2. Gelecekteki beklentiler
Rekombinant DNA teknolojisi, geniş bir kimyasal kirletici yelpazesine karşı artmış degradasyon yeteneği sergileyerek toprak, su ve etkin çamurun biyolojik olarak iyileştirilmesi için yerin karakterine özel verimli bitkilerin ve mikroorganizmaların üretilmesini sağlar. Genetiği değiştirilmiş organizmalar, olumsuz stres durumlarına dayanabilir ve çeşitli ve karmaşık çevresel koşullar altında biyolojik iyileştiriciler olarak kullanılabilir.
Genetik mühendisliği, kirlenmiş alanlardaki kirliliğin derecesini çabuk ve doğru bir şekilde ölçmek için “mikrobiyal biyosensörlerin” geliştirilmesini sağlamıştır. Hg, Cd, Ni, Cu ve As gibi ağır metal konsantrasyonlarını değerlendirmek için çeşitli biyosensörler tasarlanmıştır. Topraktaki kirletici maddelerin bitkisel ayrışması için endofit ve rizosferik bakterilerin genetik planlaması, metalle kirlenmiş alanların temizlenmesi için olan en umut vaat eden yeni teknolojilerden birisi olarak kabul edilmektedir. Fitoşelatin ifade eden, Escherichia coli ve Moreaxella sp.’nin, yabani tip suşlara göre kıyasla 25 kat daha fazla Cd ya da Hg biriktirdiği görülmektedir.
Fitoremediasyon teknolojisinin temel kısıtlaması, kirleticilerin ya da metabolizmalarının, bitki dokularında biriktirilmesidir; bu da bitki hayatını kısaltan ve buharlaşma yoluyla atmosfere kirleticileri salan bir süreçtir. Bu problem, çeşitli inorganik kirleticilere karşı bitkilerin metal toleransı, biriktirme ve degradasyon potansiyelinin kullanımı ile minimize edilebilir. Bitkilerin dokularındaki metallerin degradasyonunu sağlamak için bitkilere metal degradasyonundan sorumlu bakteri genleri ilave edilebilir. Daha az çevre dostu olan ve insan sağlığına daha tehlikeli olan fizyo-kimyasal tabanlı stratejilerle karşılaştırıldığı zaman, çeşitli ağır metal kirleticiler için genetiği değiştirilmiş bitki temelli biyoremediasyon uygulanması, çevre dostu olması ve azaltılmış sağlık tehlikeleri nedeniyle öne çıkmaktadır. İnorganik kirleticilerin zehirlerinin alınması ve biriktirilmesi için transjenik bitkiye çeşitli mikrobiyal genler aktarılabilir. Metalotiyoneinler (sisteinden zengin, düşük molekül ağırlıklı, metal bağlayıcı proteinlerdir) ve fitoşetainler gibi metallerin zehrini gideren moleküller, ağır metal alımını, taşınmasını ve biriktirilmesini arttırarak bitkiye direnç kazandırabilir. Kavak, söğüt ve Jatpora gibi yüksek biyokütlesi olmasının yanı sıra hızlı büyüyen bitkiler, fitoremediasyon ve enerji üretiminde kullanılabilir. Hızlı büyüyen ve yüksek biyokütlesi olan bitkilerin içinde, kavak, hızlı büyüme hızı ve kısa sürede (5- 8 yıl) yüksek biyo kütle üretme potansiyeli nedeniyle en yaygın olarak çalışılandır. Artmış remediasyon için kavak hibrit çeşitlerinin çoğunun, mikrobiyal katabolik genlerle ve belirli taşıyıcılarla genetiği değiştirilmiştir. Örneğin, civa redüktaz ve γ-glutamilsistein sentetaz genleri, Hg, Cd ve Cu metallerinin yüksek konsantrasyonlarının biriktirilmesiyle sırasıyla Hg, Cd ve Cu’ya artmış direnç göstermiştir. Birden çok gen aktarımı yapılan bitkiler, hasat edilen biyokütlenin tamamen ek faydalar için kullanılacağını garantiye almak için kirleticilerin tam degradasyonunu kolaylaştıracaktır.
