MİKROBİYAL BİYOTEKNOLOJİ

Slides:



Advertisements
Benzer bir sunumlar
TÜKÜRÜK YOLU İLE BULAŞAN HASTALIKLAR
Advertisements

BİYOLOJİK RİSK ETMENLERİ
Tehlikeli Kimyasalların bertarafı
BİYOLOJİK AZOT GİDERİM PROSESLERİ
TOPRAK YIKAMA YÖNTEMİNDE EDTA VE FeCl3’ÜN
BAKTERISINDEN PEROKSIDAZ ENZIMININ SAFLAŞTIRILMASI VE KINETIĞININ ARAŞTIRILMASI Parham Taslimi.
ATIKLAR VE ATIK YÖNETİMİ
Genetik Mühendisliği İyi seyirler….
SU, HAVA, TOPRAK,MADEN VE ELEKTRİK!!!
BAGIŞIKLIK SİSTEMİ.
Proteinler.
İLERİ OKSİDASYON PROSESLERİ (ADVANCED OXIDATION PROCESSES)
GENETİK MÜHENDİSLİĞİ ve BİYOTEKNOLOJİ
TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ
Mikroorganizmaların Çevreye Hizmeti
ZEYTİN KARASUYU VE DEĞERLENDİRİLMESİ Uludağ Üniversitesi
Durgun sularda yetiştiricilik Durgun sularda yetiştiriciliği etkileyen doğal faktörler; İklim kuşakları •Havuzlardaki yetiştiricilikte verimi etkileyen.
EFTADE PINAR GÜR Organik Kimya
BİYOSENSÖRLER.
MADDE DÖNGÜLERİ.
Toprak Organik Maddesi, Kolloid ve KDK Özellikleri
VİRÜSLER VE GEN TERAPİSİ/GEN İFADESİ
Ekosistemde Enerji Akışı ve Madde Döngüleri
Biyoteknoloji ve Gen Mühendisliği
SANAYİ GÜBRELERİNİN OLUŞTURDUĞU KİRLİLİK
İnsektisit Seçiminde Dikkat Edilecek Konular
UYGULAMALAR. UYGULAMALAR Evsel Tehlikeli Atıkların Toplanması Çöl Manzarası.
GEBELİKTE AŞILANMA.
SU ARITIM SÜRECİ.
BÖLÜM 14 SPESİFİK KİRLETİCİLERİN GİDERİLMESİ. BÖLÜM 14 SPESİFİK KİRLETİCİLERİN GİDERİLMESİ.
BAĞIŞIKLIK.
TABAKLAMA TEKNOLOJİLERİ VE ÇEVRESEL ETKİLERİ
I. Evsel atıklar Günlük hayatta ve sanayide kullanılan milyonlarca çeşit madde vardır. Bu maddelerin büyük çoğunluğu bir süre kullanıldıktan sonra fiziksel.
Serdar SARICI VİRÜSLER Serdar SARICI
Yağlar (lipidler).
biyoteknoloji ve önemi
İçme Suyunda Dezenfeksiyon Muhammed HAS y
Toprak kirliliği. Toprak kirliliği nedir Toprak kirliliği, katı, sıvı ve radyoaktif artık ve kirleticiler tarafından toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin.
Tarımsal üretimde yüksek verim elde etmek için gübre uygulamaları zorunluluk olarak görülmektedir. Ancak uygulanan gübrelerin miktarları, çeşitleri ve.
BİYOTEKNOLOJİ UYGULAMALARININ İNSAN HAYATINA ETKİLERİ
11. BİYOLOJİK YAKIT ÜRETİMİ
Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar
Biyo-teknoloji nedir? Biyo-teknoloji uygulama alanları nelerdir? Biyo-teknoloji olumlu ve olumsuz yönleri? Biyo-teknoloji tarihçesi? Biyo-teknoloji alanında.
SEMA ÜNAL- NEZAKET GÖZÜN
BAĞIŞIKLIK SİSTEMİ 6\F ECEM POLAT SİNEM GÖKDERE BUSE BAŞKURT
Laboratuvar Güvenliği ve Temizliği
Mikrobiyel yağların biyodizel üretiminde kullanımı
MODERN GENETİK UYGULAMALARI. MODERN GENETİK UYGULAMALARI.
C- TİCARİ ÜRÜNLER VE BİYOTEKNOLOJİ
12. İNORGANİK VE ORGANİK KİRLETİCİLERLE MİKROBİYEL ETKİLEŞİMLER
İn situ biyoremediasyon
NAKİL HASTALARINDA AŞILAMA
Metallerin Biyoremediasyonu ve Metallere Mikrobiyel Direnç
Alifatik ve Aromatik Hidrokarbonların Biyodegredasyon Yolları
Yönlendirilmiş Mutasyonlar
RİSKLER Transgenik ürünlerin toksik ve allerjen etkileri.
Mikrobiyel Degredasyon
ENDÜSTRİYEL ENZİMLERİN REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ ile ÜRETİMİ Turgut ZENGİN
ENDÜSTRİYEL ENZİMLERİN REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ ile ÜRETİMİ Turgut ZENGİN.
Aşırı toprak erozyonu ve ilişkili olarak sedimentlerin taşınması, kimyasal gübre ve zirai ilaçlar ile yüzey ve yeraltı sularının kirletilmesi, insan ve.
Bakteriyel Biyofilmler ve Konak Savunma Sistemleri
BİYOTEKNOLOJİ.  Biyoteknoloji; hücre ve doku biyolojisi kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi do ğ a bilimlerinin.
ORGANİK TARIM VE ÇEVRE İLİŞKİSİ. ORGANİK TARIM VE ÇEVRE İLİŞKİSİ.
BITKI VE HAYVANLARDA KLONLAMA. GEN KLONLAMA Seçilmiş bir genin bir vektör (plazmit veya virüs) içerisine eklenerek bir bakteriye aktarılması ve sonra.
Biyoteknoloji İçin Mikrobiyoloji 1
GENOMDA GEN Yakın akraba bakteri türlerinde genom dizilerinin çok benzer olduğunun belirlenmesi ile birlikte, bakteriyal genomlara bakış açımız kökten.
NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ
İÇERİK BİTKİ BİYOTEKNOLOJİSİ VE BİTKİLERDE UYGULANAN BİYOTEKNOLOJİK YÖNTEMLER TARIMDA BİYOTEKNOLOJİ UYGULAMALARININ OLASI DEZAVANTAJLARI BİTKİ DOKU KÜLTÜRÜ.
İŞ SAĞLIĞI ve GÜVENLİĞİ EĞİTİMİ
BİTKİ BİYOTEKNOLOJİSİ ve GÜNÜMÜZE YANSIMALARI
Sunum transkripti:

