Wykorzystanie drobnoustrojów do rozkładu związków ropopochodnych

Transkrypt

1 Wykorzystanie drobnoustrojów do rozkładu związków ropopochodnych Katarzyna Lisowska, Jerzy Długoński Katedra Mikrobiologii Przemysłowej i Biotechnologii Uniwersytet Łódzki

2 Główne źródła WWA naturalne wycieki ropy naftowej wybuchy wulkanów pożary lasów awarie tankowców ścieki miejskie odpady przemysłu petrochemicznego i chemicznego używanie i dystrybucja produktów naftowych dym papierosowy spalanie śmieci środki ochrony roślin wędzenie, opiekanie lub smażenie potraw zużycie produktów naftowych 17 mln t/rok 0,1-0,25% (16-40 tys t)

3 Budowa chemiczna wybranych WWA naftalen antracen fenantren fluoren benzo[a]antracen fluoranten piren chryzen benzo[a]piren

4 WWA priority pollutants (EPA, UE) trwałość oporność na rozkład łatwa adsorbcja na materii organicznej w glebie i w wodzie (osady denne) hydrofobowość (łatwe rozpuszczanie w tłuszczach, akumulacja w tkankach organizmów wyższych) toksyczność, mutagenność, kancerogenność

5 Drogi eliminacji WWA ze środowiska Parowanie Fotoutlenienie Sedymentacja Mikroorganizmy Bioakumulacja Utlenianie chemiczne Biotransformacja Detoksykacja? Eliminacja Całkowita mineralizacja Cerniglia 1992

6 Wybrane organizmy przekształcające WWA Bakterie Bacillus cereus Mycobacterium sp. Pseudomonas sp. Rhodococcus sp. Burkholderia cepacia Flavobacterium Stenotrophomonas maltophila Glony Oscillatoria sp. Nostoc sp. Anabena sp. Chlorella autotrophica Grzyby Aspergillus niger Cunninghamella elegans Cunninghamella japonica Penicillium chrysogenum Rhizopus oryzae Phanerochaete chrysosporium Bjerkandera adusta Trametes versicolor

7 Rodzaje WWA ulegające degradacji przez grzyby naftalen Absidia glauca, Aspergillus niger, Basidiobolus ranarum, Candida utilis, Choanephora campincta, Circinella sp., Claviceps paspali, Cokeromyces poitrassi, Canidiobolus gonomodes, Cunninghamella elegans, Cunninghamella japonica Helicostylum piriforme, Hyphochytrium catenoides, Mucor hiemalis, Neurospora crassa, Penicilium chrysogenum, Psilcybe strictipes, Rhizopus oryzae, Syncephalastrum racemosum, acenaften Bjerkandera sp., Cunninghamella elegans, Phanerochaete, chrysosporium, Ramaria sp. Rhizoctonia solani, Trametes sp. antracen Cunninghamella elegans, Bjerkandera sp. Pleurotus ostreatus fenantren Cunninghamella elegans, Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, Aspergillus niger, Naematoloma forwardii fluoranten Cunninghamella elegans, Naematoloma forwardii, Penicilium sp piren Cunninghamella elegans, Phanerochaete chrysosporium benzo[a]antracencunninghamella elegans, Phanerochaete chrysosporium benzo[a]piren Aspergillus ochraceus, Bjerkandera adusta, Neurospora crassa, Phanerochaete chrysosporium, Ramaria sp., Trametes vericolor, Trichoderma viridae Cerniglia 1997

8 Drogi rozkładu WWA OH O-Glukozyd H O REAKCJA. NIEENZYMATYCZNA fenol O-Glukuronian epoksyd H H O 2 HYDROLAZA Grzyby O 2 cytochrom P-450 MONOOKSYGENAZA trans-dihydrodiol H 22 O, LIGNINAZY PAH-chinony COOH COOH Bakterie O 2 kwas cis,cis-mukonowy DIOKSYGENAZA H OH NAD + NADH +H + OH H DEHYDROGENAZA cis-dihydrodiol SZLAK ORTO katechol OH OH SZLAK META CHO COOH OH semialdehyd 2-hydroksymukonowy

9 WWA Przestrzeń międzygwiezdna Alkohole, ketony, etery; aminokwasy, niska temperatura, UV/ i inne cząsteczki tworzące pierwsze formy życia na Ziemi Ewolucja życia na Ziemi 350 mln lat temu węgiel, ropa naftowa, pożary lasów, żywność dym papierosowy itp. WWA i epoksydy drobnoustroje występujące w naturalnym środowisku bioremediacja związki mutagenne, toksyczne, kancerogenne dla zwierząt i ludzi mikroorganizmy modyfikowane genetycznie CO 2 + H 2 O Samanta i wsp. 2002

10 Efektywność bioremediacji gruntów Rodzaj zanieczyszczenia Biodegradacja (%) Czas trwania (dni) Surowa ropa naftowa (ex situ) Olej napędowy (ex situ) Olej napędowy (ex situ, in situ) Olej napędowy (ex situ) Paliwo lotnicze (ex situ) Paliwo lotnicze (ex situ) 99,7 30 Benzyna (in situ) Łebkowska i wsp. 2000

11 control 21Gp Rozkład fenantrenu przez wybrane szczepy grzybów podłoże grzybnia Zawartość fenantrenu (%)

12 control 21Gp Zawartość antracenu (%) Rozkład antracenu przez wybrane szczepy grzybów podłoże grzybnia

13 Zawatość fenantrenu (%) Doby Sucha m asa (g/l) Rozkład fenantrenu przez C. elegans 1785/21Gp

14 Degradacja fenantrenu przez C. elegans IM 1785/21Gp w bioreaktorze ilość substratu [%] czas

15 Podsumowanie poszukiwanie możliwości usunięcia ksenobiotyków ze środowiska naturalnego izolacja drobnoustrojów zdolnych do szybkiej degradacji WWA w dużych stężeniach procesy bioremediacji wykorzystanie drobnoustrojów stosowanych w innych gałęziach przemysłu do ochrony środowiska

16 Cunninghamella elegans IM 1785/21Gp wysoka aktywność degradacyjna w stosunku do WWA udział w biotransformacji kortykosteroidów, wykorzystywanych do produkcji hydrokortyzonu i związków pochodnych (leki przeciwzapalne, przeciwreumatoidalne, przeciwalergiczne)

17 Podsumowanie c.d. - istnieją potencjalne możliwości wykorzystania drobnoustrojów stosowanych do produkcji leków steroidowych w ochronie środowiska (biomasa uzyskiwana w przemysłowych procesach transformacji steroidów może stanowić materiał wyjściowy w procesach bioremediacyjnych) - model badawczy w detoksykacji WWA w komórkach ssaków