KÖRNYEZETVÉDELMI BIOTECHNOLÓGIA BIODEGRADÁCIÓ, BIOREMEDIÁCIÓ A környezet alkotó elemei egymással szoros összefüggésben léteznek,az egyes elemekre ható ártalmak a környezet egészére kihatnak. Ha a fennálló egyensúlyt megbontjuk, beláthatalan környezetvédelmi problémákkal találhatjuk szembe magunkat. Fejlődő ipar felhalmozódó hulladék veszélyes anyagok   A Föld mikroflórájának válasza az újonnan megjelenő anyagokra adaptáció

Alapfogalmak biotechnológia “biotechnologie - (EREKY Károly, 1917) all work by which products are produced from raw materials with the help of living organisms” [Ereky] alkalmazott mikrobiológia - biokonverzió, biotranszformáció különböző (toxikus) vegyületek mikrobiális átalakítása - biodegradáció nem kívánatos, környezetre káros anyagok lebontása mikrobiális úton - bioremediáció (= tisztítás) a környezet megtisztítása a toxikus hulladékoktól mikrobiális módszerekkel környezetvédelem - megelőzés - tervszerű környezetfejlesztés - környezetünk megóvása, védelme

A mikrobiális eljárásokhoz ritkán alkalmaznak vad tipusú törzseket molekuláris biotechnológia Mikroorganizmusok előállítása fermentorokban (cm3 m3) Mit tudnak a mikroorganizmusok? a legkülönbözőbb szerves vegyületek átalakítására képesek enzimek konstitutív indukált

Bioremediáció Előnye: szerves szennyezőanyagok veszélytelen anyagokká alakulnak olcsóbb, mint a legtöbb fizikai, kémiai eljárás Hátránya: rossz hatékonyságú lehet pl. összetett szennyezések esetén, nehezen hozzáférhető szennyezések esetén talaj humuszanyagait is bonthatják a mikroorganizmusok Megoldás lehet a fizikai, kémiai és biológiai módszerek kombinálása

A szennyeződések kimutatására alkalmazott módszerek Talajok, vizek minőségének meghatározása fizikai, kémiai, biológai vizsgálatok elvégzéséből és kielemzéséből áll. Gyakran igen sokféle szerves anyagot tartalmaznak, melyek egyenkénti mennyiségi meghatározása (sőt kimutatása is) rendkívül körülményes. BOI: az az oxigénmennyiség, mely a vízben lévő szerves anyagok aerob úton meghatározott idő alatt történő biokémiai lebontása során elfogy   KOI: a vízminta K-permanganáttal vagy K-dikromáttal történő egyórás forralása során elhasználódott vegyszerrel egyenértékű oxigén fogyással jellemeznek Minőségmeghatározási paraméterek még a nitrogén-, foszfor-, szerves- és totál szén tartalom, valamint a pH. A biológiai vízminőség azon tulajdonságok összessége, melyek a vízi ökoszisztémák életében fontosak, létrehozzák, és fenntartják azokat: halobitás, trofitás, szaprofitás, toxicitás.

A biológiai oxigénigény mérése Speciális üvegekben, 5 napig, állandó hőmérsékleten kevertetve Mérőfej napi egy mérést végez 5x NaOH szükséges a CO2 megkötésére Gyakorlaton élelmiszeripari szennyvíz minta szervesanyagainak bonthatóségét vizsgáljuk e módszerrel (a minták hígításához használt tápoldat szervetlen sókat tartalmaz, pl. foszfát, klorid, szulfát, nitrát): a végtárfogat 97 mL „negatív kontroll 1” – csak 10% szennyvizet tartalmaz „negatív kontroll 2” – 10% szennyvizet, és 5% LB tápoldatot tartalmaz (LB: könnyen hasznosítható szervesanyagokat, pl. Aminosavakat, vitaminokat, nyomelemeket tartalmaz) Bacillus licheniformis KK1 – 10% szennyvízhez 5% előnövesztett B.l. kultúra Bacillus licheniformis PWD1 – 10% szennyvízhez 5% előnövesztett B.l. kultúra Bacillus megaterium – 10% szennyvízhez 5% előnövesztett B.m. kultúra Bacillus circulans – 10% szennyvízhez 5% előnövesztett B.c. kultúra („pozitív kontroll” – a baktérium életképességét vizsg. LB tápoldaton)

A SZULFANILSAV BIOLÓGIAI LEBONTÁSA A szulfonált aromás vegyületek egyik képviselője a szulfanilsav, mellyel azofestékek, növényvédőszerek, és szulfonamid gyógyszerek gyártása során találkozhatunk Erős negatív töltése miatt a baktériumok sejtfalán általában nem jut át

Szulfanilsav p-Amino-benzoesav Folsav

4-Szulfokatekol Szulfanilsav Trikarbonsav ciklus Szulfomukonsav

1. Az aromás gyűrűre oxigént építő 2. Az aromás gyűrűt hasító OXIGENÁZOK Aromás vegyületek aerob mikrobiális lebontásában – mono- és dioxigenáz enzimek – támadják az aromás gyűrűt Monooxigenázok Egy hidroxil csoportot kapcsolnak a molekulához, melyhez O2 molekulát használnak és elektron donorként NAD(P)H-t   Dioxigenázok 1. Az aromás gyűrűre oxigént építő 2. Az aromás gyűrűt hasító 1955 Osamuri Hayaishi - felfedezi az oxigenáz enzimeket dioxigenázok H. S. Mason - felfedezi a fenoláz enzimet monooxigenázok 1965- Irwin Gunsalus - citokróm P450 bakt. monoox. 1970 David Gibson - aromás szénhidrogén dioxigenázok lebontó útvonalak tanulmányozása 1980- sok kutatócsoport lebontási útvonalak feltér- képezése Ananda Chakrabarty katabolikus plazmid transzfer Pseudomonas törzsek között

DIOXIGENÁZOK A reakcióhoz NAD(P)H-ra is szükség van. Az enzimreakció során a NAD(P)H-t az enzimen levő FAD oxidálja, a FADH2 kofaktorhoz kapcsolódik az O2, és egy reaktív hidroxiperoxiflavin tartalmú fehérje képződik. Ez egy reaktív köztiterméken keresztül hidroxilálja az aromás gyűrűt. A gyűrűt hasító enzimek O2 molekulát használnak a gyűrű hidroxilálásához, ezt követően egy második reakciót katalizálnak, a gyűrű felnyitását. a, orto/intradiol hasító dioxigenázok a két hidroxil csoport között nyitják a gyűrűt b, meta/extradiol hasító dioxigenázok a két hidroxil csoport mellett hasítanak