MİKROBİYAL BİYOTEKNOLOJİ 17.05.2019

ARAÇ OLARAK MİKROORGANZİMALAR Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANZİMALAR Aşılar Çok sayıda hastalık mikroorganizmalar tarafından meydana getirilir. Birçok bakteri nedenli ve bazı fungal hastalıklar için, diğer mikroorganizmalar tarafından üretilen antibiyotikler vardır. Antibiyotikler; Viral hastalıkları tedavide çok az anlam taşırlar. Mikrobiyal patojenlere ve bilhassa patojenik virüslere karşı aşı üretimi, duyarlı populasyonları immünize etmek (bağışık hale getirmek) için, güvenilir ve çok daha kesin bir yoldur Rekombinant DNA teknolojisi enfeksiyon riski olmadan korumayı sunan orjinal aşıların üretimine imkan sağlar (ör, hepatit B aşısı). Güncel Biyoteknoloji ve uygulamaları, Erciyes Ü. Ed. Munis Dündar yararlanılmıştır.

Bu alan immünobiyoteknolojidir ve biyoteknolojini bir koludur. Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılar: Giriş Biyoteknoloji ile çok sayıda insanı hastalıklardan korumaya gücü yetecek immünolojik ajanları üretmek mümkündür. Bu alan immünobiyoteknolojidir ve biyoteknolojini bir koludur. Birçok ilerlemeye rağmen halen daha Malarya (Sıtma) ve AIDS (Acquired Immune Deficiency Syndrome) gibi hastalıklardan dolayı her yıl binlerce insan ölmektedir.

Malarya, yaşamı tehdit eden hatalıklardan biridir. İnsana enfekte olmuş dişi Anophele sivrisineği ısırığı yoluyla geçen parazitler (Plasmodium sp.) yol açarlar. Önelenebilir ve tedavi edilebilir bir hastalıktır. 2017 de 90 ülkede 219 milyon vaka bildirilmiş ve aynı yıl bu hastalık nedeni ile 435 000 insan ölmüştür (WHO). Hastalık; ateş, grip benzeri halsizlik, kusma vb semptomlara yol açar. Parazitler karaciğerde çoğalır, kırmızı kan hücrelerini parçalarlar. 17.05.2019

AIDS HIV, bağışıklık sistem hücrelerini hedef alarak enfeksiyon oluşturan ve enfeksiyonun ilerlemesi durumunda Edinilmiş İmmün Yetmezlik Sendromuna (AIDS) neden olabilen bir virüstür. HIV; cinsel yolla, kan ve kan ürünleriyle veya anneden bebeğe bulaşır. HIV, enfeksiyonlara karşı savaşan bağışıklık sistemi hücrelerine saldırır. Bu hücrelerin kaybı bedenin enfeksiyonlara ve belirli kanser türlerine karşı savunmasız kalmasına neden olur. HIV enfeksiyonu öncesi kendiliğinden iyileşen veya tedavi edilebilen hastalıklar, savunma gücü yetersiz kaldığı için tedavi edilemez hale gelebilmektedir. (https://gskpro.com/tr-tr/tedavi-alanlari/tr/hiv/hiv-aids/) 17.05.2019

Aşı nedir? Aşılar Mikrobiyal Biyoteknoloji Aşı; patojen kaynaklı bir ajandır, ve memeli sistemine kasıtlı olarak sokulur (bir patojenin ya da patojenik bir bileşeninin hatırlanmasını sağlamak için) Hatırlama memeli bağışıklı sisteminin aşı ile ilk temasında açığa çıkar.

