The Role of Microorganisms in Bioremediation- A Review

Introduction

Mikroorganizmy są szeroko rozpowszechnione na biosferze, ponieważ ich zdolności metaboliczne są bardzo imponujące i mogą łatwo rosnąć w szerokim zakresie warunków środowiskowych. Wszechstronność żywieniowa mikroorganizmów może być również wykorzystana do biodegradacji zanieczyszczeń. Tego typu proces określany jest mianem bioremediacji. Jest on kontynuowany w oparciu o zdolność pewnych mikroorganizmów do przekształcania, modyfikowania i wykorzystywania toksycznych zanieczyszczeń w celu uzyskania energii i produkcji biomasy w tym procesie. Zamiast po prostu zbierać i przechowywać zanieczyszczenia, bioremediacja jest mikrobiologicznie dobrze zorganizowaną działalnością proceduralną, która jest stosowana do rozkładu lub transformacji zanieczyszczeń do mniej toksycznych lub nietoksycznych form pierwiastków i związków. Bioremediatory to czynniki biologiczne wykorzystywane do bioremediacji w celu oczyszczenia skażonych terenów. Bakterie, archaea i grzyby są typowymi podstawowymi bioremediatorami. Zastosowanie bioremediacji jako procesu biotechnologicznego z udziałem mikroorganizmów do rozwiązywania i usuwania zagrożeń związanych z wieloma zanieczyszczeniami poprzez biodegradację ze środowiska. Terminy bioremediacja i biodegradacja są słowami wzajemnie wymiennymi. Mikroorganizmy działają jako ważne narzędzia do usuwania zanieczyszczeń w glebie, wodzie i osadach, głównie ze względu na ich przewagę nad innymi protokołami proceduralnymi remediacji. Mikroorganizmy przywracają pierwotny stan środowiska naturalnego i zapobiegają dalszym zanieczyszczeniom. Celem pracy jest przedstawienie aktualnych trendów w stosowaniu mikroorganizmów w bioremediacji oraz uzupełnienie braków w tym obszarze tematycznym. Obecnie jest to gorący obszar badawczy, ponieważ mikroorganizmy są przyjazne dla środowiska i stanowią obiecujący cenny materiał genetyczny do rozwiązywania zagrożeń środowiskowych.

Faktory wpływające na bioremediację mikrobiologiczną

Bioremediacja zajmuje się degradacją, usuwaniem, zmienianiem, unieruchamianiem lub detoksykacją różnych substancji chemicznych i odpadów fizycznych ze środowiska poprzez działanie bakterii, grzybów i roślin. Mikroorganizmy zaangażowane są poprzez swoje szlaki enzymatyczne jako biokatalizatory i ułatwiają postęp reakcji biochemicznych, które degradują pożądane zanieczyszczenia. Mikroorganizmy działają przeciwko zanieczyszczeniom tylko wtedy, gdy mają dostęp do różnorodnych związków materialnych, które pomagają im generować energię i składniki odżywcze do budowy kolejnych komórek. Efektywność bioremediacji zależy od wielu czynników, w tym od charakteru chemicznego i stężenia zanieczyszczeń, właściwości fizykochemicznych środowiska oraz ich dostępności dla mikroorganizmów. Powodem, dla którego tempo degradacji jest zaburzone jest fakt, że bakterie i zanieczyszczenia nie kontaktują się ze sobą. Ponadto, mikroorganizmy i zanieczyszczenia nie są równomiernie rozłożone w środowisku. Kontrola i optymalizacja procesów bioremediacji jest złożonym systemem, na który składa się wiele czynników. Należą do nich: istnienie populacji mikroorganizmów zdolnych do degradacji zanieczyszczeń, dostępność zanieczyszczeń dla populacji mikroorganizmów oraz czynniki środowiskowe (rodzaj gleby, temperatura, pH, obecność tlenu lub innych akceptorów elektronów, składniki odżywcze).

