Dünyadaki hızlı sanayileşme ve modernleşme kaygı verici bir sonuç da
doğuruyor: İnanılmayacak kadar çok miktarda toksik atık üretimi ve
bunların çevreye yayılması, yani çevre kirliliği. Ancak doğa kendini yenileme
mekanizması sayesinde bu durumun üstesinden gelmeye çalışıyor.
Birçok mikroorganizma biyoremidasyon (biyolojik iyileştirme)
ve biyodegradasyon (biyolojik parçalanma) faaliyetleri neticesinde
çevremizdeki zararlı kimyasalları parçalayarak
çevresel bulaşmanın temizlenmesinde etkin ve doğal bir rol alıyor.
Mikroorganizmaların
Çevreye Hizmeti
Dr, Bilimsel Programlar Başuzmanı, TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi
Özlem Kılıç Ekici
A
tıklar ülkelerin önemli çevre so-runları arasında yer alıyor. İn-sanlar tarafından kullanılan kaynakların yaklaşık üçte biri atığa ve emisyona dönüşüyor. Çeşitli kaynaklar-dan çıkan katı, sıvı ve gaz halindeki kir-letici maddelerin havada, suda ve toprak-ta yüksek oranda birikmesi sonucu olu-şan çevre kirliliği için etkili ve geniş kap-samlı önlemler alınmazsa, dünyamızda-ki tüm canlı varlıklar için yaşama şartla-rı durmadan bozulmaya devam edecek. Plansız endüstrileşme ve sağlıksız kent-leşme, evsel, kentsel ve endüstriyel atık-ların çevreye bırakılması, nükleer enerji santralleri, radyoaktif atıklar, ortama sı-zan petrol, verimi artırmak amacıyla ta-rımda kimyasal maddelerin ve ilaçların bilinçsizce kullanılması, gerekli çevresel önlemler alınmadan ve arıtma tesisleri kurulmadan, geri dönüşüm alanları ha-zırlanmadan yoğun üretime geçen sanayi tesisleri ve sanayi bölgeleri çevre kirliliği-ni tehlikeli boyutlara çıkardı.Son yıllarda elektrik ve elektronik en-düstrisi dünyanın en büyük ve hızla bü-yüyen üretim endüstrisi. Ürünlerinin hızla eskimesi/demode olması nedeniy-le eski/hurda enedeniy-lektronik cihazlar (enedeniy-lekt- (elekt-ronik atıklar) dünyada en ciddi katı atık problemini oluşturuyor. Bu atıklar büyük yer kaplamalarının yanı sıra inorganik kirleticiler olarak sayılan ağır metalleri de (bakır, kurşun, cıva, kadmiyum, beril-yum, nikel, çinko, krom ve bromlu alev
geciktiriciler) çevreye yayıyorlar. Bazı or-ganik kirleticiler (petrol hidrokarbonları, fosil yakıtlardan oluşan aromatik hidro-karbonlar, endüstriyel işlemlerde kulla-nılan toksik bifeniller, atrazin ve benta-zon gibi zirai ilaçlar) çevrede çok uzun süre kalarak çevre güvenliğini ve çevre sağlığını tehdit ediyor.
Biyolojik İyileştirme ve
Biyolojik Parçalanma Nedir?
Hızlı sanayileşme ile beraber çevrenin de hızla kirlenmesi ve bu durumun doğu-rabileceği sınırsız tehlike, ancak son çey-rek yüzyılda yeterince anlaşılabildi. Günü-müzde topraktaki ve sulardaki organik ve inorganik kirleticileri temizlemek ve kont-rol altında tutmak için birtakım fiziksel, kimyasal ve biyolojik iyileştirme yöntem-leri kullanılıyor. Biyolojik iyileştirme yön-temlerinin diğer yöntemlere göre birçok avantajı var. Masrafsız olması yani mali-yetin düşük olması, kullanım kolaylığı, or-ganik kirleticilerin tamamen parçalanma-sı, çevre dostu bir yöntem oluşu ve yan et-kilerinin olmayışı en önemlileri arasında sayılabilir. Bir çevre kirleticisini ortamdan uzaklaştırmak için bakteri, fungus (man-tar), alg ve bitki gibi organizmaların kulla-nılmasına biyolojik iyileştirme, bu orga-nizmaların çeşitli zararlı kimyasal bileşik-leri parçalayıp mineralize etmesine isebi-yolojik parçalanma diyoruz.