17.05.2019

Mikrobiyal Biyoteknoloji ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılar: tanım Aşılar antijenler (antibadi üretimini ortaya çıkaran), veya immünojenler (immün cevabın hücresel bileşenini başlatan) içerir. Karşılık gelen antibadi ile karşılaşma olayında, sadece antijenler antibadilerle bağlanabilir ve bir antijen-antibadi kompleksini oluşturur. Bu kompleks antijenlerin ya da onları üreten organizmaların zararlı etkilerini nötralize eder.

ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Microbial Biotechnology ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Aşılama/Başığıklık Organizma içine bir aşının kasıtlı olarak enjekte edilmesi işlemi aşılama olarak adlandırılır, inokülasyon terimi de sıkça kullanılır. Aşılama organizmayı immünize ettiğinden ayrıca immünizasyon olarak da tanımlanır. Bir organizma aşılandığında, bağışıklık sistemi patojenlere karşı antibadiler üretme yoluyla bir immün cevabı göstermeye hazır hale gelir.

Aşılar Geleneksel metotla üretilen aşılar Rekombinant aşılar Antijen çeşitliliği İmmün kaçış ve benzer faktörler nedeni ile klasik metotların günümüzde bütün patojenler için yeterli olamayacağı açıktır. Yine geleneksel metotla üretilen bazı aşılar bazı hastalıklar için büyük risk taşımaktadırlar. 17.05.2019

ARAÇ OLARAK MİKROORGANİZMALAR Mikrobiyal Biyoteknoloji Aşılar Aşıların kompozisyonu Aşılar hastalığa neden olma potansiyeline sahip olan zayıflatılmış patojenik organizmaların veya onların salgıladıkları proteinin salin içerisindeki solusyonlarıdır.

Aşı tipleri: Attenue aşılar: Patojen yaşlandırılarak yada üreme koşulları değiştirilerek zayıflatılır (attenuasyon), fakat hala canlıdır. Ör; kızamık, kabakulak ve kızamıkçık tüberküloz, sarı humma aşıları. Altünite (subunite) aşılar/Aselüler aşılar:  Tüm organizma yerine sadece antijenik bileşeni aşı için kullanılır. Ör, Haemophilus influenza B aşısı. aselüler boğmaca, hepatit B (Hastalık etmeninin seçilmiş immünojenik kısmını içeren aşılar) İnaktive aşılar:  Patojen ısı ya da formalin ile öldürülür, ör, tifo aşıları, çocuk felci, tüm hücre boğmaca

Aşı tipleri: Avirulent organizmalar: Bir patojenik organizmanın patojen olmayan suşu aşı olarak kullanılır, ör; BCG (Bacillus Calmette Guerin) aşısı tuberküloz bakterisi olan Mycobacterium tuberculosis, e karşı bir aşıdır. Toksoitler:  Patojenin ürettiği toksin aşı üretimi için antijen olarak kullanılır. Tetanoz, difteri

BİYOTEKNOLOJİK AŞILARIN SINIFLANDIRILMASI Rekombinant aşılar: ÜÇ TEMEL GRUPTA İNCELENEBİLİR: Genetik olarak değiştirilmiş canlı aşılar Rekombinant olarak inaktive edilmiş aşılar DNA (Genetik) Aşılar 17.05.2019

Genetik olarak değiştirilmiş canlı aşılar Bir veya birden fazla geni değiştirilmiş ya da inaktive edilmiş virüsler/bakteriler/ aşı vektörü olarak tanımlanan başka bir hastalık yapan ajanın genini taşıyan aşılar Geni yok edilmiş yada inaktif hale getirilmiş aşılar hastalığın etkisini azaltmak amacıyla geliştirilmiştir. Genelde iki yada daha fazla genin delesyonu aşının kararlı kalmasına ve patejene dönüşmemesinde etkilidir. Ayrıca, hastalığa neden olan ajanın genomunun sentetik olarak elde edilmesi ve üzerinde istenilen değişikliklerin yapılarak organizmaya sokulması ile gerçekleştirilebilir. 17.05.2019

Rekombinant olarak inaktive edilmiş aşılar Tüm organizmanın bir kısmını içeren subünit aşılardır. Bu tip aşılar;Proteinin temel bölümünü içeren ve bağışıklık yanıtını uyaran laboratuvarda sentezlenmiş sentetik peptidler olabilir. Veya tüm proteinin sentetik vesiyonu da olabilir. Bu aşılar konakçı hücrede çoğalmadıklarından aşı içerisinde adjuvan adlı immün sistemi uyaran bileşikler ile birlikte formüle edilirler. Adjuvan: APC-antigen presenting cells, sitokininler yada kombinasyonları şeklinde de olabilir. Genetik mühendisliği teknikleri bağışılık cevabını (immune response) uyarmak için yeterli olan bir organizmanın sadece bir parçasını aşı olarak kullanmayı mümkün kılmaktadır. Ör; hepatit B aşısında, patojenden izole edilen genetik materyalin bir parçası bakteri yada mayalara aktarılır. 17.05.2019

DNA aşıları:  DNA aşıları gen terapisinin bir yan dalıdır Seçilen DNA segmenti, hastaya aktarıldığında defektif enzim siteminin yerini alacak ya da bir hücrenin yıkımı için onu işaretleyecek proteinleri sentezler. Virüsler ya da lipit taşıyıcıları DNA nın hücreler içerisine dağıtımında kullanılırlar. Bu yeni teknoloji plazmidden doğan DNA nın doğrudan enjeksiyonu ile HIV ye karşı aşı üretim çalışmalarında kullanılmaktadır.

