Çevre Kirliliğiyle Mücadelede Organizmalar Nasıl Kullanılır?

Dünya her gün farklı nedenlerle çeşitli kirleticilere maruz kalıyor. Bu sorunun çözümlerinden biri çevre kirliliğini azaltmaya çalışmak. Fakat bu yeterli değil. Ayrıca doğaya salınan kirleticilerin toprak ve sudan uzaklaştırılması ya da daha zararsız forma dönüştürülmesi gerekiyor. Bunun için verimli bir atık dönüşümü yöntemine ihtiyaç var. Ancak bu çok da kolay olmayan süreçlerden oluşuyor. Organizmalar bu soruna iyi bir alternatif olabilir.

Zararlı kirleticilerin etkisini ortadan kaldırmak veya uzaklaştırmak için canlı organizmaların kullanıldığı yönteme biyoremediasyon adı veriliyor. Biyoremediasyonda atıklar başka organizmalar tarafından kullanılabilen biçimlere dönüştürülüyor. Bu amaçla bakteri, maya, bitki, solucan gibi farklı organizmalar kullanılabiliyor. En yaygın kullanılanlar ise mikroorganizmalar. Çünkü mikroorganizmalar, çok zorlayıcı koşullarda bile hayatta kalmalarını sağlayan çeşitli metabolik aktivitelere sahipler. Ayrıca çok farklı şekillerde beslenebiliyorlar.

Biyoremediasyonda kirlilik, bulunduğu alanda temizlenebiliyor. Bazen ise temizleme işlemi için kirleticilerin kirlenme bölgesinden çıkarılması gerekebiliyor.

Biyoremediasyon 1940’lı yıllardan beri bilinen bir yöntem olmasına rağmen 1989'da Alaska’da meydana gelen Exxon Valdez petrol tankeri kazasıyla birlikte daha bilinir oldu. Bu kazadan sonra denize karışan 37.000 ton petrolü temizlemek için besin kaynağı olarak petrolü kullanan mikroorganizmalardan da yararlanıldı.

 

 

Exxon Valdez petrol sızıntısı tarihteki en büyük çevre felaketlerinden birine yol açtı.

Farklı biyoremediasyon türleri var. Kirliliğin türü, kirletilen alanın büyüklüğü ve özelliklerine bağlı olarak hangi biyoremediasyon türünün kullanılacağına karar verilebilir.

 

Nükleer Atıklar

Biyoremediasyon yöntemi nükleer atıkların temizlenmesinde de kullanılıyor. Asidik özellikteki radyoaktif atıkların temizlenmesi için asitlik düzeyi çok yüksek ortamlarda büyüyebilen, aynı zamanda ağır metal ve radyasyona karşı dirençli mayalar kullanılıyor. Bunlardan Rhodotorula taiwanensis MD1149, radyasyona karşı doğal bir direnç mekanizmasına sahip. Bu mikroorganizma kum ve kayaların yüzeyine yapışarak kirleticilerin çevreye taşınmasını yavaşlatıyor ve atıkların temizlenmesine yardımcı oluyor. Bazen de mikroorganizmalara genetik mühendisliği ile direnç kazandırılabiliyor.

 

Yer Altı Suları

Sanayileşme yer altı sularının kirlenmesine neden olabiliyor. Örneğin suda çözünebilen artı iki yüklü demir ve manganez iyonları, yer altı sularında bulunan yaygın kimyasal kirleticilerden. Bu iyonlar yükseltgendiğinde suda çözünmeyen formlara dönüşüyor. Daha sonra filtre edilerek yer altı sularından uzaklaştırılabiliyorlar. Son yıllarda ise demir ve manganezin yükseltgenmesini sağlayan bakteriler kullanılarak bu kirlilik yok edilebiliyor.

Yer altı suyunda en yaygın bulunan artı üç yüklü arsenik iyonu, bakteriler sayesinde zararsız olan artı beş yüklü arsenik iyonuna dönüştürülebiliyor. Bu biyokimyasal dönüşüm topraktaki arsenik dönüşümü için de kullanılabiliyor. Sudaki önemli kirleticilerden biri olan siyanür de arsenik gibi bakterilerle temizlenebiliyor.

 

Plastik Atıklar

Plastik üretimi her geçen gün artmaya devam ediyor. Ancak plastikler doğada kendiliğinden kolayca yok olmuyor. Dolayısıyla plastik atıklar günümüzdeki önemli çevre sorunlarından biri.

Plastik yapay olarak üretilen bir polimer türüdür ancak günlük hayatta çoğunlukla polimer kavramı yerine kullanılır.

