Mycoremediation - Mycoremediation
Mycoremediation (от древнегреческого μύκης (mukēs) , что означает «гриб» и суффикс -remedium , в Латинском значении «восстанавливающий баланс») является одной из форм биоремедиации , в которой грибы -А метода устранения используется для обеззараживания в окружающей среде . Было доказано, что грибы являются дешевым, эффективным и экологически безопасным способом удаления широкого спектра загрязняющих веществ из поврежденной окружающей среды или сточных вод . Эти загрязнители включают тяжелые металлы , органические загрязнители, красители для текстиля , химические вещества для дубления кожи и сточные воды, нефтяное топливо, полициклические ароматические углеводороды , фармацевтические препараты и средства личной гигиены, пестициды и гербициды на суше, в пресной воде и в морской среде. Побочными продуктами восстановления могут быть сами ценные материалы, такие как ферменты (например, лакказа ), съедобные или лекарственные грибы, что делает процесс восстановления еще более прибыльным. Некоторые грибы полезны при биоразложении загрязнителей в чрезвычайно холодной или радиоактивной среде, где традиционные методы восстановления оказываются слишком дорогими или непригодными для использования из-за экстремальных условий. Mycoremediation может даже использоваться для управления пожарами с помощью метода инкапсуляции. Этот процесс состоит из использования спор грибов, покрытых агарозой в форме гранул. Эти гранулы вносятся в субстрат в сгоревшем лесу, расщепляя токсины в окружающей среде и стимулируя рост.
Загрязняющие вещества
Грибы, благодаря своим неспецифическим ферментам, способны расщеплять многие виды веществ, включая фармацевтические препараты и ароматизаторы, которые обычно не поддаются разложению бактериями, такие как парацетамол . Например, при использовании Mucor hiemalis , разбивка продуктов , которые являются токсичными в традиционной обработке воды, такие как фенолы и пигменты из вина винокуренных сточных вод, рентгеновских контрастных агентов, а также ингредиенты продуктов личной гигиены, может быть разбит в не- токсичный способ.
Микромедиация - более дешевый метод исправления, и для него обычно не требуется дорогостоящее оборудование. По этой причине он часто используется в небольших приложениях, таких как микофильтрация бытовых сточных вод и фильтрация промышленных сточных вод.
Согласно исследованию 2015 года, микромедиация может даже помочь с биодеградацией почвы на основе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Почвы, пропитанные креозотом, содержат высокие концентрации ПАУ, и для того, чтобы остановить распространение, микромедиация оказалась наиболее успешной стратегией.
Металлы
Загрязнение металлами очень распространено, поскольку они используются во многих промышленных процессах, таких как гальваника , текстиль , краска и кожа . Сточные воды этих производств часто используются в сельскохозяйственных целях, поэтому, помимо непосредственного ущерба экосистеме, в которую они попадают, металлы могут попадать в далекие существа и люди через пищевую цепочку. Mycoremediation - одно из самых дешевых, эффективных и экологически чистых решений этой проблемы. Многие грибы являются гипераккумуляторами , поэтому они могут концентрировать токсины в своих плодовых телах для последующего удаления. Обычно это справедливо для популяций, которые долгое время подвергались воздействию загрязнителей и выработали высокую толерантность. Гипераккумуляция происходит за счет биосорбции на клеточной поверхности, где металлы пассивно проникают в мицелий с очень небольшим внутриклеточным захватом. Различные грибы, такие как Pleurotus , Aspergillus , Trichoderma , доказали свою эффективность в удалении свинца , кадмия , никеля , хрома , ртути , мышьяка , меди , бора , железа и цинка в морской среде , сточных водах и на суше .
Не все особи одного вида одинаково эффективны в накоплении токсинов. Отдельные особи обычно отбираются из более старой загрязненной среды, такой как ил или сточные воды, где у них было время адаптироваться к обстоятельствам, и отбор проводится в лаборатории. Разбавление воды может резко улучшить способность грибов к биосорбции.
Способность некоторых грибов извлекать металлы из земли также может быть полезной для целей биоиндикатора и может быть проблемой, если гриб относится к съедобным грибам. Например, лохматый чернильный колпачок ( Coprinus comatus ), обычный съедобный гриб, встречающийся в Северном полушарии, может быть очень хорошим биоиндикатором ртути. Однако, поскольку лохматый колпачок с чернилами накапливает ртуть в своем теле, он может быть токсичным для потребителя.
Способность грибов поглощать металлы также использовалась для извлечения драгоценных металлов из среды. Например, Центр технических исследований Финляндии VTT сообщил о 80% извлечении золота из электронных отходов с использованием методов микофильтрации .
Органические загрязнители
Грибы являются одними из основных сапротрофных организмов в экосистеме , поскольку они эффективны при разложении вещества. Гниющие древесные гнили , особенно белая гниль , выделяют внеклеточные ферменты и кислоты , расщепляющие лигнин и целлюлозу - два основных строительных блока растительных волокон. Это длинноцепочечные органические соединения (на основе углерода ), структурно похожие на многие органические загрязнители. Они достигают этого с помощью широкого набора ферментов. В случае полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), сложных органических соединений с конденсированными, высокостабильными полициклическими ароматическими кольцами , грибы очень эффективны в дополнение к морской среде . Ферменты, участвующие в этой деградации, являются лигнинолитическими и включают пероксидазу лигнина , универсальную пероксидазу , пероксидазу марганца , общую липазу , лакказу и иногда внутриклеточные ферменты, особенно цитохром P450 .