Faktory biologiczne

Faktory biotyczne mają wpływ na degradację związków organicznych poprzez konkurencję pomiędzy mikroorganizmami o ograniczone źródła węgla, antagonistyczne interakcje pomiędzy mikroorganizmami lub drapieżnictwo mikroorganizmów przez pierwotniaki i bakteriofagi. Szybkość degradacji zanieczyszczeń często zależy od stężenia zanieczyszczeń i ilości obecnego „katalizatora”. W tym kontekście, ilość „katalizatora” reprezentuje liczbę organizmów zdolnych do metabolizowania zanieczyszczenia, jak również ilość enzymów produkowanych przez każdą komórkę. Ekspresja specyficznych enzymów przez komórki może zwiększyć lub zmniejszyć szybkość degradacji zanieczyszczenia. Ponadto, w metabolizmie zanieczyszczeń muszą brać udział specyficzne enzymy i ich „powinowactwo” do zanieczyszczeń, a także dostępność zanieczyszczeń. Do głównych czynników biologicznych należą: mutacja, horyzontalny transfer genów, aktywność enzymów, interakcja (konkurencja, sukcesja i drapieżnictwo), własny wzrost aż do osiągnięcia krytycznej biomasy, wielkość i skład populacji.

Faktory środowiskowe

Charakterystyka metaboliczna mikroorganizmów i właściwości fizykochemiczne docelowych zanieczyszczeń określają możliwe interakcje podczas procesu. Rzeczywista udana interakcja między nimi zależy jednak od warunków środowiskowych w miejscu interakcji. Na wzrost i aktywność mikroorganizmów mają wpływ pH, temperatura, wilgotność, struktura gleby, rozpuszczalność w wodzie, składniki odżywcze, charakterystyka terenu, potencjał redoks i zawartość tlenu, brak przeszkolonych w tej dziedzinie zasobów ludzkich oraz fizykochemiczna biodostępność zanieczyszczeń (stężenie zanieczyszczeń, rodzaj, rozpuszczalność, struktura chemiczna i toksyczność). Powyższe czynniki determinują kinetykę degradacji. Biodegradacja może zachodzić w szerokim zakresie pH, jednakże pH od 6,5 do 8,5 jest generalnie optymalne dla biodegradacji w większości systemów wodnych i lądowych. Wilgotność wpływa na tempo metabolizmu zanieczyszczeń, ponieważ oddziałuje na rodzaj i ilość dostępnych materiałów rozpuszczalnych, jak również na ciśnienie osmotyczne i pH systemów lądowych i wodnych. Większość czynników środowiskowych jest wymieniona poniżej.

Dostępność składników odżywczych

Dodanie składników odżywczych dostosowuje niezbędną równowagę składników odżywczych dla wzrostu i reprodukcji mikroorganizmów, jak również ma wpływ na szybkość i skuteczność biodegradacji. Równoważenie składników odżywczych, zwłaszcza dostarczanie niezbędnych składników odżywczych takich jak N i P może poprawić wydajność biodegradacji poprzez optymalizację stosunku bakterii C: N: P. Aby przetrwać i kontynuować swoją aktywność mikroorganizmy potrzebują wielu składników odżywczych, takich jak węgiel, azot i fosfor. W małych stężeniach ograniczają również zakres degradacji węglowodorów. Dodanie odpowiedniej ilości składników odżywczych jest korzystną strategią dla zwiększenia aktywności metabolicznej mikroorganizmów, a tym samym szybkości biodegradacji w zimnych środowiskach. Biodegradacja w środowisku wodnym jest ograniczona przez dostępność składników odżywczych. Podobnie do potrzeb żywieniowych innych organizmów, mikroorganizmy odżywiające się olejem również wymagają składników odżywczych do optymalnego wzrostu i rozwoju. Te składniki odżywcze są dostępne w środowisku naturalnym, ale występują w małych ilościach.

Temperatura

Wśród czynników fizycznych temperatura jest najważniejszym czynnikiem decydującym o przetrwaniu mikroorganizmów i składzie węglowodorów. W zimnych środowiskach, takich jak Arktyka, degradacja ropy naftowej poprzez naturalne procesy jest bardzo powolna i stawia mikroby pod większą presją, aby oczyścić rozlaną ropę naftową. Temperatura wody w tym regionie poniżej zera powoduje, że kanały transportowe w komórkach mikroorganizmów zamykają się lub nawet zamarzają w całej cytoplazmie, przez co większość mikroorganizmów oleofilnych staje się metabolicznie nieaktywna. Enzymy biologiczne uczestniczące w szlaku degradacji mają swoją optymalną temperaturę i nie będą miały takiego samego obrotu metabolicznego dla każdej temperatury. Ponadto, proces degradacji konkretnego związku wymaga określonej temperatury. Temperatura przyspiesza lub spowalnia proces bioremediacji, ponieważ w dużym stopniu wpływa na właściwości fizjologiczne mikroorganizmów. Tempo aktywności mikroorganizmów wzrasta wraz z temperaturą i osiąga maksymalny poziom w temperaturze optymalnej. Następnie gwałtownie spada wraz z dalszym wzrostem lub spadkiem temperatury i ostatecznie zatrzymuje się po osiągnięciu określonej temperatury.

