Mycoremediacja
Mycoremediacja ( od starożytnej greki μύκης (mukēs) , co oznacza „grzyb” i przyrostek -remedium , po łacinie oznaczający „przywracanie równowagi”) jest formą bioremediacji , w której metody remediacji oparte na grzybach są stosowane do odkażania środowiska . Udowodniono, że grzyby są tanim, skutecznym i przyjaznym dla środowiska sposobem usuwania szerokiej gamy zanieczyszczeń ze zniszczonych środowisk lub ścieków . Zanieczyszczenia te obejmują metale ciężkie , zanieczyszczenia organiczne, barwniki tekstylne , chemikalia do garbowania skóry i ścieki, paliwa ropopochodne, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne , farmaceutyki i produkty higieny osobistej, pestycydy i herbicydy w środowisku lądowym, słodkowodnym i morskim.
Produktami ubocznymi rekultywacji mogą być same w sobie wartościowe materiały, takie jak enzymy (np. lakaza ), grzyby jadalne lub lecznicze, dzięki czemu proces rekultywacji jest jeszcze bardziej opłacalny. Niektóre grzyby są przydatne w biodegradacji zanieczyszczeń w ekstremalnie zimnych lub radioaktywnych środowiskach, gdzie tradycyjne metody rekultywacji okazują się zbyt kosztowne lub nie nadają się do użytku ze względu na ekstremalne warunki. Mycoremediation można nawet wykorzystać do zarządzania ogniem metodą enkapsulacji. Proces ten polega na wykorzystaniu zarodników grzybów opłaszczonych agarozą w postaci peletek. Ten pellet jest wprowadzany do podłoża w spalonym lesie, rozkładając toksyny w środowisku i stymulując wzrost.
Zanieczyszczenia
Grzyby, dzięki swoim nieswoistym enzymom, są w stanie rozkładać wiele rodzajów substancji, w tym farmaceutyki i substancje zapachowe, które normalnie są oporne na degradację bakterii, takie jak paracetamol (znany również jako acetaminofen). Na przykład, stosując Mucor hiemalis , rozkład produktów, które są toksyczne w tradycyjnym uzdatnianiu wody, takich jak fenole i pigmenty ścieków z gorzelni wina , rentgenowskie środki kontrastowe i składniki produktów higieny osobistej, może zostać rozłożony w sposób nie toksyczny sposób.
Mycoremediation jest tańszą metodą remediacji i zwykle nie wymaga drogiego sprzętu. Z tego powodu jest często stosowany w zastosowaniach na małą skalę, takich jak mikofiltracja ścieków bytowych i filtracja ścieków przemysłowych.
Według badania z 2015 r. mykomediacja może nawet pomóc w biodegradacji gleby wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi (WWA). Gleby przesiąknięte kreozotem zawierają wysokie stężenia WWA i aby zatrzymać rozprzestrzenianie się, najskuteczniejszą strategią okazała się mikormediacja.
Metale
Zanieczyszczenia metalami są bardzo powszechne, ponieważ są one wykorzystywane w wielu procesach przemysłowych, takich jak galwanizacja , tekstylia , farby i skóra . Ścieki z tych gałęzi przemysłu są często wykorzystywane do celów rolniczych, więc oprócz natychmiastowych szkód w ekosystemie, do którego się rozlewają, metale mogą przedostawać się do stworzeń i ludzi daleko w łańcuchu pokarmowym. Mycoremediacja to jedno z najtańszych, najskuteczniejszych i najbardziej przyjaznych dla środowiska rozwiązań tego problemu. Wiele grzybów jest hiperakumulatorami , dlatego są w stanie gromadzić toksyny w swoich owocnikach w celu ich późniejszego usunięcia. Zwykle dotyczy to populacji , które były narażone na zanieczyszczenia przez długi czas i rozwinęły wysoką tolerancję. Hiperakumulacja zachodzi poprzez biosorpcję na powierzchni komórkowej, gdzie metale dostają się do grzybni biernie z bardzo niewielkim wychwytem wewnątrzkomórkowym. Różne grzyby, takie jak Pleurotus , Aspergillus , Trichoderma okazały się skuteczne w usuwaniu ołowiu , kadmu , niklu , chromu , rtęci , arsenu , miedź , bor , żelazo i cynk w środowisku morskim , ściekach i na lądzie .
Nie wszystkie osobniki danego gatunku są jednakowo skuteczne w gromadzeniu toksyn. Pojedyncze osobniki są zwykle wybierane ze starszego zanieczyszczonego środowiska, takiego jak szlam lub ścieki, gdzie miały czas na przystosowanie się do warunków, a selekcja jest prowadzona w laboratorium [ potrzebne źródło ] . Rozcieńczenie wody może drastycznie poprawić zdolność biosorpcji grzybów.
