BİYOREMEDİASYON

Asrımızın en büyük problemlerinden biri haline gelen çevre kirliliğinde başrolü, zehirli atıklar oynamaktadır. Bu maddeler çoğu zaman petrol, kimyevî maddeler, gıda maddeleri ve kağıt fabrikaları gibi çeşitli sanayilerin atıklarıdır. Zehirli atıklar, insanlara olduğu kadar diğer canlılar için de büyük tehlike teşkil etmektedirler. Son zamanlarda bilim adamları bu maddelerle yeni bir mücadele sistemi keşfettiler. Bu mücadele sistemini de "Biyoremediasyon" diye adlandırdılar. Tehlikeli maddeleri, zararsız (su ve karbondioksit) veya daha az zararlı maddelere parçalamak için mikroorganizmaların kullanıldığı uzun süreçli arıtım prosesleri biyoremediasyon olarak bilinmektedir.
Çevre biyoteknolojisi uygulamaları çoğunlukla, doğal mikroorganizmalarla (bakteri, mantar vb.) atıkların arıtımında kullanılır. Modern biyoteknolojiden yararlanıldığı kimi tekniklerde, parçalanması zor bazı atıklarla uğraşmak için genetik değişikliğe uğramış mikroorganizmaların kullanımı mümkündür. Geleneksel yöntemlerden çok daha verimli olan çevre biyoteknolojisi sayesinde, yüksek sıcaklıklarda yakma ve atık sahaları oluşturma gibi yöntemlere alternatifler oluşturabilmektedir.
Biyoremediasyon, çevre kirliliğinin bertarafında ve önlenmesinde etkili bir biyoteknolojik yaklaşım olarak gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Biyoremediasyon; mikroorganizmaların kirleticileri çevreden alma kapasitesine sahip olmaları ve bunları büyüme ve metabolik faaliyetleri için kullanmaları esasına dayanmaktadır. Biyoremediasyon tasarımının asıl amacı, mikrobiyal büyüme ve aktivite için en uygun şartların sağlanmasıdır.
Biyoremediasyon adlı yöntem iki biçimde uygulanır.
1)Atıkların döküldüğü bölgeye besin aktarımı yapılarak, toprağın bakteri kompozisyonuna göre, halihazırda toprakta bulunan bakteriler etkin duruma geçirilir.
2)Toprağa yeni bakteriler aktarılır. Çevresel koşullar kontrol edilir veya mikroorganizmaların metabolik aktivitelerini ve büyümelerini optimize etmek için koşullar değiştirilir. Biyoremediasyon için çevrenin optimizasyonunda; sıcaklık, inorganik nütrientler(öncelikle azot ve fosfor), elektron alıcılar (oksijen, nitrat ve sülfat) ve pH gibi çevresel faktörler modifiye edilmektedir.
Bakteriler, zararlı atıkları, zararsız yan ürünlere dönüştürdükten sonra ya ölürler ya da sayıları normal populasyon düzeyine gelir. Böylece ekolojik denge bozulmaz. Bakterilere benzer bir biçimde, kirlenen bölgelerdeki metaller ve atıklarla beslenmesi için bitki ve mantarlar da kullanılabilmektedir.
Bazı durumlarda atıkları işlemede kullanılan mikroorganizmaların yan ürünleri yararlı ürünler oldukları için geri kazanım sağlayabilmektedirler. Bunlara bir örnek, anaerobik arıtma teknolojisidir. Atıklarında organik madde yoğunluğu fazla olan fabrikalarda uygulanan bu teknolojide, uygun biyokimyasal parametrelerin (pH, sıcaklık) sağlandığı reaktörler kullanılır. Bu reaktörlerde oksijensiz (anaerobik) koşullarda yaşayan metan bakterileri, organik atıkları parçalayarak kirliliği giderirken bir yandan da metan gazı üretirler. Anaerobik biyoteknoloji yardımıyla hem kirlilik ortadan kaldırılır hem de yan ürün olarak metan gazı elde edilir. Sonra da metandan elektrik üretilerek işletmeye ek bir enerji kaynağı sağlanır. Özellikle gıda (şeker, alkol, et, süt, meşrubat), kağıt ve selüloz endüstrisi biyoteknolojinin bu uygulaması için çok uygundur.