Mikroorga-nizmalar tarafından salgılanan yüzey aktif
Derin sularda bulunan ve petrol hidrokarbon zincirlerini parçalayan bakteri hücresi.
Ürün Biyolojik parçalanma zamanı Sebzeler 5 gün-1 ay Kâğıt 2-5 ay Pamuklu kumaş 6 ay Portakal kabuğu 6 ay Ağaç yaprakları 1 yıl
Yün çorap 1-5 yıl
Plastikle kaplanmış karton kutular 5 yıl Deri ayakkabı 24-40 yıl Naylon kumaş 30-40 yıl Alüminyum teneke kutular 80-100 yıl Cam şişeler 1 milyon yıl Strafor bardaklar 500 yıl- ∞ Plastik poşetler 500 yıl- ∞ Doğada birçok malzeme mikroorganizmalar tarafından farklı hızlarda parçalanır ve mineralize edilir.
Bilim ve Teknik Haziran 2011
>>>
maddeleri ve enzimler bu işlemin gerçek-leşmesine yardımcı oluyor. Parçalanmayı gerçekleştiren mikroorganizmalar genelde oksijen, ışık ve suya ihtiyaç duyar, ancak birçok mikroorganizma bu işlemi oksijen olmadan da yapmayı başarır. Doğal bir iş-lem olduğu için zamana ihtiyaç vardır. Bu işlemi yapan mikroorganizmalar, doğal yaşam alanlarında her durumda hazır bu-lunur. Bazı durumlarda işlemi daha etki-li kılmak için ortama ilave besin kaynağı olarak azot, fosfor ve demir içeren gübre-ler eklenebilir.
Biyolojik İyileştirmenin ve
Biyolojik Parçalanmanın
Arkasındaki Bilimsel
Gerçek Nedir?
Cevap gayet basit: Canlı organizmalarda oluşan ya da bu organizmalara dışardan gi-ren maddelerin fiziksel, kimyasal ve biyolo-jik olarak değişim ve dönüşüm tepkimele-ri dizisi, yani metabolizma. Bu da iki şekil-de gerçekleşiyor: İlki besinsel madşekil-delerin canlı dokulara dönüşmesi yani anaboliz-ma, ikincisi canlı varlıklarda meydana ge-len organik bileşiklerin parçalanması, yıkıl-ması ve enerji sağlanyıkıl-ması, yani kataboliz-ma. Kirlenmiş bölgelerdeki kimyasallar ya-pım ve yıkım işlemlerinin bir parçası haline gelir. Örneğin petrol ürünleriyle bulaşmış ortamlarda bulunan hidrokarbonlar mik-roorganizmalar tarafından alınarak, canlı hücre dokularının yapıtaşlarını oluşturmak için besin maddesi olarak kullanılır. Mikro-organizmalar için gerekli olan diğer kimya-sallar arasında fosfor, potasyum, kalsiyum
ve sodyum bileşikleri gelir. Bununla bera-ber, krom, kobalt, bakır ve demir gibi iz ele-mentlere de ihtiyaç duyulur. Tüm bu kim-yasal maddeler bulaşık ortamlarda fazlasıy-la bulunarak ihtiyaca hizmet eder.
Çevre İşçisi
Organizmalara Örnekler
Petrol ürünlerinde bulunan organik kirleticiler, örneğin aromatik hidrokar-bonlu bileşikler, mikroorganizmalar tara-fından enerji ve besin kaynağı olarak kul-lanılarak kolayca parçalanır ve karbondi-oksit ve suya dönüştürülür.Biyolojik iyileştirme sadece mikroor-ganizmalarla sınırlı değil. Bazı bitkiler bit-kisel iyileştirme (phytoremediation) deni-len işlemi gerçekleştirerek topraktaki ve sudaki ağır metal, pestisit, çözücü ve pat-layıcı gibi kimyasal maddelerden kaynak-lanan bulaşıklığı temizliyor. Bu tür bitkiler ağır metalleri bünyelerinde, köklerinde, toprak üstü yeşil aksamlarında biriktiriyor
ve daha sonra hasat edildiklerinde kirleti-ciler ortamdan uzaklaştırılmış oluyor. Ha-sat edilen bu bitkiler ya yakılıyor ya da ba-zı durumlarda geri dönüşüme tabi tutula-rak endüstride kullanılabiliyor. Özellikle yaklaşık son 20 yıldır ayçiçeği, hardal bit-kisi, eğreltiotu, yonca, kavak, söğüt, ardıç ağaçları ve bazı çim bitkileri bu iş için ba-şarılı bir şekilde kullanılıyor. Yapılan çalış-malarda bazı eğreltiotlarının yaprakların-da topraktakinden 200 kat yaprakların-daha fazla ar-senik depolayabildiği söyleniyor. Çernobil nükleer santrali felaketinden sonra uran-yum ile kirlenmiş toprakların ayçiçeği bit-kileriyle temizlendiği bildiriliyor.