Stężenie tlenu

Różne organizmy wymagają tlenu inne również nie wymagają tlenu w zależności od ich potrzeb ułatwiają szybkość biodegradacji w lepszy sposób. Degradacja biologiczna jest prowadzona w warunkach tlenowych i beztlenowych, ponieważ tlen jest gazowym wymaganiem dla większości żywych organizmów. Obecność tlenu w większości przypadków może wzmocnić metabolizm węglowodorów.

Zawartość wilgoci

Mikroorganizmy wymagają odpowiedniej ilości wody, aby osiągnąć swój wzrost. Wilgotność gleby ma negatywny wpływ na czynniki biodegradacyjne.

pH

PH związku, czyli kwasowość, zasadowość i alkaliczność związku, ma swój wpływ na aktywność metaboliczną mikroorganizmów, a także zwiększa i zmniejsza proces usuwania zanieczyszczeń. Pomiar pH w glebie może wskazywać na potencjał wzrostu mikroorganizmów. Wyższe lub niższe wartości pH wykazały gorsze wyniki; procesy metaboliczne są bardzo podatne na nawet niewielkie zmiany w pH.

Charakterystyka i wybór miejsca

Przed zaproponowaniem środka bioremediacyjnego należy przeprowadzić wystarczające badania remediacyjne, aby odpowiednio scharakteryzować wielkość i zakres zanieczyszczenia. Prace te powinny obejmować co najmniej następujące czynniki: pełne określenie poziomego i pionowego zasięgu skażenia, wykaz parametrów i lokalizacji, z których będą pobierane próbki oraz uzasadnienie ich wyboru, opis metod, które będą stosowane do pobierania próbek i analiz, które będą wykonywane.

Jony metali

Metale są ważne w małych ilościach dla bakterii i grzybów, ale w dużych ilościach hamują aktywność metaboliczną komórek. Związki metali mają bezpośredni i pośredni wpływ na szybkość rozkładu.

Związki toksyczne

W przypadku wysokich stężeń toksyczny charakter niektórych zanieczyszczeń, może wywoływać efekty toksyczne dla mikroorganizmów i spowalniać dekontaminację. Stopień i mechanizmy toksyczności różnią się w zależności od konkretnych toksykantów, ich stężenia i narażonych mikroorganizmów. Niektóre związki organiczne i nieorganiczne są toksyczne dla docelowych form życia.

Zasada bioremediacji

Bioremediacja jest definiowana jako proces, w którym odpady organiczne są biologicznie degradowane w kontrolowanych warunkach do stanu nieszkodliwego lub do poziomów poniżej limitów stężenia ustalonych przez władze regulacyjne. Mikroorganizmy nadają się do niszczenia zanieczyszczeń, ponieważ posiadają enzymy, które pozwalają im na wykorzystanie zanieczyszczeń środowiska jako pożywienia. Celem bioremediacji jest zachęcenie ich do pracy poprzez dostarczenie optymalnych poziomów składników odżywczych i innych substancji chemicznych niezbędnych dla ich metabolizmu w celu degradacji/detoksykacji substancji niebezpiecznych dla środowiska i istot żywych. We wszystkich reakcjach metabolicznych pośredniczą enzymy. Należą one do grup: oksydoreduktaz, hydrolaz, liaz, transferaz, izomeraz i ligaz. Wiele enzymów posiada niezwykle szerokie zdolności degradacyjne, wynikające z ich niespecyficznego i specyficznego powinowactwa do substratów. Aby bioremediacja była skuteczna, mikroorganizmy muszą enzymatycznie atakować zanieczyszczenia i przekształcać je w nieszkodliwe produkty. Ponieważ bioremediacja może być skuteczna tylko wtedy, gdy warunki środowiskowe pozwalają na wzrost i aktywność mikroorganizmów, jej zastosowanie często wiąże się z manipulacją parametrami środowiska, aby umożliwić szybszy wzrost i degradację mikroorganizmów

Bioremediacja zachodzi w sposób naturalny i jest wspierana przez dodawanie organizmów żywych i nawozów. Technologia bioremediacji opiera się przede wszystkim na biodegradacji. Odnosi się ona do całkowitego usunięcia toksycznych zanieczyszczeń organicznych do nieszkodliwych lub naturalnie występujących związków, takich jak dwutlenek węgla, woda, związki nieorganiczne, które są bezpieczne dla ludzi, zwierząt, roślin i życia wodnego. Liczne mechanizmy i ścieżki zostały wyjaśnione dla biodegradacji szerokiej gamy związków organicznych; na przykład, jest ona zakończona w obecności i braku tlenu.