Çevre konusundaki hassasiyetlerin artması ile çevre biyoteknolojisi uygulamaları artacaktır. Bugün, dünyadaki birçok kent, atık sularını temizlemek için mikroorganizmaları kullanmakta ve bu kentlerin sayısının hızla artması beklenmektedir. Organik kimyasal madde ya da kağıt ve fermentasyon ürünleri üreten birçok fabrikanın atıkları biyoteknoloji yöntemleriyle temizlenmektedir. Birçok kent ve yerleşim bölgesi, "kahverengi alan" diye adlandırılan boşaltılmış endüstri bölgelerini, biyoremediasyon ve benzeri yöntemlerle temizlemeyerek yeniden kullanıma açmaktadır. Böylece yeni endüstri bölgelerinin kurulması önlenerek "yeşil bölgeler" de korunmuş olmaktadır.
Mikroorganizmaların yiyebildikleri tek madde petrol değildir maddeler arasında DDT, TNT, PCB ve benzeri bütün zehirli maddeleri yiyebilirler. Ayrıca krezot ve petraklorofenol; petrokimyevîlerden de benzen, xylene ve boya imalatında kullanılan toluene'yi de yiyebilmektedirler.
İnsan ve tabiata hizmet için yaratılmış bu muhteşem varlıklar, kanser hastalığına sebep olan uranyum ve diğer radyoaktif maddeleri dahi etkisiz hale getirirler. Mesela; Ohio'da bir hava üssünde mühendisler, uçak boyasında kullanılan "Poliyurethanes" adlı zehirli maddeyi tesirsiz hale getiren bir mantar çeşidi yetiştirdiler. Güneydoğu Washington'daki Hanford nükleer rezervasyonunda toprak ve suya nükleer yakıt yapımında kullanılan ve kanser hastalığına sebep olan -Karbon tetraklorid bulaşmıştı. Kuzeybatı pasifik laboratuarlarından bir grup araştırmacı, beslendiklerinde tetraklorid'i parçalayabilen ve zehirli nitratları da, zararsız nitrojen gazına çeviren mikroorganizmalar keşfettiler.
Biyoremediasyon terimi çevreye desarj edilen atık maddelerin iyileştirilmesi, düzenlenmesi anlamını taşısa da bu ürünlerin uygulamaları kontrollü, tipik endüstriyel çevrelerde kullanımını da kapsamaktadır. Potansiyel uygulamaları aşağıdaki şekildedir.
Açık sulardaki petrol sızıntıları, yakıt tankerlerinin patlaması gibi kütlesel çevre felaketlerinin temizlenmesi
Toprak ve yeraltı suyundaki hidrokarbon kirliliği
Mazot sınıfı ve benzin sınıfı organiklerin biyoremediasyon sisteminde giderimi
Tehlikeli/zararlı madde kullanım yerleri ve depoları (yeraltı ve yerüstü tankları) toprak kirlenmesine çok müsait olan yerlerdir. Dolma ve boşaltma işlemleri sırasında veya depolarda/hatlarda meydana gelen sızıntılar veya anî deşarjlar yolu ile tehlikeli/zararlı maddeler ve atıklar toprağı kirletebilirler. Bidonların üstü açık ortamda ve doğrudan toprağın üstünde depolanması ciddi toprak kirlenmesine yol açabilir. En çok rastlanan kirletici maddelerin başında petrol ürünleri (yakıtlar, yağlar, solventler vs.) gelmektedir.
Bosecker (2001), toprak ve sedimentlerin, mineral endüstrisi atıklarının ve maden sahalarının arıtılmasında mikrobiyal sızma teknolojilerinin basit ve etkili sistemler olduğuna dikkat çekmiş ve metalleri çözünebilir hale getirebilen mikroorganizmaların mutasyon ve seleksiyonla genetik anlamda geliştirilmesinin biyoremediasyon teknolojilerinin gelecekteki uygulamalarını arttıracağını vurgulamıştır.

