Abstrakt

Metale ciężkie są pierwiastkami metalicznymi i półmetalicznymi o gęstości powyżej 4,5 g•cm-3. Powodują zaburzenia w strukturze DNA, mogą być przyczyną chorób nowotworowych, układu nerwowego, pokarmowego, naczyniowego i kostnego. Wykorzystywane są w przemyśle chemicznym, elektromaszynowym, szklarskim, metalurgicznym, farbiarskim, wydobywczym, energetyce jądrowej. Wiele metali, takich jak kobalt, miedź, nikiel, stanowi mikroelementy niezbędne organizmom do prowadzenia reakcji redox, stabilizacji biocząsteczek, regulacji ciśnienia osmotycznego i jako kofaktory enzymów. Jony metali, nie pełniące funkcji biologicznych, są toksyczne dla komórki, gdyż wiążą się z wysokim powinowactwem z jej składnikami. W wysokim stężeniu, zarówno jony metali będących mikroelementami jak i metali jej zbędnych, mogą stanowić zagrożenie. Skutki działania na komórkę tego typu trucizn to uszkodzenie osłon komórkowych, enzymów i DNA. Istnieje sześć rodzajów mechanizmów obronnych przeciwko jonom metali ciężkich: zmiana struktury błon półprzepuszczalnych, dzięki czemu jony metali nie wnikają do cytozolu, unieruchomienie jonów wewnątrz lub na zewnątrz komórki, eksport jonów z cytozolu na drodze transportu aktywnego, enzymatyczna detoksyfikacja i zmniejszenie wrażliwości samej komórki na działanie jonów metali ciężkich.Tradycyjne techniki stosowane do usuwania z wód i gleb metali ciężkich wykazują niską specyficzność i wrażliwość na panujące warunki takie jak pH, siła jonowa, obecność związków chelatujących. Wykorzystanie w bioremediacji bakteryjnych mechanizmów oporności na metale ciężkie może być ciekawą alternatywą. Skonstruowano rekombinantowe szczepy bakteryjne zdolne do pobierania do wnętrza komórki (bioakumulacji) jak również adsorpcji na jej powierzchni (biosorpcji) metali ciężkich ze środowiska z wysoką wydajnością. Mimo wielu potencjalnych zalet wykorzystania genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów w procesach usuwania metali ciężkich ze ścieków, wód i gleb nie są one wykorzystywane na skalę przemysłową. Główny problem to trudność prowadzenia tych procesów w sposób ciągły. Genetycznie modyfikowane bakterie nie wymagają do wzrostu dodatkowych, drogich substratów, zaś ścieki przemysłowe są zwykle bogate w związki organiczne zapewniając mikroorganizmom niezbędne do wzrostu składniki odżywcze, pozwalające na zachowanie specyficzności usuwania jonów danego metalu przy jednoczesnym wzroście biomasy.

Autor (1)