Bioremedijacija u tretmanu zaga enog zemlji ta Intenzivna urbanizacija, razvoj industrije, saobra aj i poljoprivredne djelatnosti dovode do prekomjernog za- ga ivanja okol a, uklju uju i i zemlji te. Optere enje povr inskih slojeva zemlji ta velikim koli inama otpadnih materija koje se ne mogu razgraditi procesima samopre i avanja dovodi do degradacije zemlji ta i poreme aja normalnih procesa u njemu, sa negativnim posljedicama po ekosistem i zdravlje ljudi. Sastav i sanitarno stanje zemlji ta predstavljaju faktore od zna aja za zdravlje populacije, sa direktnim, ali i indirektnim utjecajem preko zaga enja povr inskih i podzemnih voda, zraka i ivotnih namirnica. Izvori zaga enja zemlji ta su dominantno posljedica ljudskih aktivnosti i bazi no se mogu svrstati u tri grupe: 1. Otpadne vode kao zaga iva i zemlji ta: y industrijske( tehnolo ke) otpadne vode, y vode zaga ene poljoprivrednim aktivnostima (umjetna gnojiva, pesticidi, organske tvari razli itog porijekla), y otpadne vode iz doma instava i od odr avanja higijene naselja 2. Zaga iva i porijeklom iz atmosfere koji zemlji te kontaminiraju ispiranjem, padavinama ili direktnom sedimentacijom: y emisija iz industrijskih tehnolo kih procesa, y emisija usljed sagorjevanja fosilnih goriva (industri- ja, energetska postrojenja, individualna lo i ta), y emisija porijeklom od motornih vozila, y emisija prilikom sagorjevanja razli itog organskog materijala. 3. vrsti otpad razli itog porijekla: y komunalni otpad y idustrijski otpad y poljoprivredni otpad Kada zaga iva i, kontaminanti, one istila dospiju u zemlji te na bilo koji od navedenih na ina njihova dalja sudbina ovisi od niza fizi kih, hemijskih i biolo kih faktora iji se uticaji prepli u. Vrlo je va an i oblik spojeva u kojem se ovi za- ga iva i nalaze, kao i osobine samog zemlji ta (vege- tacija, obrada, klimatski uslovi). PROCES REMEDIJACIJE Cilj remedijacionog procesa je da se sprije i irenje zaga enja zbog prodiranja u podzemnu vodu, ula enja opasnih tvari u lanac ishrane i sli no. Koja varijanta i enja e se primjeniti ovisi od vrste zaga enja, prirode terena i dr.

BIOREMEDIJACIJA Bioremedijacija je tehnologija obrade one istila, kontaminanata, zaga enja uupotrebom mikroorganizama kao biolo kih sistema u kojima se kidaju veze u strukturi hemikalija i prevode u oblike jednostavnijuh hemijskih struktura, manje opasnih po okoli . Bioremedijacija je proces u kome se koriste mikroorganizmi za uklanjanje ili degradaciju toksi nih tvari do manje toksi nih ili netoksi nih tvari. Osnovni principi bioremedijacije: 1. pra enje prirodnog procesa biorazgradnje 2. provedba izmjene uvjeta u okoli u dodatkom hranjiva ili kisika prozra ivanjem ( biostimulacija-biopobolj anje) 3. Postupak dodavanja mikroorganizama-bioaugumentacija ili bioboga ivanje Kona ni produkti bioremedijacije su CO2 i H2O, koji su netoksi ni za ve inu ivih organizama u okoli u. Poznate su tradicionalne tehnologije za uklanjanje otpadnih one istila. Ve ina od njih se uklanja spaljivanjem, bioremedijacijom. Postupci se provode na licu mjesta, on-situ , upotrebom jednostavne opreme, zbog jednostavnosti i ekonomi nosti procesa. U inak bioremedijacije je limitiran koli inom one isti a koji se uklanja, uvjetima obrade, kao i raspolo ivim vremenom obrade. Bioremedijacija se provodi u cilju obnove okoli a. U odnosu na druge metode koje se koriste za uklanjanje one istila postupak bioremedijacije je znatno skuplji. Veliki broj industrija se danas bavi istra ivanjm remedijacije kao postupka mogu nosti njene primjene u tehnologiji proizvodnje. Pri ovom procesu, mikroorganizmi posredstvom svojih enzima razgra uju (metaboliziraju) organske kontaminante iz zemlji ta ili voda, npr. i transformiraju ih u krajnje netoksi ne proizvode, pre svega do CO2 i H2O. Bioremedijacija je prirodan proces, koji bi se odvijao u zemlji tu i vodi i bez ljudskog utjecaja, ali bi trajao daleko du e. O tome ovisi i du ina trajanja bioremedijacije, koja esto mo e da traje i vi e godina. Pojedini lako biodegradibilni kontaminanti mogu se razgraditi i za manje od godinu dana, dok se kontaminati velikih molekulskih masa razgra uju znatno du e. Sposobnost bioremedijacije Za uspje no obavljanje procesa bioremedijacije, potrebno je poznavati karakteristike kontaminanta, lokaliteta kao i mikroorganizama. Karakterizacija i opisivanje lokaliteta podrazumijeva utvr ivanje dubine kontaminacije, koncentraciju kontaminanta na odre enom lokalitetu, tip zemlji ta ili klasa voda sa svojim osobinama (pH, sadr aj organske tvari, sadr aj makro- i mikroelemenata itd.), prisutvo ili odsustvo tvari koje su toksi ne za mikroorganizme, prisustvo drugih akceptora elektrona itd Mikroorganizmi moraju da budu sposobni za biodegradaciju odre enog kantaminanta, kako bi se kontaminant to efikasnije otklonio, odnosno razgradio. Razli iti m.o razgra uju razli ite kontaminante i pre ivljavaju pri razli itim uvjetima.

