door recombinant-DNA-technieken of door natuurlijke uitwisseling van genetisch materiaal tussen organismen. Momenteel kunnen ze het juiste gen invoegen voor de productie van een bepaald enzym dat verschillende verontreinigende stoffen kan afbreken.

Genetisch gemodificeerde micro-organismen (GEM’s) hebben potentieel laten zien voor bioremediatie-toepassingen in de bodem, het grondwater en geactiveerde slibomgevingen, waarbij ze verbeterde afbraakcapaciteiten vertonen die een breed scala van chemische verontreinigende stoffen omvatten. Recentelijk hebben zich een aantal mogelijkheden voorgedaan om de afbraakprestaties te verbeteren door gebruik te maken van genetische manipulatiestrategieën. Zo kunnen bijvoorbeeld snelheidsbeperkende stappen in bekende metabolische routes genetisch worden gemanipuleerd om de afbraaksnelheid te verhogen, of kunnen volledig nieuwe metabolische routes in bacteriestammen worden ingebouwd voor de afbraak van verbindingen die voorheen moeilijk afbreekbaar waren. In GEM’s worden vier activiteiten / strategieën uitgevoerd, namelijk (1) wijziging van enzymspecificiteit en -affiniteit, (2) constructie en regulering van pathways, (3) ontwikkeling, monitoring en controle van bioprocessen, (4) bioaffiniteits-bioreporter-sensortoepassingen voor chemische detectie, toxiciteitsreductie en eindpuntanalyse. Essentiële genen van bacteriën worden op één enkel chromosoom gedragen, maar genen die enzymen specificeren die nodig zijn voor het katabolisme van sommige van deze ongewone substraten kunnen op plasmiden worden gedragen. Plasmiden zijn betrokken bij het katabolisme. Daarom kunnen GEM’s effectief worden gebruikt voor biologische afbraak en vormen zij een onderzoeksgrens met brede implicaties in de toekomst.

Voordelen van GEM’s in bioremediatie: De belangrijkste functie is het versnellen van het herstel van afval verontreinigde locaties, verhoging van substraat afbraak, toont een hoge katalytische of benutting capaciteit met een kleine hoeveelheid celmassa, crate veilige en gezuiverde milieu-omstandigheden door decontaminatie of het neutraliseren van schadelijke stoffen.

Nadeel van GEMs bij bioremediatie: De belangrijkste nadelen zijn nooit uitgevoerd in de traditionele procedure, in sommige gevallen de dood van cellen zijn gebeurd, met uitdaging geassocieerd met hun vrijlating in de omgeving, In een bepaald niveau bleek dat vertraging van de groei en substraat afbraak, seizoensgebonden variatie en andere abiotische factor fluctuatie hebben directe en indirecte invloed en relatie op microbiële activiteit; ten slotte, introduceerde vreemde gewijzigde stam in het systeem leidt tot niet gereageerd en onmeetbare nadelig effect op de natuurlijke structurele en functionele micro-organisme gemeenschap samenstelling en het voorkomen veroorzaken.

Bioventing

Bioventing houdt in dat zuurstof door de bodem wordt geventileerd om de groei van natuurlijke of geïntroduceerde bacteriën en schimmels in de bodem te stimuleren door zuurstof te leveren aan bestaande bodemmicro-organismen; het is namelijk functioneel bij aëroob afbreekbare verbindingen. Bij bioventing wordt gebruik gemaakt van een lage luchtstroomsnelheid om alleen voldoende zuurstof te leveren om de microbiële activiteit in stand te houden. Zuurstof wordt meestal toegevoerd door directe luchtinjectie in restverontreiniging in de bodem door middel van putten. Geadsorbeerde brandstofresiduen worden biologisch afgebroken, en vluchtige verbindingen worden ook biologisch afgebroken naarmate de dampen zich langzaam door de biologisch actieve bodem verplaatsen. Effectieve bioremediëring van met petroleum verontreinigde bodem met behulp van bioventing is door vele onderzoekers aangetoond.

Biopiles

Biopiles is een manier om uitgegraven grond verontreinigd met aëroob saneerbare koolwaterstoffen, kan worden behandeld in “biopiles”. Biopiles (ook bekend als biocellen, bioheaps, biomounds en compostpalen) worden gebruikt om de concentraties van verontreinigende aardolieproducten in uitgegraven bodems te verminderen gedurende de periode van biologische afbraak. Bij dit proces wordt lucht aan het biopaalsysteem toegevoerd via een systeem van leidingen en pompen dat ofwel lucht onder positieve druk in de hoop dwingt, ofwel onder negatieve druk lucht door de hoop trekt. De microbiële activiteit wordt verhoogd door microbiële ademhaling en het resultaat in degradatie van geadsorbeerde petroleumverontreinigende stof wordt hoog.

Conclusie

Biodegradatie is een zeer vruchtbare en aantrekkelijke optie om vervuilde omgeving te saneren, te reinigen, te beheren en te herstellen door middel van microbiële activiteit. De snelheid waarmee ongewenste afvalstoffen worden afgebroken, wordt bepaald door de concurrentie met andere biologische agentia, onvoldoende toevoer van essentiële voedingsstoffen, ongunstige externe abiotische omstandigheden (beluchting, vochtigheid, pH, temperatuur) en een lage biologische beschikbaarheid van de verontreinigende stof. Als gevolg van deze factoren is de biologische afbraak in natuurlijke omstandigheden niet succesvoller en minder gunstig. Bioremediatie kan alleen effectief zijn wanneer de milieuomstandigheden microbiële groei en activiteit mogelijk maken. Bioremediatie is met wisselend succes toegepast op verschillende locaties in de wereld. Over het algemeen zijn de voordelen groter dan de nadelen, wat blijkt uit het aantal locaties dat ervoor kiest deze technologie toe te passen en de toenemende populariteit ervan in de loop der tijd. Over het algemeen worden verschillende soorten op verschillende locaties onderzocht en zijn zij doeltreffend in het bestrijdingsmechanisme.