Mikrobien ratkaisut radioaktiivisen jätteen bioremediaatiossa

Luimme radioaktiivisuudesta ja sen mahdollisista vaaroista edellisessä artikkelissa nimeltä Radioaktiivinen saaste: loputon vaara.

Opimme myös Deinococcus radiodurans -bakteerista ja sen kyvystä selviytyä voimakkaasta säteilystä, joka muuten on tappavaa kaikille elämänmuodoille.

Tässä artikkelissa esitellään kannan sovelluksia radioaktiivisen jätteen bioremediaatiossa sekä eri kohteissa.

Vuonna 1956 havaittiin, että suurina röntgenannoksina steriloitu lihatölkki oli pilaantunut.

Viljelyssä havaittiin, että kontaminantti oli punapigmenttinen bakteeri, jonka nimi oli Deinococcus radiodurans.

Tämä on tällä hetkellä maapallolla tunnetuista elämänmuodoista radioaktiivisuutta kestävin.

Sillä on valtava kyky kestää suuria säteilyannoksia, ja siksi sitä käytetään Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) rahoittamassa radioaktiivisen jätteen puhdistushankkeessa.

• Lue: Bioremediaatio – Helppo tie ulos kaaoksesta

Koska D. radioduransilla ei ole kykyä hajottaa radioaktiivisista kohteista liukenevia myrkyllisiä yhdisteitä, kantojen geneettisesti muunnetut variantit voivat suorittaa tämän tehtävän.

Pseudomonas-bakteerin hajottavia geenejä voitaisiin helposti lisätä tähän kantaan, mikä tekisi siitä kestävämmän bioremediaatiossa.

Seuraavassa on lueteltu mekanismeja, joiden kautta mikrobeja voidaan käyttää tällaisten radioaktiivisten jätteiden puhdistamisessa:

• Radionuklidien epäsuora entsymaattinen pelkistys: Tässä prosessissa bakteerit pelkistävät ympäristössä olevia metalleja, ja muodostuneet sivutuotteet auttavat radionuklidien kemiallisessa pelkistyksessä.
• Radionuklidien suora entsymaattinen pelkistys: Radionuklidien liukoiset muodot muuttuvat liukenemattomiksi saostuiksi reduktaasien ja hydrogenaasien (kaksi eri entsyymiluokkaa) vaikutuksesta. Tämä auttaa estämään veden ja muiden vastaavien lähteiden saastumista.
• Radionuklidien biomineralisaatio: Ydinjätteen saostamiseen käytettävät kelaatinmuodostajat ovat peräisin joistakin bakteereista. Citrobacterin tiedetään tuottavan sitruunahappoa, joka toimii kelaatinmuodostajana ydinjätteen puhdistuksessa.
• Geneettisesti muunnetut mikro-organismit: Geenimuuntelulla luodaan rekombinanttikantoja, joilla on erinomaiset kyvyt hajottaa ympäristösaasteita. Tällaiset kannat pystyvät selviytymään vaarallisissa olosuhteissa ja bioremediaatiokohteissa.
• Biosorptio ja biokertyvyys: Positiivisesti varautuneet metallit ja radionuklidit vetävät puoleensa negatiivisesti varautuneita pintareseptoreita ja bakteerien soluorganelleja. Lisäksi sitoutuneet radionuklidit saostuvat liman, kapselin ja mikro-organismien tuottaman EPS:n avulla.
• Biostimulaatio: Alueilla, jotka ovat erittäin raskasmetallien ja radionuklidien saastuttamia, synergistisesti vaikuttavien mikrobien lisääminen järjestelmään nopeuttaa puhdistusprosessia. Vastaavasti monimuotoisen mikroflooran lisääminen järjestelmään parantaa mikrobien kapasiteettia luonnollisen muuntumisen kautta, mikä auttaa puhdistusalueen sopeutumisessa.

Koska edellä mainitut tekniikat ovat hyödyllisiä kunnostuksessa, uusia teknologioita voidaan kehittää yhdistämällä useita tekniikoita. Yhdysvaltain energiaministeriö on jo käyttänyt D.radiodurans-bakteerin rekombinanttikantoja ydinvoimaloiden saastuttamilla alueilla ja saanut positiivisia tuloksia.

Lopuksi, näiden mikroskooppisten pienten olentojen käyttö on siunaus ympäristön kunnostukselle.

Lähteet:

• http://large.stanford.edu/courses/2016/ph241/chang2/
• K. Pollmann ym., ”Bakteereiden metallinsitomiskyky uraanikaivosjätteistä ja sen teknologiset sovellukset”, Biotechnol. Adv. 24, 58 (2006).
• SK Kazy, SFDSouza ja P. Sar, ”Uraanin ja toriumin sekvestraatio Pseudomonas-sienen avulla: mekanismi ja kemiallinen karakterisointi”, J. Hazard. Mater. 163, 65 (2009).
• EJP Phillips, ER Landa ja DR Lovley, ”Uraanin saastuttamien maiden kunnostaminen bikarbonaatin uuttamisella ja eikrobiaalisella U(VI)-pelkistämisellä”, J. Ind. Microbiol. 14, 203 (1995).
• H. Brim ym., ”Deinococcus radioduransin suunnittelu metallien kunnostukseen radioaktiivisen sekajätteen ympäristöissä”, Nat. Biotechnol. 18, 85 (2000).