Çevre Biyoteknolojisi ve Alaska Tanker Faciası

24 Mart 1989 gecesi, 50 milyon galon petrol taşıyan Exxon Valdez adlı tanker, Alaska Bligh Reef’de karaya oturmuştu. Geminin gövdesinde açılan delikten 11 milyon galondan fazla ham petrol denize dökülmüş ve kirlilik çok kısa zamanda
2 250 km’lik bir sahil şeridine yayılmıştı. ABD tarihinin bu en büyük tanker faciası, 36 000’den fazla deniz kuşunun ve 1 000’den fazla su samurunun da içinde bulunduğu doğal yaşamı tümüyle tehdit edecek boyutlara ulaşmıştı. Sorunu çözmek için uğraşan bilim adamları ve doğal yaşam uzmanlarının arasında bulunan biyoteknologlar, bölgenin ekolojik dengesini eskiye döndürmek için doğanın kendi gücünü kullanmayı düşündüler. Uzmanlar, çevreye Pseudomonas adlı doğal bir bakteri saldılar. Biyoremediasyon denen bu yöntemle, petrol gibi hidrokarbonları parçalayabilen Pseudomonas, 120 km’lik bir sahil şeridini geleneksel (kimyasal yöntemler, yakma ve toprak doldurma) yöntemlerden beş kat daha hızlı bir biçimde temizledi.
Endüstriyel aktiviteler sonucu her yıl oldukça fazla miktarda organik ve inorganik bileşik çevreye salınmaktadır. Toprak kirliliği endüstriyel aktivitenin tipik bir yan etkisidir. Organik antropojenik bileşikler arasında ;
- Poliaromatik hidrokarbonlar(PAH)
-Klorlu uçucu organik bileşikler(VOC)
- Alkil benzen(benzen, toluen, etil benzen ve ksilenler; BTEX) hidrokarbonlar
yer almaktadır.
Bu bileşiklere toprakta, yeraltı suyunda ve sedimanlarda sıklıkla karşılaşılır.
Toprak ve yaraltı suyunda en çok karşılaşılan kirleticiler, dökülme ve sızıntı sonucu oluşan BTEX gibi aromatik hidrokarbonlar, ve endüstride yağ gideriminde kullanılan 1,1,1-trikloretan, trikloretilen (TCE) ve tetrakloretilen veya perkloretilen (PCE) gibi klorlu alifatiklerdir. Bunların yanı sıra petrol endüstrisinin ve petrol pazarının genişlemesiyle; patlama sonucu petrol saçılması, tanklardan veya boşaltım esnasında tankerlerden sızma ve atık petrol ürünlerinin sönümlenmesi çevre kirliliği ile sonuçlanmıştır.
1993 yılında, Houston’da 300 000 ton toprak, kimyasal olarak paralanması zor maddelerden biyoremediasyon sayesinde arındırılmıştır. Endüstri uzmanlarına göre biyoremediasyon sayesinde, sızan petrol hidrokarbonlarının kirlettiği 30000’den fazla yeraltı petrol tankı bölgesi temizlenebilecektir. Biyoremediasyon yöntemleri, TNT gibi zararlı bileşikleri parçalamak için askeri kurumlarca da kullanılmaktadır . ABD Çevre Koruma Kurumu’nun (EPA) programına göre, zararlı maddelerle kirlenmiş bölgelerde, geleneksel yöntemlere göre 10 kat daha ucuza mal olduğundan biyoremediasyon kullanımı uygun görülmüştür.

BAKTERİLERİN SINIFLANDIRILMASI:

- OTOTROF BAKTERİ: Bu grup bakteriler yiyecek olarak CO2 gibi inorganik bileşiklerin karbonunu kullanırlar.
- HETETROF BAKTERİ: Bu grup bakteriler yiyecek olarak organik bileşiklerin karbonunu kullanırlar.

Biyoremediasyonda; bakteriler enerji ve karbon ihtiyaçlarını hidrokarbonlardan sağladıkları için kilit rol oynarlar. Atık arıtma sanayinde kullanılan bakteriler genellikle oksijen tüketme durumlarına göre sınıflandırılırlar.Aerobik bakterileroksijeni organik bileşiklerden sağlarken,anaerobik bakterileroksijen yerine nitrat, nitrit, sülfat, karbon dioksit ya da metallerden (demir gibi) sağlarlar.Fakültatif anaerobbakterilerise fonksiyonlarını oksijenli ve oksijensiz ortamda da sürdürebilen bakterilerdir.
Bakteriler, aslında küçük enzim torbacıklarıdırlar ve enzimlerini, büyük kompleks molekülleri küçük parçalara ayırmak için kullanırlar. Büyük moleküller parçalandıktan sonra bakteriler tarafından yutulur ve kimyevî reaksiyonlarla daha küçük parçalara bölünürler. Karbon ihtiva eden her türlü organik madde, bakteriler için bir gıda kaynağıdır. Mikroorganizmalar beslendikçe ürerler. Fakat onların da insanlar gibi dengeli beslenmeye ihtiyaçları vardır. Bakteriler ancak yeterince beslendiğinde istenmeyen maddeleri parçalayacak güce erişirler.