Zalety bioremediacji

-jest to proces naturalny, zajmuje niewiele czasu, jako dopuszczalny proces przetwarzania odpadów dla zanieczyszczonego materiału, takiego jak gleba. Mikroby zdolne do degradacji zanieczyszczeń zwiększają swoją liczebność, gdy zanieczyszczenia są obecne. Kiedy zanieczyszczenie ulega degradacji, populacja biodegradacyjna zmniejsza się. Pozostałością po oczyszczaniu jest zwykle nieszkodliwy produkt zawierający wodę, dwutlenek węgla i biomasę komórkową.

Wymaga to bardzo niewielkiego wysiłku i często może być przeprowadzone na miejscu, często bez powodowania większych zakłóceń w normalnej działalności. Eliminuje to również potrzebę transportu odpadów poza teren zakładu oraz potencjalne zagrożenia dla zdrowia ludzkiego i środowiska, które mogą powstać w trakcie transportu.

– Stosowana jest w procesie efektywnym kosztowo, ponieważ traci mniej niż inne konwencjonalne metody (technologie), które są stosowane do oczyszczania odpadów niebezpiecznych. Ważna metoda dla oczyszczania terenów skażonych ropą naftową.

-Pomaga również w całkowitym zniszczeniu zanieczyszczeń, wiele niebezpiecznych związków może być przekształconych w nieszkodliwe produkty, a ta cecha eliminuje również szansę przyszłej odpowiedzialności związanej z oczyszczaniem i usuwaniem skażonego materiału.

-I nie używa żadnych niebezpiecznych chemikaliów. Składniki odżywcze, zwłaszcza nawozy, dodawane w celu aktywnego i szybkiego wzrostu mikroorganizmów. Powszechnie stosowane na trawnikach i w ogrodach. Dzięki bioremediacji szkodliwe substancje chemiczne zamieniają się w wodę i nieszkodliwe gazy, a szkodliwe substancje chemiczne ulegają całkowitemu zniszczeniu.

-Proste, mniej pracochłonne i tanie ze względu na ich naturalną rolę w środowisku.

-Przyjazne dla środowiska i zrównoważone .

-Zanieczyszczenia są niszczone, a nie tylko przenoszone do innych mediów środowiskowych.

-Nieinwazyjne, potencjalnie pozwalające na dalsze użytkowanie terenu.

-Relatywna łatwość wdrożenia .

-Efektywny sposób rekultywacji naturalnego ekosystemu z szeregu zanieczyszczeń i działanie jako opcje przyjazne dla środowiska .

Wady bioremediacji

-jest ona ograniczona do tych związków, które ulegają biodegradacji. Nie wszystkie związki są podatne na szybką i całkowitą degradację.

– Istnieją pewne obawy, że produkty biodegradacji mogą być bardziej trwałe lub toksyczne niż związek macierzysty.

-Procesy biologiczne są często bardzo specyficzne. Do ważnych czynników warunkujących sukces należą: obecność populacji mikroorganizmów zdolnych do metabolizmu, odpowiednie warunki środowiskowe oraz odpowiednie poziomy składników odżywczych i zanieczyszczeń.

Trudno jest ekstrapolować wyniki badań laboratoryjnych i pilotażowych na pełną skalę w terenie.

Badania są potrzebne do opracowania i wdrożenia technologii bioremediacji odpowiednich dla miejsc, w których występują złożone mieszaniny zanieczyszczeń, które nie są równomiernie rozproszone w środowisku. Zanieczyszczenia mogą występować w postaci ciał stałych, cieczy i gazów.

Często trwa to dłużej niż inne metody oczyszczania, takie jak wykopywanie i usuwanie gleby lub spalanie.