GENETİĞİ OLARAK DEĞİŞTİRİLMİŞ AŞILAR DNA AŞILARI Rekombinant olarak inaktif aşılar DNA AŞILARI Patojen vücut sıvısından veya kültürden arındırılır Patojen genomundan immünojen protein geni izole edilir Viral vektöre yerleştirilir Konakçı hücrede virüs çoğaltılır Virüs arındırılır ve enjelksiyon ya da ağız yoluyla kişi aşılanır Patojen vücut sıvısından veya kültürden arındırılır Patojen genomundan immünojen protein geni izole edilir İzole edilen gen uygun bir vektöre yerleştirilir Genin ifadesi için bu vektör prokaryotik veya ökaryotik hücrelere aktarılır Oluşan protein arındırılır, ve adjuvan ile birlikte enjeksiyonla kişi aşılanır. Patojen vücut sıvısından veya kültürden arındırılır Patojen genomundan antijen geni izole edilir Antijen geni birplazmide monte edilir Değiştirilmiş plazmit konakçı organizmaya enjeksiyon ile intramusküler olarak veya gen tabancası ile deriye verilerek aşılama yapılır 17.05.2019

Gen Tedavisi Gen tedavisinde hedef, hasta hücredeki veya organdaki bozukluğu hücrenin genetik yapısını değiştirerek düzeltmektir. Herhangi bir gen düzgün çalışmayınca kodladığı protein de normal yapıda olmamaktadır. Buna bağlı olarak vücutta çeşitli bozukluklar ve hastalıklar meydana gelir. Bozuk olan genin yerini alacak normal genin, hücrelere bir şekilde ulaştırılması gerekir. Bunun çeşitli yolları mevcuttur.

Gerekli gen veya genlerin virüsler içerisine yerleştirilerek vücuda verilmesi Birçok virüs hücre içerisine girdikten sonra genetik şifresini hücrenin genetik şifresine entegre ederek etkisini göstermektedir. Virüslerin bu özelliğinden yararlanılarak istenilen gen ve/veya genler virüsler aracılığı ile hedef hücrelere transfer edilebilir. Vücuda zarar vermesi engellenmiş olan virüslerin kendi genetik şifresi çıkartılarak istenilen geni transfer edeilebilir. Daha sonra bu virüsler kişiye damar yoluyla verilip belirli hücrelerin içerisine girmeleri sağlanır. Hücreye giren virüs, içerisindeki geni hedef hücrenin çekirdeğine aktarır ve hücrenin orijinal geni gibi görev yapmaya başlar.

Gen tedavisi hastalıkları tedavi etmek veya önlemek amacıyla bir kişinin genlerinin ekspresyonunun değiştirilmesi olarak tanımlanabilir. Akademik ve ticari laboratuvarların zorlu çalışmaları ile 2006 yılı verilerine göre 1273 gen tedavisi klinik deneme protokolü etik çevrelerce onaylanmıştır. Ancak henüz sadece baş-boyun kanserleri için geliştirilen bir gen tedavisi ürünü rutin kullanım için Çin'de lisans alabilmiştir. Gen tedavisi denemelerindeki başarısızlıklar terapötik genlerin yetersizliğinden kaynaklanmamaktadır. 17.05.2019

Başarılı gen tedavisinin önündeki en önemli engel toksik olmayan gen aktarım sistemlerinin olmayışıdır. Gen tedavisinde viral ve viral olmayan çeşitli vektör sistemleri kullanılmaktadır ve her biri kendine özgü avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Günümüzde en etkili gen aktarım araçları, genlerini hedef hücreye aktarma özellikleri nedeniyle, virüslerdir. Gen tedavisi kalıtsal tek gen hastalıkları ve kardiyovasküler hastalıkları da içine alan bir dizi hastalığın tedavisi amacıyla geliştirilmekteyse de özellikle kanser tedavisi daha öne çıkmaktadır. Gen tedavisinin pratikte yaygın uygulama alanı bulabilmesi tedavi genlerinin hücrelere yeterli dozlarda aktarılabilmesine, genin hastalıklı hücreleri hedefleyebilmesine ve aktarılan yeni genlerin vücut tarafından sıkı kontrol altında tutulabilme yollarının geliştirilmesine ve dolayısıyla da biyogüvenlik problemlerinin aşılmasına bağlıdır.

Biyoremediasyon

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 tarafından bu maddelerle yeni bir mücadele sistemi keşfedildi. "Biyoremediasyon" diye adlandırılan bu metotta atıkların temizlenmesinde canlı mikroorganizmalar kullanılmaktadır.