Другие токсины грибов способны разлагаться на безвредные соединения, включая нефтяное топливо , фенолы в сточных водах, полихлорированный бифенил (ПХБ) в загрязненных почвах с использованием Pleurotus ostreatus , полиуретан в аэробных и анаэробных условиях, таких как условия на дне свалок с использованием двух видов мусора. Эквадорский гриб Pestalotiopsis и др.
Механизмы разложения не всегда ясны, поскольку гриб может быть предшественником последующей микробной активности, а не индивидуально эффективным в удалении загрязняющих веществ.
Пестициды
Загрязнение пестицидами может быть долгосрочным и оказывать значительное влияние на процессы разложения и круговорот питательных веществ. Следовательно, их деградация может быть дорогостоящей и сложной. Наиболее часто используемые грибы для помощи в разложении таких веществ - это грибы белой гнили, которые благодаря своим внеклеточным лигнинолитическим ферментам, таким как лакказа и пероксидаза марганца , способны разлагать большое количество таких компонентов. Примеры включают инсектицид эндосульфан , имазалил , тиофанат метила , орто-фенилфенол , дифениламин , хлорпирифос в сточных водах, и атразин в глинисто-суглинистых почвах.
Красители
Красители используются во многих отраслях промышленности, таких как бумажная печать или текстиль. Они часто невосприимчивы к разложению и в некоторых случаях, как некоторые азокрасители , канцерогены или иным образом токсичны.
Механизм, с помощью которого грибы разлагают красители, происходит через их лигнолитические ферменты, особенно лакказу, поэтому чаще всего используются грибы белой гнили .
Mycoremediation оказалась дешевой и эффективной технологией восстановления красителей, таких как малахитовый зеленый , нигрозин и основной фуксин с Aspergillus niger и Phanerochaete chrysosporium и Congo red , канцерогенным красителем, устойчивым к биодеградационным процессам, прямым синим 14 (с использованием Pleurotus ).
Синергия с фиторемедиацией
Фиторемедиация - это использование растительных технологий для обеззараживания территории. Большинство растений могут образовывать симбиоз с грибами, от чего оба организма получают преимущество. Эта связь называется микоризой . Исследователи обнаружили, что микориза усиливает фиторемедиацию. Микориза имеет симбиотические отношения с корнями растений и помогает поглощать питательные вещества и почвенные отходы, такие как тяжелые металлы, биодоступные в ризосфере. Удаление загрязнителей почвы микоризами называется микоризоремедиацией.
Микоризные грибы, особенно арбускулярные микоризные грибы (AMF), могут значительно улучшить фиторемедиационную способность некоторых растений. В основном это происходит из-за стресса, который испытывают растения из-за того, что загрязняющие вещества значительно уменьшаются в присутствии AMF, поэтому они могут расти больше и производить больше биомассы. Грибы также обеспечивают больше питательных веществ, особенно фосфора , и способствуют общему здоровью растений. Быстрое расширение мицелия также может значительно расширить зону влияния ризосферы ( гифосферу ), обеспечивая растению доступ к большему количеству питательных веществ и загрязняющих веществ. Улучшение общего состояния ризосферы также означает рост популяции бактерий, что также может способствовать процессу биоремедиации.
Это соотношение было доказано полезным с многих загрязнителей, таких как Rhizophagus intraradices и робиния ложноакациевая в свинцовой загрязненной почвы, Rhizophagus intraradices с гломусной versiforme высевают в ветивера травы для удаления свинца, АМФ и календулы в кадмия и свинца загрязненной почвы, и в целом было эффективен для увеличения способности растений к биоремедиации металлов, нефтяного топлива и ПАУ. На водно-болотных угодьях AMF значительно способствует биоразложению органических загрязнителей, таких как бензол, метил-трет-бутиловый эфир и аммиак, из грунтовых вод при внесении в Phragmites australis .
Жизнеспособность в экстремальных условиях
Антарктические виды грибов , такие как Metschnikowia зр., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae , Pichia caribbica и Leucosporidium creatinivorum могут выдерживать экстремальные холода и по- прежнему обеспечивают эффективные биодеградации загрязняющих веществ. Из-за природы более холодной и удаленной окружающей среды, такой как Антарктика , обычные методы устранения загрязнителей, такие как физическое удаление загрязненных сред, могут оказаться дорогостоящими. Большинство видов психрофильных антарктических грибов устойчивы к снижению уровня выработки АТФ ( аденозинтрифосфата ), что приводит к снижению доступности энергии, снижению уровня кислорода из-за низкой проницаемости замороженной почвы и нарушению транспортировки питательных веществ, вызванному циклами замораживания-оттаивания. Эти виды грибов способны ассимилировать и разлагать такие соединения, как фенолы , н-гексадекан , толуол и полициклические ароматические углеводороды в этих суровых условиях. Эти соединения содержатся в сырой нефти и очищенной нефти .
Некоторые виды грибов, такие как Rhodotorula taiwanensis, устойчивы к чрезвычайно низкому pH (кислому) и радиоактивной среде, обнаруженной в радиоактивных отходах, и могут успешно расти в этих условиях, в отличие от большинства других организмов. Они также могут процветать в присутствии высоких концентраций ртути и хрома . Такие грибы, как Rhodotorula taiwanensis, возможно, могут быть использованы для биоремедиации радиоактивных отходов из-за их низкого pH и радиационно-стойких свойств. Некоторые виды грибов способны поглощать и удерживать радионуклиды, такие как 137 Cs , 121 Sr , 152 Eu , 239 Pu и 241 Am . Фактически, клеточные стенки некоторых видов мертвых грибов могут использоваться в качестве фильтра, который может адсорбировать тяжелые металлы и радионуклиды, присутствующие в промышленных сточных водах, предотвращая их выброс в окружающую среду.