•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. Mikroorganizmy pobierają metale ciężkie w sposób aktywny (bioakumulacja) i/lub pasywny (adsorpcja). Metylacja mikrobiologiczna odgrywa ważną rolę w bioremediacji metali ciężkich, ponieważ związki metylowane są często lotne. Na przykład, rtęć, Hg (II) może być biometylowana przez wiele różnych gatunków bakterii Alcaligenes faecalis, Bacillus pumilus, Bacillus sp., P. aeruginosa i Brevibacterium jodinium do gazowego metylu rtęci.

Typy bioremediacji

W ramach procesów bioremediacji istnieją różne rodzaje technologii lub technik oczyszczania. Do podstawowych metod bioremediacji należą: biostymulacja, atenuacja, augmentacja, odpowietrzanie i pale.

Biostymulacja

Ten rodzaj strategii jest powiązany poprzez wstrzykiwanie określonych składników odżywczych w miejscu (gleba/woda gruntowa) w celu stymulowania aktywności rodzimych mikroorganizmów. Skupia się on na stymulacji rodzimych lub naturalnie istniejących bakterii i grzybów. Po pierwsze, poprzez dostarczanie nawozów, suplementów wzrostu i minerałów śladowych. Po drugie, poprzez zapewnienie innych wymagań środowiskowych, takich jak pH, temperatura i tlen, aby przyspieszyć tempo ich metabolizmu i ścieżki. Obecność niewielkiej ilości zanieczyszczeń może również działać jako stymulator poprzez włączanie operonów enzymów bioremediacyjnych. Ten rodzaj strategicznej ścieżki jest w większości przypadków kontynuowany poprzez dodawanie składników odżywczych i tlenu, aby pomóc rodzimym mikroorganizmom. Te składniki odżywcze są podstawowym budulcem życia i pozwalają mikrobom na tworzenie podstawowych wymagań, na przykład energii, biomasy komórkowej i enzymów do degradacji zanieczyszczeń. Wszystkie one potrzebują azotu, fosforu i węgla.

Bioatenuacja

Bioatenuacja lub naturalna atenuacja to eliminacja stężenia zanieczyszczeń z otoczenia. Jest ona przeprowadzana w procesach biologicznych, które mogą obejmować (biodegradację tlenową i beztlenową, absorpcję przez rośliny i zwierzęta), zjawiska fizyczne (adwekcję, dyspersję, rozcieńczanie, dyfuzję, lotilizację, sorpcję/desorpcję) oraz reakcje chemiczne (wymianę jonową, kompleksowanie, transformację abiotyczną).Terminy takie jak remediacja wewnętrzna lub biotransformacja są zawarte w bardziej ogólnej definicji naturalnego odszlamiania.

Gdy środowisko jest zanieczyszczone chemikaliami, natura może działać na cztery sposoby, aby je oczyścić: 1) Małe robaczki lub mikroby, które żyją w glebie i wodach gruntowych, wykorzystują niektóre chemikalia jako pożywienie. Kiedy całkowicie strawią chemikalia, mogą zamienić je w wodę i nieszkodliwe gazy. 2) Substancje chemiczne mogą przyklejać się lub sorbować do gleby, która utrzymuje je w miejscu. Nie oczyszcza to chemikaliów, ale może zapobiec ich zanieczyszczeniu wód gruntowych i opuszczeniu terenu. 3) W miarę przemieszczania się zanieczyszczeń w glebie i wodach gruntowych, mogą one mieszać się z czystą wodą. To zmniejsza lub rozcieńcza zanieczyszczenie. 4) Niektóre substancje chemiczne, takie jak oleje i rozpuszczalniki, mogą odparowywać, co oznacza, że w glebie zmieniają się z cieczy w gazy. Jeśli gazy te wydostaną się do powietrza przy powierzchni ziemi, światło słoneczne może je zniszczyć. Jeśli naturalna atenuacja nie jest wystarczająco szybka lub całkowita, bioremediacja zostanie wzmocniona poprzez biostymulację lub bioaugmentację.