Mart 1989 da Exxon Valdez adlı bir tankerin Alaska'da bir koya çarpıp 50 milyon galon ham petrolün denize dökülmesine kadar, hiç kimsenin biyoremediasyondan haberi yoktu. Kazadan sonra bilim adamlarının sahili temizlemek için uyguladığı gübreleme tekniği başarılı olmuştu. Fakat mikroorganizmaların yiyebildikleri tek madde petrol değildir. Onlar; DDT, TNT, PCB ve benzeri bütün zehirli maddeleri yiyebilirler. Ayrıca krezot ve petraklorofenol; petrokimyevîlerden de benzen, xylene ve boya imalatında kullanılan tolueni de yiyebilmektedirler.

Dünyadaki nüfus artışı, kirlenmiş toprak alanlarının çoğalmasına neden olmakta ve kirlilik seviyesi gelişmişlik ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Günümüzde, özellikle gıda, sağlık ve otomotiv endüstrisinin hızlı büyümesi sonucu ortaya çıkan atıkların kontrolü büyük önem taşımaktadır. Kirleticilerin topraklarda birikmesinin sadece toprak verimliliği ve ekosistem fonksiyonları üzerinde değil aynı zamanda besin zinciri yoluyla hayvan ve insan sağlığı üzerinde de önemli etkileri vardır.

Toksifikasyonu önlemek ve çevresel kirleticileri parçalamak için mikroorganizmaların kullanımı esasına dayanan biyoremediasyon, çevre kirliliğinin bertarafında ve önlenmesinde etkili bir biyoteknolojik yaklaşım olarak önem kazanmaktadır. Biyoremediasyon doğal yollarla gerçekleşen ve maliyet açısından diğer yöntemlere göre daha ekonomik bir proses olması sebebiyle oldukça avantajlıdır. Ancak arıtım süresinin uzun olması ve yüksek kirletici konsantrasyonlarında verimli sonuçlar elde edilememesi yöntemin kullanılabilirliğini kısıtlamaktadır.

Organik bileşikler arasında yer alan polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) klorlu uçucu organik bileşikler (VOC) alkil benzen (benzen, toluen, etil benzen ve ksilenler, BTEX) hidrokarbonlar poliklorlubifeniller (PCB) trikloroetilen (TCE) toprakta sıkça karşılaşılan kirleticiler arasındadır. Bunun yanı sıra, petrol endüstrisinin ve pazarının genişlemesiyle; tanklardan veya dolum boşaltım esnasında tankerlerden sızma, patlama sonucu petrol saçılması ve atık petrol ürünlerinin oluşması çevre kirliliğine sebep olmaktadır.

Biyoremediasyon doğal olarak meydana gelen bir prosestir; mikroorganizmaların çevresel kirlilikleri sabitleyerek ya da dönüşüme uğratarak nihai/son ürün haline getirmeleri sürecidir. Biyoremediasyonun etkili olabilmesi için, mikroorganizmaların kirliliklere enzimatik atakta bulunarak onları zararsız ürünlere dönüştürmeleri gerekir. Bu yöntem sadece çevresel şartların mikrobiyal büyüme ve aktiviteye izin verdiği durumlarda etkili olabilir. Kirleticiyi parçalayan mikroorganizmalar, kirleticiler ile yakın ilişkide ve doğru yerde olmalıdırlar. Eğer mikroorganizma populasyonu mevcut değilse, mikroorganizmaları kirleticilerle temas ettirmek için bazı mühendislik mekanizmaları geliştirilmelidir.

BİYOREMEDİASYONA ETKİ EDEN FAKTÖRLER Toprağın Fiziksel Çevresi Toprağın fiziksel özellikleri ve yapısı, meydana gelen kimyasal ve biyolojik aktivitelere göre değişebilir. Başarılı bir biyoremediasyon, kontamine olmuş alanın birçok faktörüne bağlıdır fakat kritik faktör toprak suyudur. Toprak suyu içeriği; toprak yapısı ve porozitesiyle kontrol edilir. Doygun topraklar genellikle oksijen bakımından yetersizdir, bu nedenle aerobik biyoremediasyon sınırlıdır. Topraktaki aerobik biyoremediasyon için yeterli miktarda oksijen ve su gereklidir.

2. Toprağın Kimyasal Çevresi Toprağın doğal özellikleri, kirleticinin konsantrasyonu ve kontaminasyonunun ölçüsü, başarılı biyoremediasyon olasılığının belirlenmesinde önemlidir. Biyolojik dönüşüme dayanıklı, yüksek konsantrasyonlarla kontamine olmuş alanlar, biyoremediasyon ile arıtıma uygun değildir. Kirleticinin durumu, diğer maddelere sorpsiyonu, taşınımı ve biyolojik parçalanması, topraktaki biyolojik aktiviteyi etkiler. Bu etkiler; toprak pH’ını, iyon değiştirme kapasitesini, nutrient, tuz, ağır metal, mineral ve organik madde içeriğini değiştirebilmektedir.