Yılda yaklaşık 600,000 ton ham pet-rolün bir şekilde çevreye sızdığı tahmin ediliyor. Bu sızıntılar toprağa oradan da yeraltı suyuna karışarak kirlilik ve teh-like oluşturuyor. Aynı tehteh-like deniz ve okyanus yaşamı için de söz konusu. Bir günde yaklaşık 15 milyonlitre petrolün açık denizlere ve okyanuslara sızdığı uz-manlar tarafından bildiriliyor.
Mikroorganizmaların Çevreye Hizmeti
Toprakta ve yeraltı sularında bulunan klorlanmış çözücü kimyasalları ortamdan uzaklaştıran Dehalococcoides sp. bakterileri diğer bakteriler arasında kırmızı renkte görünüyor.
Bunları Biliyor musunuz?
Birçok mikroorganizma hastalığa neden olmaz.
Mikroorganizmalar soluduğumuz oksijenin yaklaşık yarısını üretir. Mikroorganizmalar metabolizma işlemleri ile yaşamın kimyasını yürütür ve küresel iklimi etkiler. Mikroorganizmalar birçok zararlı kimyasal maddeyi parçalayarak çevreyi temizler.
Bilim ve Teknik Haziran 2011
Bunun en son örneğini 20 Nisan 2010’da yaşadık. Meksika Körfezi’nde-ki bir derin su petrol istasyonunda yaşa-nan patlama sonucunda petrol kulesinin batması ile milyonlarca litrelik ham pet-rol okyanusa yayıldı. Bu yayılma uydu fo-toğraflarında bile net bir şekilde görülü-yordu. Yapılan filtreleme çalışmaları neti-cesinde yüzeydeki bulaşıklık bir nebze ol-sun temizlendi, ancak derinlere inen sı-zıntı ve kirlilik endişe vericiydi. İşte bu noktada petrol yiyen milyarlarca sayıda minicik bakteri devreye girerek bu soru-nu halletmeye başladı. Derin sularda do-ğal olarak bulunan Alcanivorax borku-mensis isimli bakteri oksijeni kullanarak petrol hidrokarbonlarını
par-çalayıp karbondioksite çevi-riyor. Meksika Körfezi’nde-ki mevcut oksijenin % 30 ora-nında azalması bu bakteri-lerin hızlı bir şekilde çalıştı-ğını gösteriyor. Bu tür petrol ürünleriyle beslenen bakteri-ler derin sularda yaygın ola-rak bulunuyor Antarktika’dan Kuzey Kutbu’na kadar he-men her yerde bu mikroor-ganizmaları bulmak müm-kün. Petrolle bulaşık ortam-lara o kadar iyi uyum sağla-mış durumdalar ki, genetiği değiştirilerek sırf böyle amaç-lara hizmet etmek için tasar-lanmış süper mikroorganiz-malar bile doğal olanlar ka-dar başarılı olamıyor. Yüzeye
yakın olan kısımlarda bulunan bakteri-ler bu işi oksijen kullanarak başarıyor, an-cak çok derinlerde, sedimentlerde oluşan bulaşıklığı temizlemek için bakteriler ok-sijen yerine sülfat kullanıyor. Okok-sijensiz derin ortamlarda petrol hidrokarbonla-rının parçalanması oksijenli ortama göre daha yavaş seyrediyor, ama bunun başka yolu da yok, tek çare mikrobiyal parçalan-ma. Thalassolituus oleivorans gibi yüzeye yakın ılık sularda yaşayan birçok bakte-ri parçalama işlemini debakte-rin sularda yaşa-yan hemcinslerine oranla daha hızlı ger-çekleştiriyor. Bunun sebebi de metaboliz-manın derinlere indikçe yavaşlaması, her
10 derecelik sıcaklık düşüşünde metabo-lizmanın hızı da yaklaşık 2-3 kat azalıyor. Fakat bu tür ortamlarda doğal olarak bu-lunan bu mikroorganizmalar o kadar çe-şitli ve uyumlu ki, hemen her ortamda ay-nı işi farklı hızlarda başarabiliyorlar. Ba-şarı oranını ortamın sıcaklığının yanı sıra azot, fosfor, demir gibi besin elementleri-nin varlığı da etkiliyor. Doğada hidrokar-bonları parçalayan organizmalar bakte-ri, fungus ve mayalar olarak biliniyor. Ya-pılan çalışmalar etkinlik derecesinin top-rak fungusları için % 6-% 82, toptop-rak bak-terileri için % 0,13-% 50 ve deniz-okya-nus bakterileri için % 0,003-% 100 arasın-da değiştiğini gösteriyor.