Bioaugmentacja

Jest to jeden z mechanizmów biodegradacji. Dodanie mikroorganizmów degradujących zanieczyszczenia (naturalnych/egzotycznych/inżynieryjnych) w celu zwiększenia zdolności biodegradacyjnych rodzimych populacji mikroorganizmów na zanieczyszczonym terenie jest procesem znanym jako bioaugmentacja. W celu szybkiego zwiększenia przyrostu populacji naturalnych mikroorganizmów i wzmocnienia degradacji, które preferencyjnie odżywiają się w miejscu zanieczyszczenia. Mikroorganizmy są zbierane z miejsca remediacji, oddzielnie hodowane, modyfikowane genetycznie i zwracane na miejsce. Dla przekonania, wszystkie niezbędne mikroorganizmy znajdują się tam, gdzie gleba i wody gruntowe są skażone chlorowanymi etenami, takimi jak w tetrachloroetylenie i trichloroetylenie. Jest on stosowany w celu zapewnienia, że mikroorganizmy in situ mogą całkowicie usunąć i zmienić te zanieczyszczenia na etylen i chlorek, które są nietoksyczne.

Bioaugmentacja to proces dodawania do systemu zmodyfikowanych mikroorganizmów, które działają jak abioremediatory w celu szybkiego i całkowitego wyeliminowania złożonych zanieczyszczeń. Ponadto, genetycznie modyfikowane mikroorganizmy wykazują i udowadniają, że mogą zwiększyć wydajność degradacyjną szerokiego zakresu zanieczyszczeń środowiska. Ze względu na posiadanie zróżnicowanego profilu metabolicznego mogą one przekształcać się w mniej złożone i nieszkodliwe produkty końcowe. Naturalne gatunki nie są wystarczająco szybkie, aby rozkładać pewne związki, więc aby ułatwić muszą być genetycznie modyfikowane poprzez manipulację DNA; genetycznie modyfikowane mikroorganizmy działają jako rozkładające zanieczyszczenia znacznie szybciej niż gatunki naturalne i silnie konkurują z gatunkami rodzimymi, drapieżnikami, a także różnymi czynnikami abiotycznymi. Genetycznie modyfikowane mikroorganizmy wykazały potencjał do bioremediacji gleby, wód gruntowych i osadu czynnego, wykazując zwiększoną zdolność do degradacji szerokiego zakresu chemicznych i fizycznych zanieczyszczeń.

Mikroorganizmy genetycznie modyfikowane (GEMs)

Mikroorganizm genetycznie modyfikowany to mikroorganizm, którego materiał genetyczny został już zmieniony poprzez zastosowanie technik inżynierii genetycznej inspirowanych naturalną lub sztuczną wymianą genetyczną pomiędzy mikroorganizmami. Ten rodzaj pracy artystycznej i procedury naukowej jest głównie określany jako technologia rekombinacji DNA. Inżynieria genetyczna usprawniła utylizację i eliminację niebezpiecznych, niepożądanych odpadów w warunkach laboratoryjnych poprzez tworzenie organizmów genetycznie modyfikowanych. Rekombinowane organizmy żywe można uzyskać za pomocą technik rekombinacji DNA lub poprzez naturalną wymianę materiału genetycznego między organizmami. Obecnie są w stanie wprowadzić odpowiedni gen do produkcji określonego enzymu, który może degradować różne zanieczyszczenia.

Mikroorganizmy modyfikowane genetycznie (GEMs) wykazały potencjał dla zastosowań bioremediacyjnych w glebie, wodach gruntowych i środowisku osadu czynnego, wykazując zwiększone zdolności degradacyjne obejmujące szeroki zakres zanieczyszczeń chemicznych. Ostatnio pojawiło się wiele możliwości poprawy wydajności degradacji przy użyciu strategii inżynierii genetycznej. Na przykład, etapy ograniczające tempo w znanych szlakach metabolicznych mogą być manipulowane genetycznie w celu zwiększenia szybkości degradacji lub całkowicie nowe szlaki metaboliczne mogą być włączone do szczepów bakteryjnych w celu degradacji wcześniej opornych związków. W GEMs cztery działania / strategie, które należy wykonać to: (1) modyfikacja specyficzności i powinowactwa enzymów, (2) budowa i regulacja szlaków, (3) rozwój, monitorowanie i kontrola bioprocesów, (4) zastosowania czujników biopreparatu bioafinity do detekcji chemicznej, redukcji toksyczności i analizy punktów końcowych. Istotne geny bakterii przenoszone są na pojedynczym chromosomie, ale geny określające enzymy wymagane do katabolizmu niektórych z tych nietypowych substratów mogą być przenoszone na plazmidach. Plazmidy zostały włączone do katabolizmu. Dlatego GEMs mogą być efektywnie wykorzystywane do biodegradacji i stanowią granicę badawczą o szerokich implikacjach w przyszłości.