3. Toprağın Biyolojik Çevresi Toprakların, diğer jeolojik materyallerden farklı olması önemli biyolojik aktivitelere sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Topraktaki yoğun biyolojik aktivite genellikle yüzey horizonunda yer alır. Bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar topraktaki biyolojik aktiviteye katkıda bulunur. Toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri biyolojik aktiviteye etki eder. Aerobik mikroorganizmaların aktivitelerine olanak sağlayan toprak koşulları, iyi bir havalandırma, bol besin ve enerji kaynağı, yeterli nem kaynağı ve uygun sıcaklık rejimini kapsamaktadır.

BİYOREMEDİASYON TEKNİKLERİ Biyoremediasyon; mikroorganizmaların kirleticileri bünyelerine 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. Alanın havalanma ve doygunluk derecesine bağlı olarak farklı teknolojiler kullanılabilir

Biyoremediasyon iki biçimde uygulanır: Atıkların döküldüğü bölgeye besin (nutrient) aktarımı yapılarak, toprağın bakteri kompozisyonuna göre, hali hazırda toprakta bulunan bakteriler etkin duruma geçirilir (Yerinde (in-situ) bertaraf teknolojileri). Bu yöntem kirletici konsantrasyonlarının düşük olması durumunda kullanılır. Toprak kazılarak yerinden alınır ve kirletici parçalama yeteneğine sahip yeni bakteriler ilave edilir. Çevresel koşullar kontrol edilir veya mikroorganizmaların metabolik aktivitelerini ve büyümelerini optimize etmek için koşullar değiştirilir. Biyoremediasyon için çevresel şartların optimizasyonunda; sıcaklık, inorganik nutrientler (öncelikle azot ve fosfor), elektron alıcılar (oksijen, nitrat ve sülfat) ve pH gibi faktörler uygun hale getirilir (Yerinde yapılmayan (ex-situ) bertaraf teknolojileri).

Yerinde (in-situ) Biyoremediasyon Teknikleri Kirlenmiş sahaların az maliyetle temizlenmesinde, kimyasal maddeleri parçalamak için doğal mikroorganizmaların kullanıldığı üstün nitelikli bir metottur. Bu teknoloji, maliyetinin düşük olması, kirli toprağın kazılmasını ve taşınmasını gerektirmeden yerinde arıtım sağlaması açısından daha caziptir. Buna karşın yerinde (in-situ) biyoremediasyon bazı dezavantajlara sahiptir. Diğer ıslah metotlarıyla karşılaştırıldığında bu metot daha fazla zaman alabilir. Kontrol edilemeyen çevresel şartlardaki değişikliklere direkt maruz kalmaları nedeniyle mikrobiyal aktivitede mevsimsel azalmalar olabilir. Mikroorganizmalar hücre gelişimleri için daha fazla enerji ve besinlere ihtiyaç duyabilirler.

Mikroorganizmalar için uygun yaşam koşullarını oluşturmak için in-situ arıtımda iki teknik kullanılır: 1.1. Bioventing (Hava enjeksiyonuyla doymamış toprakta kirletici arıtımı) Bu metotta atmosferik hava, mikroorganizmalara gerekli oksijeni sağlamak için doymamış tabakadaki su tablası üzerindeki toprağa özel borular içinde verilir. Bu yöntemde biyolojik parçalanma toprakta bulunan mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilmektedir. Zemine enjeksiyonla verilen hava veya O2’nin biyolojik parçalanmaya yardımcı olmasının yanı sıra, burada bulunan uçucu organik maddeleri ve CO2’yi hava akımıyla birlikte yüzeye taşıması gibi bir işlevi de mevcuttur. Bu sistemin özellikle petrol hidrokarbonları, klorlanmış çözücüler, bazı pestisitler, bitki koruyucuları ve diğer organik kimyasallarla kirlenmiş zeminlerin arıtımında başarıyla uygulanabildiği bilinmektedir. Bu yöntem genel olarak inorganik kirleticiler için tavsiye edilmemektedir

1.1. Bioventing

1.2. Peroksit enjeksiyonu Bu yöntemde oksijen toprağa hidrojen peroksit enjeksiyonu yoluyla sıvı bir formda verilir. Kimyasal oksidasyona dayanan bu metotta, hidrojen peroksit oksidan olarak kullanılarak hidrokarbonların karbondioksit ve suya dönüştürülmesi sağlanır. Topraktaki organik ve inorganik bileşenlerin tür ve niteliklerinin değişmesi, OH• radikali tarafından başlatılan oksidatif proseslerle gerçekleşmektedir. Çözünmüş oksijen, organik kirleticilerin biyolojik dönüşümünde genellikle sınırlıdır. Aerobik metabolizma sırasında önemli derecede biyolojik oksijen ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Hidrojen peroksit eklenmesi kirlenmiş bölgede oksitleyici madde kapasitesini arttırmaktadır.