Örnekler sadece petrol hidrokarbon-ları ile sınırlı değil. Son yıllarda trans-genik bakterilerin ağır metal, radyoak-tif element, sentetik gübreler, insektisit ve herbisit gibi zirai ilaç kalıntıları ve tolu-en, benztolu-en, etilbenzen ve ksilen gibi di-ğer toksik maddelerle kirlenmiş toprakla-rın ve yeraltı su kaynaklatoprakla-rının temizlen-mesinde kullanılması konusunda önemli gelişmeler kaydedilmiş. Günümüzde bir-çok ticari hazır preparat bu amaçla kul-lanılıyor. Pseudomonas putida isimli bir bakterinin organik çözücü olarak
kulla-nılan tolueni metabolize ederek, toluen ile kirletilmiş bir araziyi hiç bir yan etki yaratmadan bir yıl içinde % 75 oranın-da temizlediği bildiriliyor. Bilindiği gi-bi uranyum nükleer enerji üretim tesisle-rinde yakıt olarak kullanılıyor ve atık ola-rak çevreye bıola-rakılıyor. Uranyumun, ura-nil iyonu şeklinde çözünür olarak çevre-ye bırakılması sağlık açısından ciddi teh-likeler oluşturuyor. Ama bazı bakteriler-de, bu tehlikeli iyonun zararsız olan çö-zünmez formuna dönüştürülmesini sağ-layan değişik metabolik yollar var. Desul-fovibrio vulgaris ve Deinococcus radiodu-rans isimli bakteriler radyoaktif element-lerin zararsız hale dönüştürülmesinde
hayli etkili. Bu tür bakterile-rin kendi proteinlebakterile-rini radyo-aktif bileşenlerden korumak için geliştirdikleri inanılmaz bir savunma mekanizmaları olduğundan bahsediliyor. Ta-rım arazilerinde yabancı otla-rın mücadelesinde yoğun bir şekilde kullanılan atrazine gi-bi bazı hergi-bisitler, toprakta uzun yıllar kaldıkları için kir-lilik ve tehlike yaratıyor. Kul-lanılan bazı bakteriler salgı-ladıkları enzimler ile atrazini parçalayarak ortamdan uzak-laştırabiliyor.
Günümüzde toprak, yeraltı suları, deniz ve okyanuslarda meydana gelen kimyasal kir-liliğin temizlenmesinde mik-roorganizmaların başarıyla kullanıldığı pek çok örnek var. Mikroor-ganizmalar, her birinin kendine özgü ol-ması, özel kültür ve çevre koşulları altın-da önceden tahmin edilemeyen metabo-lizma yetenekleri ile zor problemlerin çö-zülmesinde öncelik almaya devam ede-cektir. Kaynaklar http://en.wikipedia.org/wiki/Bioremediation http://en.wikipedia.org/wiki/Biodegradation http://water.usgs.gov/wid/html/bioremed.html http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-microbes-clean-up-oil-spills http://astonjournals.com/manuscripts/Vol2010/GEBJ-3_Vol2010.pdf (Bioremediation: Developments, Current Practices and Perspectives)
Erdogan, E., Karaca, A., “Bioremediation of Crude Oil Polluted Soils”, Asian Journal of Biotechnology, Cilt 3, s. 206-213, 2011. Chatterjee, S., Chattaopadhyay, P., Roy, S., Sen, S., “Bioremediation: a tool for cleaning polluted environments”, Journal of Applied Biosciences, Cilt 11, s. 594-601, 2008.
<<<
Mikroorganizmaların Çevreye Hizmeti
Uranyum ile beslenen Geobacter metallireducens bakteri hücreleri yeşil renkte görülüyor.(Solda)