Zdolność niektórych grzybów do wydobywania metali z ziemi może być również przydatna do celów bioindykatorów i może stanowić problem, gdy grzyb jest odmianą jadalną. Na przykład kudłaty kapelusz ( Coprinus comatus ), pospolity grzyb jadalny występujący na półkuli północnej, może być bardzo dobrym bioindykatorem rtęci. Jednakże, ponieważ kudłata nasadka z tuszem gromadzi rtęć w swoim ciele, może być toksyczna dla konsumenta.
Zdolność pobierania metali przez grzyba została również wykorzystana do odzyskiwania metali szlachetnych z podłoża. Na przykład Centrum Badań Technicznych VTT w Finlandii zgłosiło 80% odzysk złota z odpadów elektronicznych przy użyciu technik mikofiltracji .
Zanieczyszczenia organiczne
Grzyby należą do podstawowych organizmów saprotroficznych w ekosystemie , ponieważ są wydajne w rozkładzie materii. Grzyby rozkładające drewno , zwłaszcza biała zgnilizna , wydzielają pozakomórkowe enzymy i kwasy , które rozkładają ligninę i celulozę , dwa główne elementy budulcowe błonnika roślinnego. Są to długołańcuchowe związki organiczne ( węgiel na bazie) związki, strukturalnie podobne do wielu zanieczyszczeń organicznych. Osiągają to za pomocą szerokiej gamy enzymów. W przypadku wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), złożonych związków organicznych ze skondensowanymi, wysoce stabilnymi, wielopierścieniowymi pierścieniami aromatycznymi , grzyby są bardzo skuteczne poza środowiskami morskimi . Enzymy zaangażowane w ten rozkład są ligninolityczne i obejmują peroksydazę ligninową , peroksydazę wszechstronną , peroksydazę manganową , ogólną lipazę , lakazę i czasami enzymy wewnątrzkomórkowe , zwłaszcza cytochrom P450 .
Inne toksyny, które grzyby są w stanie rozkładać do nieszkodliwych związków, to paliwa ropopochodne , fenole w ściekach, polichlorowane bifenyle (PCB) w zanieczyszczonych glebach przy użyciu Pleurotus ostreatus , poliuretan w warunkach tlenowych i beztlenowych, takich jak warunki panujące na dnie składowisk przy użyciu dwóch gatunków grzybów Ekwadorski grzyb Pestalotiopsis i nie tylko.
Mechanizmy degradacji nie zawsze są jasne, ponieważ grzyb może być prekursorem późniejszej aktywności drobnoustrojów, a nie indywidualnie skuteczny w usuwaniu zanieczyszczeń.
Pestycydy
pestycydami może być długotrwałe i mieć znaczący wpływ na procesy rozkładu i obieg składników odżywczych. Dlatego ich degradacja może być kosztowna i trudna. Najczęściej stosowanymi grzybami wspomagającymi degradację takich substancji są grzyby białej zgnilizny, które dzięki zewnątrzkomórkowym enzymom ligninolitycznym, takim jak lakaza i peroksydaza manganowa , są w stanie rozkładać duże ilości takich składników. Przykłady obejmują insektycyd endosulfan , imazalil , tiofanat metylu , orto-fenylofenol , difenyloamina , chloropiryfos w ściekach i atrazyna w glebach gliniasto-gliniastych.
barwniki
Barwniki są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu, takich jak poligrafia papierowa czy tekstylia. Często są oporne na degradację, aw niektórych przypadkach, jak niektóre barwniki azowe , są rakotwórcze lub w inny sposób toksyczne.
Mechanizm, za pomocą którego grzyby rozkładają barwniki, polega na ich enzymach lignolitycznych, zwłaszcza lakazie, dlatego najczęściej stosuje się grzyby białej zgnilizny . [ potrzebne źródło ]
Mycoremediation okazała się tanią i skuteczną technologią remediacji barwników, takich jak zieleń malachitowa , nigrozyna i zasadowa fuksyna z Aspergillus niger i Phanerochaete chrysosporium oraz czerwienią Kongo , rakotwórczym barwnikiem opornym na procesy biodegradacji, direct blue 14 (za pomocą Pleurotus ).
Synergia z fitoremediacją
Fitoremediacja to wykorzystanie roślinnych technologii do odkażania terenu.