2. Yerinde Yapılmayan (ex-situ) Biyoremediasyon Metotları Bu yöntem toprağın doğal ortamından kazılarak alınmasını gerektirir. Bunun amacı mikrobiyal parçalamayı kolaylaştırmaktır. Kirlenmiş sahadan uzakta gerçekleştirilen ex-situ biyoremediasyon metotları, yerinde yapılan (in-situ) metotlara göre daha hızlıdır. Geniş alana yayılmış kirleticiler için uygulanabilir fakat daha pahalı bir yöntemdir. Laboratuvar şartlarında aerobik kültürler tarafından petrol türevleri olan benzen için %84, toluen için %86, etil benzen için %80 ve ksilen için %82 oranında giderim tespit edilmiştir. Islahın özel tanklarda ya da hazır zeminlerde gerçekleştirilip gerçekleştirilmediğine göre ex- situ biyoremediasyon iki teknolojiyi kapsar:

2.1. Sulu Faz İşlemi (Biyoreaktörler) Biyoreaktörler ex-situ tekniğinin en önemli çeşididir. Dayanıklı ve toksik kirleticilerle kirlenmiş toprakların biyoremediasyon ile ıslahında en iyi seçenek çevre şartlarının kontrol altında alınabildiği biyoreaktör tekniğidir. Kirleticilerin giderim oranı sistemdeki aktif mikroorganizmaların parçalama kabiliyetlerine bağlıdır. Bu reaktörler kesikli, yarı-sürekli ve sürekli olmak üzere sınıflandırılırlar. Genel olarak kesikli reaktörler tercih edilmektedir. Bunun yanı sıra elektron alıcısına bağlı olarak da aerobik (moleküler oksijen), anoksik ( nitrat ve bazı metal katyonlar), anaerobik (sülfat, metanojenik, fermentasyon) ve karışık elektron alıcıların kullanıldığı sistemler bulunmaktadır.

2.2. Katı Faz İşlemi Burada kirlenmiş toprak hazır zeminler üzerinde işleme tabi tutulur. Sulu zemin uygulamasına göre daha az masraflı olmasına rağmen fazla etkili değildir ve daha çok alıkonma süresine ihtiyaç vardır. Biyo-yığın oluşturma olarak da adlandırılabilen bu yöntemin kullanımıyla kazılarak yerinden alınmış topraklardaki petrol türevlerinin, PHA’ların, patlayıcıların, pestisitler gibi klorlu organik kirleticilerin konsantrasyonlarını azaltmak için kullanılabildiği bilinmektedir. Bu teknoloji kirlenmiş toprakların yığınlar haline getirilerek havalandırma ve/veya mineraller, besinler ve nem eklenerek toprak içerisindeki mikrobiyal aktiviteyi harekete geçirmeyi amaçlar. Bu ıslah metodunu gerçekleştirmek için iki ana teknik yaygın olarak kullanılır. Bunlar;

2.2.1. Arazi Düzenlemesi (Land Farming) Arazi iyileştirilmesi ya da arazi uygulaması olarak bilinen ve biyolojik parçalanma yoluyla kirletici konsantrasyonlarını azaltan toprak teknolojisidir. Bu teknoloji genellikle yerinden kazılarak alınmış kirli toprakların başka bir alana yayılarak ince bir tabaka halinde serilmesini kapsar ve havalandırmayla ve/veya mineraller, besinler ve nem eklenmesiyle toprak içindeki aerobik mikrobiyal aktiviteyi teşvik etmeyi amaçlar.

2.2.2. Toprak Biyoyığınları (Soil Biopiles) Bu sistemde kazılarak alınan toprak birkaç metre yüksekliğinde yığınlar halinde bırakılır. Mikroorganizmalar ile parçalanma aktivitesini arttırmak için yığın içine hava üflenir ve gerekirse besinler eklenir. Yığınlardan yayılan gazlardan dolayı, bazı uçucu kirleticiler de kontrol edilmelidir. Toprak biyo-yığınları (soil biopiles), arazi düzenlemesi gibi yeraltı depolama tank alanlarında bulunan tipik petrol ürünlerinin yaklaşık tüm türevlerinin konsantrasyonlarını azaltmada etkili bir rol oynamaktadırlar. Gazolin gibi daha hafif (uçucu) petrol ürünleri, havalandırma yöntemleri esnasında (hava enjeksiyonu, hava ekstraksiyonu ya da yığın devirme ve harmanlama) buharlaşma yoluyla giderilmeye ve mikrobiyal solunum vasıtasıyla parçalanmaya uygun hale gelirler. Dizel yakıt, karosen gibi orta dereceli hidrokarbon ürünlerinin biyolojik parçalanması, buharlaşmaya göre daha fazla etkindir. Bununla birlikte daha yüksek moleküler ağırlıklı ürünler daha hafif ağırlıklı ürünlere göre daha uzun bir parçalanma süresine ihtiyaç duyarlar.

Fitoremediasyon (Bitkiler yardımıyla yapılan biyoremediasyon) Son on yılda popülaritesi giderek artmakta olan fito-ıslah, toprak ıslahına ait pasif bir teknolojidir. Fitoremediasyon çevredeki kirleticilerin alınmasında yada onların zararsız hale getirilmesinde yeşil bitkilerin kullanımı olarak tanımlanır. Bitkiler organik kirleticileri bozabilir, parçalayabilir yada metallerde olduğu gibi bünyesine alarak stabilize edebilir. Diğer ıslah teknolojileri ile karşılaştırıldığında oldukça düşük masraflı, estetik olarak memnun edicidir. Bundan başka, fitoremediasyon çevresel açıdan önemli bir sıkıntı yaratmaması sebebiyle avantajlıdır çünkü uygulanan yöntem toprak matriksini değiştirmez. Böylece başarılı bir fitoremediasyondan sonra toprak direkt olarak tarımsal amaçlar için kullanılabilir. Toksik ağır metaller ve organik kirleticilerin her ikisi de fitoremediasyonda hedef alınan kirleticilerdir.