Zehirli Bir Sahanın Mikroorganizmalar ile Temizlenmesi

Zehirli bir sahanın temizlenmesinde yapılacak ilk işlem, sahanın hidrojik ve jeolojik olarak incelenmesidir. Bu incelemeler sonunda sahanın neresinde, ne kadar zehirli madde olduğu tesbit edilir. Sonuçlar elde edildikten sonra, bilim adamları, atıkları en seri ve en tesirli biçimde parçalamanın yollarını araştırırlar. Artık sıra bakteri seçimindedir. Bakteriler insanlar gibi yiyeceklerini seçerler. Bilim adamları bu seçici bakteri çeşitlerinin hepsini bir yerde topladıktan sonra, onlara alandan aldıkları atıklardan başka hiçbir gıda vermezler. Bu mikroorganizmalardan atıkları yemeyenler, açlığa ve ölüme terk edilirken, yiyenler büyük oranda üreyip çoğalırlar. Böylece değişikcinslerde fakat aynı atıkları yiyen birçok bakteri elde edilir. Daha sonra sıra mühendislerdedir. Onlar temizlemede, bilinen üç metottan birini uygulamaya karar verirler: a) Çift sürme b) Biyoreaktöre yerleştirme c) Atıklara oldukları yerde müdahale.
Ecova biyoremediasyon şirketi, ABD'deki bir terminalin temizliğinde, üç metodu birden kullanmaktadır. İlk olarak zehirli atıkların bulunduğu sahanın toprağı, dev bir çift sürme makinası ile ters yüz edilir. Sonra içine su, gıda maddesi ve bakteri aşılanır. Takriben yedi hafta içinde bakteriler toprağın 40-45 cm derinliğine kadar bütün atıkları yiyip bitirirler. Bu toprak, oradan kaldırılıp biyoreaktöre taşındıktan sonra aynı işlemler bir alt tabakadaki toprağa tatbik edilir ve böylece saha tabaka tabaka temizlenmiş olur.

TÜRKİYE’DE BİYOREMEDİASYON

Türkiye gerek karadan gerekse denizden olmak üzere son yıllarda petrol taşımacılığında bir geçiş ülkesi konumuna gelmiş durumdadır. Özellikle, İstanbul ve Çanakkale Boğazlarındaki sıkışık petrol tanker trafiği başta olmak üzere, Bakü-Tiflis-Ceyhan Boru hattı ve diğerleri olası petrol ve petrol türevleri ile ilgili çevresel kirlenmeler açısından ülkemizin risk faktörünü epey yükseltmiştir. Bunun yanında; hızla gelişmekte olan sanayimizin yarattığı su ve karada meydana gelen ağır metal kirlenmeleri diğer bir acil çözüm bekleyen problemlerdendir. Biyoremediasyon (Bioremediation) olarak adlandırılan, bu kirliliğin temizlenmesinde bakteri, alg ve bitkilerin kullanılmasına dayanan teknolojiler bu konuda en umut verici çözüm yollarındandır. Bitki Moleküler Genetiği Laboratuarı ülkemize özgü bitki, alg ve bakteri türlerinin biyoremediasyon kapasitelerinin moleküler genetik analizini yapmayı kendisine birincil hedef olarak seçmiştir.

SONUÇ:

Biyoremediasyon, günümüzde büyük bir problem olan çevre kirliliği ve zehirli atıklara çare olabilir. İnsanoğlunun çıplak gözle göremediği bu minik yaratıklar, çaresini bulamadığımız büyük problemlerimizi çözümleyebilirler. Bu nedenle her geçen gün önem kazanmakta ve insanoğluna fayda sağlamaktadırlar.