Plastik atık sorununun üstesinden gelebilmek için kullanılan yaklaşımlardan biri, plastiklerin mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak parçalanması.

Frontiers in Marine Science - Biyolojik parçalanmanın ilk aşamasında ışık ve salgılanan hidrofobinler gibi canlı ya da canlı olmayan faktörler, polimerlerin yüzeyinde değişikliklere neden olur. Daha sonra mikroorganizmalar, polimeri monomer olarak isimlendirilen yapı taşlarına ayıran enzimler salgılar. Son aşamada ise organizma monomerleri karbondioksit, su ve daha basit yapıdaki başka kimyasal maddelere dönüştürür.

Plastiklerin biyoremediasyonunda sadece bakteriler değil güveler de kullanılabiliyor. En yaygın kullanılan polimerlerden olan polietilen (PE) ve polipropilen (PP) biyolojik olarak kolayca parçalanmaz. Güve larvalarının besi ortamına polietilen konulduğunda ise polietilen larvaların bağırsaklarında parçalanır ve hızlı bir biyobozunma ile etilen glikole dönüşür.

Bal mumu güve (Galleria mellonella) larvaları

 

Bitkiler de Atık Dönüşümüne Katkı Sağlıyor

Yeşil bitkilerin su, toprak ve havadaki atıkları arıtmak ve kontrol etmek için kullanılmasına fitoremediasyon deniliyor. Bu süreçte enerji kaynağı olarak güneş enerjisinden yararlanıldığı için bu yöntem hayli düşük maliyetli. Ayrıca çeşitli kirleticilerin temizlenmesinde de etkili bir şekilde kullanılabiliyor.

Hardal bitkisi, sakız ağacı, ayçiçeği, yulaf bitkisi, çayır otu ve domuz otu gibi birçok bitkinin zararlı atık sahalarında aşırı biriken kirleticilerin temizlenmesinde başarılı olduğu kanıtlandı. Dünya çapında metaller, böcek ilaçları, ham petrol ve türevleri gibi kirletici maddelerin fitoremediasyon yöntemiyle temizlenmesine yönelik projeler geliştiriliyor.

Bazı bitkiler kökleri aracılığıyla kirleticilerin bulunduğu topraktan ya da yer altı suyundan su ve besin alırken zararlı kimyasal maddeleri de alabilir (özütleme), köklerinde tutabilir (adsorpsiyon) veya parçalayabilir. Böylece bitkiler köklerinin ulaşabildiği kadar derindeki toprağın temizlenmesine yardımcı olabilir. Bitkiler kirleticileri köklerinde, gövdelerinde veya yapraklarında saklayabilir, daha az zararlı kimyasal maddelere dönüştürebilir ve buharlaştırarak havaya salabilir. Toprakta yaşayan mikroorganizmalar kirleticileri daha az zararlı kimyasal maddelere dönüştürerek bitki kökleri tarafından alınmalarına yardımcı olur.

Biyoremediasyon, biyoteknoloji uygulamalarına güzel bir örnek. Çünkü bu yöntemde organizmalar doğada bulundukları şekliyle kullanılabildiği gibi temizleme işleminin daha verimli hâle getirilebilmesi için genetik mühendisliği ile geliştirilebiliyor.

Her ne kadar organizmalar çevre kirliliği ile mücadelemize yardımcı olsalar da bu sorunun en doğal çözümü insanlar olarak atık üretimimizi en aza indirmek.

Kaynaklar:

• Tkavc, R. ve ark., “Prospects for Fungal Bioremediation of Acidic Radioactive Waste Sites: Characterization and Genome Sequence of Rhodotorula taiwanensis MD1149.", Frontiers in Microbiology, Cilt 8, s. 2528 2018.
• Zouboulis, A. I. ve Katsoyiannis, I. A., “Recent advances in the bioremediation of arsenic-contaminated groundwater.”, Environment international, Cilt 31, Sayı 2, s. 213–219, 2005.
• Oremland, R. S., Stolz, J. F., Hollibaugh, J. T., "The microbial arsenic cycle in Mono Lake, California", FEMS Microbiology Ecology, Cilt 48, Sayı 1, s. 15–27, 2004.
• Sheth, M. U. ve ark., “Bioengineering a Future Free of Marine Plastic Waste”, Frontiers in Marine Science, Cilt 6, s. 624, 2019.
• Bombelli, P., Howe, C. J. ve Bertocchini, F., “Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella”, Current Biology: CB, Cilt 27, Sayı 8, s. R292–R293, 2017.
• Chikkara A. R., Reddy, R. K., “Plant Species Identification for Phytoremediation of Mixed Contaminated Soils”, Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste, Cilt 19, Sayı 4 , 2015.