FİTOREMEDİASYON Özellikle seçilmiş, genetik olarak ayarlanmış bitkiler bu yöntemde kullanılmaktadır. Islah yöntemini tamamlama adımı olarak diğer farklı geleneksel ıslah metotlarıyla (izolasyon ve immobilizasyon teknolojileri, elektrokinetik teknolojiler, vb.) beraber kullanılabilir. Fitoremediasyon teknolojisi, kirlenmiş toprakların temizlenmesinde biyolojik bazlı ve düşük maliyetli bir alternatif olarak kabul edilmektedir. Özellikle toprağın kazılarak yerinden alınmaması önemli bir maliyet azaltıcı avantaj olarak göze çarpmaktadır. Toprak arıtımı için kullanılan fizikokimyasal teknolojilerin çoğu topraktaki biyolojik aktiviteyi tamamen yok etmekte ve toprağı bitki büyümesi için uygun olmayan bir ortam şekline dönüştürmekteyken, fitoremediasyon toprağın biyolojik özelliklerini ve fiziksel yapısını korumaktadır.

FİTOREMEDİASYON Bununla birlikte, köklerin derinliğine ve bitkinin kirleticiye olan toleransına bağlı olan bir metot olması dezavantaj yaratmaktadır. Diğer bir dezavantajı da, diğer metotlarla karşılaştırıldığında prosesin çok daha uzun sürmesidir. Thlapsi, Urtica, Chenopodium, Polygonum sachalase ve Allyssim gibi bazı bitkilerin kadmiyum, bakır, kuşun, nikel ve çinkoyu bünyelerinde biriktirme yetenekleri vardır ve bu nedenle, söz konusu bitkilerin yetiştirilmesi kirlenmiş toprakların arıtılmasında dolaylı bir metot olarak kabul edilmektedir. Örneğin, çoğu bitkiler yaklaşık 100 ppm’lik bir Zn birikiminde toksisite semptomları gösterirken, en yaygın metal hiperakümülatörü olarak bilinen Thlapsi caeruledcens’ın 26000 ppm’in üzerinde bir birikimi sağlayabildiği literatürden bilinmektedir. Kaynak: Efsun DİNDAR, F. Olcay TOPAÇ ŞAĞBAN, Hüseyin S. BAŞKAYA, KİRLENMİŞ TOPRAKLARIN BİYOREMEDİASYON İLE ISLAHI, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 15, Sayı 2, 2010

Biyoremediasyonun avantajları: Biyoremediasyon ekolojik olarak güvenli doğal bir prosestir. Kontaminantların bir besin kaynağı olarak mevcut olması durumunda var olan mikroorganizmalar artmaktadırlar. Kontaminantlar azaldığında populasyon kendiliğinden azalmaktadır. Biyolojik parçalanmadan çıkan atıklar genellikle karbondioksit, su, yağ asitleri gibi zararsız bileşiklerdir. Orijinal kirleticiden daha toksik bir ürün oluşturma olasılığı çok azdır. Biyoremediasyonda kontaminantlar çevresel bir ortamdan bir diğerine transfer edilmeden hedef kimyasal maddeler tamamen ortadan kaldırılmaktadır. Biyoremediasyon tehlikeli atıkların bertaraf edilmesi için sıklıkla kullanılan teknolojilere göre daha ucuzdur. Örneğin, biyoremediasyon ile bir bölgenin temizlenme maliyeti 45–50 milyon $ iken atıkların ortadan kaldırılması için bir fırın inşa etme maliyeti 140 milyon $’a kadar çıkmaktadır. Ayrıca atıkların taşınması da pek tercih edilmez.

Biyoremediasyonun dejavantajları: Kaynak: Nur CEYHAN, Esra ESMERA, Petrol Kirliliği ve Biyoremediasyon, Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 5 (1): 95-101, 2012 Biyoremediasyonun dejavantajları: Sahip olduğu bazı sınırlamalar biyoremediasyonun bir temizleme teknolojisi olarak yaygın kullanımını engeller. Biyoremediasyona başlamadan önce çok iyi bir araştırma yapılması gerekmektedir ve kompleks kontaminant karışımı ve bölgeler için uygun biyoremediasyon teknolojisi mühendisine gerek duyulmaktadır. Topraktan mikroorganizmaların izolasyonu için mikrobiyologlara, parçalanma yol izinin belirlenmesi için ise biyokimyacılara gerek duyulmaktadır. Biyoremediasyonla yapılan temizleme işlemi yakma veya toprağın kazılıp atılması ile karşılaştırıldığında uzun bir zaman almaktadır. Bazı toksik yan ürünlerin oluşumuna karşı önceden tedbir almak gereklidir.