Zalety GEMs w bioremediacji: Ich główną funkcją jest przyspieszenie regeneracji zanieczyszczonych odpadów, zwiększenie degradacji substratów, wykazanie wysokiej zdolności katalitycznej lub użytkowej przy niewielkiej ilości masy komórkowej, stworzenie bezpiecznych i oczyszczonych warunków środowiskowych poprzez odkażanie lub neutralizację wszelkich szkodliwych substancji.

Wady GEM-ów w bioremediacji: Główne wady: nigdy nie są przeprowadzane w tradycyjnej procedurze, w niektórych przypadkach dochodzi do śmierci komórek, co wiąże się z wyzwaniem związanym z ich uwolnieniem do otoczenia; w szczególnym stopniu wykazano, że opóźnienie wzrostu i degradacji substratów, zmiany sezonowe i inne wahania czynników abiotycznych mają bezpośredni i pośredni wpływ na aktywność drobnoustrojów; wreszcie, wprowadzenie obcego zmodyfikowanego szczepu do systemu prowadzi do braku reakcji i powoduje niemierzalny niekorzystny wpływ na naturalny strukturalny i funkcjonalny skład i występowanie społeczności mikroorganizmów.

Bioventing

Bioventing jest zaangażowany w wentylację tlenu przez glebę w celu stymulowania wzrostu naturalnych lub wprowadzonych bakterii i grzybów w glebie poprzez dostarczanie tlenu do istniejących mikroorganizmów glebowych; rzeczywiście, jest funkcjonalny w związkach degradowalnych tlenowo. Bioventing wykorzystuje niskie natężenie przepływu powietrza, aby dostarczyć tylko tyle tlenu, aby podtrzymać aktywność mikrobiologiczną. Tlen jest najczęściej dostarczany poprzez bezpośrednie wtłaczanie powietrza do pozostałości zanieczyszczeń w glebie za pomocą studni. Adsorbowane pozostałości paliw ulegają biodegradacji, a związki lotne również ulegają biodegradacji, ponieważ pary powoli przemieszczają się przez biologicznie aktywną glebę. Skuteczność bioremediacji gleb zanieczyszczonych ropą naftową z wykorzystaniem biowentylacji została udowodniona przez wielu badaczy.

Biopale

Biopale to sposób, w jaki wydobyta gleba zanieczyszczona węglowodorami remediacyjnymi może być oczyszczana w „biopalach”. Biopale (zwane również biokomórkami, bioheapami, biomonitami, kompostami) stosowane są do redukcji stężeń zanieczyszczeń ropopochodnych w gruntach wydobytych w czasie biodegradacji. W tym procesie powietrze jest dostarczane do systemu biopaliw za pomocą systemu rur i pomp, które albo wtłaczają powietrze do stosu pod dodatnim ciśnieniem, albo wciągają je przez stos pod ujemnym ciśnieniem. Aktywność mikrobiologiczna jest wzmocniona poprzez oddychanie mikrobiologiczne, co skutkuje wysoką degradacją zaadsorbowanych zanieczyszczeń ropopochodnych.

Wniosek

Biodegradacja jest bardzo owocną i atrakcyjną opcją remediacji, oczyszczania, zarządzania i odzyskiwania technik rozwiązywania problemów zanieczyszczonego środowiska poprzez aktywność mikrobiologiczną. Szybkość degradacji niepożądanych substancji odpadowych zależy od konkurencji z czynnikami biologicznymi, niedostatecznego zaopatrzenia w niezbędne składniki odżywcze, niekorzystnych zewnętrznych warunków abiotycznych (napowietrzanie, wilgotność, pH, temperatura) oraz niskiej biodostępności zanieczyszczeń. Ze względu na te czynniki, biodegradacja w warunkach naturalnych nie jest bardziej skuteczna i prowadzi do mniej korzystnych rezultatów. Bioremediacja może być skuteczna tylko wtedy, gdy warunki środowiskowe pozwalają na wzrost i aktywność mikroorganizmów. Bioremediacja była stosowana w różnych miejscach na całym świecie z różnym skutkiem. Głównie zalety przewyższają wady, o czym świadczy liczba obiektów, które zdecydowały się na zastosowanie tej technologii i jej rosnąca z czasem popularność. Ogólnie rzecz biorąc, różne gatunki są badane z różnych miejsc i są skuteczne w mechanizmie kontroli.