Tasarlanmış biyoremediasyon stratejileri, ağır metallerin azaltılması için rizosfere büyüme uyarıcılarının (elektron alıcıları/vericileri) eklenmesi ya da mikroorganizmaların ya da genetiği değiştirilmiş bitkilerin mikrobiyal büyümelerinin ve bioremediasyon özelliklerinin artması için kirlenmiş toprağa besin eklenmesini içermektedir. Kromat ve uranil redüktaz gibi geliştirilmiş enzimlerin sentezlenmesi yoluyla ağır metalleri azaltma kapasiteleri olan birçok tasarlanmış bakteri, belirli bir işlevi yerine getirmeleri için özel bir rizosfere uygulanmıştır. Benzer şekilde, genetiği değiştirilmiş bitkilerin ayrıca ağır metallerin rizosferik dönüşümünü destekleyebilecek olan belirli bileşikleri ürettiği bilinmektedir.
Fitoremediasyon teknolojisinin başlıca dezavantajı, bitkisel materyallerde kirleticilerin depolanması ve biriktirilmesi ve kirlenmiş alanda birden çok kirletici olduğu zaman yavaşlayan ve yetersiz kalan remediasyon sürecidir. Bu problemlere uygun çözümler, mikrop-bitki sentezini bitki rizosferi içinde birleştirmek ya da bitki dokularında kirleticilerin degradasyonunu sağlamak için mikropları endofit olarak uygulamaktır. Rizosferdeki mikrobiyal nüfus, bitki örtüsü az olan topraklara kıyasla daha yüksektir ve bu, mikroorganizmalar için besin olan maddelerin salınımı yoluyla bitkiler tarafından sağlanan kolaylık nedeniyledir. Bu yaklaşım, laboratuvar koşulları altında değerlendirilmiştir ve arazi koşullarında başarılı olursa, bu teknoloji, kirleticilerin hızlandırılmış yok edilişini kolaylaştıracaktır, bu da karşılığında biyoenerji için yüksek bitki biyokütle üretimini destekleyecektir. Biyoremediasyon işlemlerinin uygulanması için başlıca stratejiler, bitkilerle birlikte belirli mikroplar tarafından yönlendirilen biyo-canlandırma ve biyo-büyüme yaklaşımlarını içermektedir.
Yukarıda tartışılmış olan stratejilerin yanı sıra, nanoteknoloji ile ağır metallerin ve eser elementlerin remediasyonu gerçekleştirilebilir. Toksik kirleticileri yok etmek için mikrobiyal aktiviteyi arttıran nanopartiküllere “nanobiyoremediasyon” denmektedir. Nano-tabanlı teknolojiler sadece büyük ölçekteki kirlenmiş alanların temizlenme maliyetini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda işlem süresini de kısaltır. “Biyonanoteknoloji” ya da “biyoteknoloji yoluyla nanoteknoloji” nano-nesnelerin biyoüretimi ya da nano-nesneleri oluşturmak ya da kullanmak için araç olarak kullanılan çift işlevli makromoleküllerdir. Geniş fizyolojik çeşitlilik, küçük boyut, genetik uygulanabilirlik ve kontrollü yetiştirilebilirlik, mikrobiyal hücreleri, polimerler ve magnetozom gibi doğal ürünlerden virüs-benzeri proteinlere ve özel metal parçacıkları gibi tasarlanmış protein ya da protein yapılarına değişiklik gösteren nano yapıların ideal üreticileri yapmaktadır. Bu yenilikçi teknik, çevredeki organik kirleticilerin yanı sıra artan ağır metal problemine de değinmek için umut vaat eden bir araç olacaktır.