Większość roślin lądowych może wchodzić w symbiozę z grzybami, która jest korzystna dla obu organizmów. Ten związek nazywa się mikoryzą . Naukowcy odkryli, że mikoryza wspomaga fitoremediację. Symbiotyczne związki grzybów mikoryzowych z korzeniami roślin pomagają w pobieraniu składników odżywczych i zdolności roślin do przeciwstawiania się biotycznym i abiotycznym czynnikom stresowym, takim jak metale ciężkie biodostępne w ryzosferze. Arbuskularne grzyby mikoryzowe (AMF) wytwarzają białka, które wiążą metale ciężkie i tym samym zmniejszają ich biodostępność. Usuwanie zanieczyszczeń glebowych przez grzyby mikoryzowe nazywa się remediacją mikoryzową.
Grzyby mikoryzowe, zwłaszcza AMF, mogą znacznie poprawić zdolności fitoremediacyjne niektórych roślin. Wynika to głównie ze stresu, na jaki cierpią rośliny, ponieważ zanieczyszczenia są znacznie zmniejszone w obecności AMF, dzięki czemu mogą rosnąć i wytwarzać więcej biomasy. Grzyby zapewniają również więcej składników odżywczych, zwłaszcza fosforu , i promują ogólny stan zdrowia roślin. Szybka ekspansja grzybni może również znacznie rozszerzyć strefę wpływu ryzosfery (hiposferę), zapewniając roślinie dostęp do większej ilości składników odżywczych i zanieczyszczeń. Poprawa ogólnego stanu ryzosfery oznacza również wzrost populacji bakterii, co również może przyczynić się do procesu bioremediacji.
Ta zależność okazała się przydatna w przypadku wielu zanieczyszczeń, takich jak Rhizophagus intraradices i Robinia pseudoacacia w glebie zanieczyszczonej ołowiem , Rhizophagus intraradices z Glomus versiforme zaszczepionym w trawie wetiweru w celu usunięcia ołowiu, AMF i Calendula officinalis w glebie zanieczyszczonej kadmem i ołowiem i ogólnie skutecznie zwiększał zdolność bioremediacji roślin w przypadku metali, paliw ropopochodnych i WWA. Na terenach podmokłych AMF znacznie sprzyja biodegradacji zanieczyszczeń organicznych, takich jak benzen, eter metylowo-tert-butylowy i amoniak z wód gruntowych po zaszczepieniu Phragmites australis .
Żywotność w ekstremalnych warunkach
Gatunki grzybów antarktycznych, takie jak Metschnikowia sp., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae , Pichia caribbica i Leucosporidium creatinivorum , mogą wytrzymać ekstremalne zimno i nadal zapewniają skuteczną biodegradację zanieczyszczeń. Ze względu na charakter chłodniejszych, odległych środowisk, takich jak Antarktyda , zwykłe metody usuwania zanieczyszczeń, takie jak fizyczne usuwanie zanieczyszczonych mediów, mogą okazać się kosztowne. Większość gatunków psychrofilnych Grzyby antarktyczne są odporne na obniżony poziom produkcji ATP ( trójfosforanu adenozyny ), co powoduje zmniejszoną dostępność energii, obniżony poziom tlenu z powodu niskiej przepuszczalności zamarzniętej gleby oraz zakłócenia w transporcie składników odżywczych spowodowane cyklami zamrażania i rozmrażania. Te gatunki grzybów są w stanie asymilować i rozkładać związki, takie jak fenole , n-heksadekan , toluen i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w tych trudnych warunkach. Związki te znajdują się w ropie naftowej i rafinowanej ropie naftowej .
Niektóre gatunki grzybów, takie jak Rhodotorula taiwanensis, są odporne na ekstremalnie niskie pH (kwaśne) i środowisko radioaktywne występujące w odpadach radioaktywnych i mogą z powodzeniem rosnąć w tych warunkach, w przeciwieństwie do większości innych organizmów. Mogą również rozwijać się w obecności wysokich stężeń rtęci i chromu . Grzyby, takie jak Rhodotorula taiwanensis , mogą być prawdopodobnie wykorzystywane w bioremediacji odpadów radioaktywnych ze względu na ich niskie pH i właściwości odporne na promieniowanie. Niektóre gatunki grzybów są zdolne do wchłaniania i zatrzymywania radionuklidy, takie jak 137 Cs , 121 Sr , 152 Eu , 239 Pu i 241 Am . W rzeczywistości ściany komórkowe niektórych gatunków martwych grzybów mogą służyć jako filtr, który może adsorbować metale ciężkie i radionuklidy obecne w ściekach przemysłowych, zapobiegając ich uwalnianiu do środowiska.