Bioremedijacija je proces koji se mo e obavljati u aerobnim i anaerobnim uvjetima. U aerobnim uvjetima mikroorganizmi koriste kisik i mnoge kontaminante transformiraju do ugljik dioksida (CO2) i vode (H2O), stvaraju i pri tome vlastitu biomasu. U anaerobnim uvjetima se, ovisno od vrste mikroorganizama i uvjeta, stvaraju razli iti proizvodi razgradnje kontaminanata. Op enito, se kontaminanti transformiraju do metana, malih koli ina ugljik dioksida i plinovitog vodonika. Pri sulfitoredukcijskim uvjetima nastaje elementarni sumpor, dok nitratreduciraju i uvjeti favorizuju nastanak plinovitih oblika du ika. Vrste spojeva koji podlije u remedijaciji Klasa Primjer Prioritetni procesi biodegradacije Aerobni Monohlorna hlorobenzen aromati na jedinjenja BTEX (benzen, toluen, ksilen) Nehalogenirani 2-metil fenol fenoli i krezoli PAH kreozot Alkani i alkeni benzin PCB trihlorobifenil Hlorofenoli Azotna heterocikli na jedinjenja pentahlorofenol piridin + Anaerobni

+ + + + + + +

+ +

+ + +

U procesu bioremedijacije mogu u estvovati autohtoni mikroorganizmi, koji su izolirani sa doti nih kontaminiranih lokaliteta. Stimuliranje rasta autohtonih mikroorganizama posti e se osiguravanjem odgovaraju ih uvjeta (temperature, kisika i hranljivih tvari). Ukoliko biolo ka aktivnost, potrebna za degradaciju pojedinih polutanata i kontaminanata, nije ustanovljena, kontaminiranim lokalitetima se dodaju kulture egzogenih mikroorganizama (prethodno uspje no testiranih na prisustvo razli itih kontaminanata) izolirane sa drugih lokaliteta. Bioremedijacija se mo e obavljati na dva na ina: in situ i ex situ. In situ bioremedijacija se zasniva se na tretiranju kontaminiranog zemlji ta ili voda na istoj lokaciji gde je utvr eno prisustvo kontaminanata. In situ-zemlja, podzemne vode ili drugi okoli , bez otklanjanja kontaminiranog materijala. To je pasivna bioremedijacija-ovisi o sposobnosti mikroorganizama da metaboliziraju, otklone, smanje ili inaktiviraju kontaminant.

Ex situ bioremedijacija zahtjeva iskopavanje kontaminiranog zemlji ta ili ispumpavanje kontaminiranih voda prije bioremedijacionog tretmana. Ex-situ-potpuno otklanjanje kontaminiranog materijala za daljnju obradu. To je in enjerska ili aktivna bioremedijacija. Naj e i na in bioremedijacije ex situ jeste mije anje kontaminiranog zemlji ta sa odgovaraju im koli inama vode u posebnom bioreaktoru uz dodatak mikroorganizama. Tvari koje su prihvatljive za bioremedijaciju imaju slijede e osobine: topljivost u vodi, jednostavne hemijske strukture, ne resorbiraju se, nisu toksi ne, koriste se kao supstrat za rast mnogih aerobnih mikroorganizama. Tvari otporne na razgradnju putem mikroorganizama su: ne topive u vodi, jake resorpcijske aktivnosti, toksi ne su, ne poti u mikrobni rast. Postoji nekoliko hemikalija kod kojih se primjenjuje postupak bioremedijacije npr. Petrolej i njegovi derivati. UPOTREBA BIOREMEDIJCIJE Bioremedijacione tehnike se uspje no mogu koristiti za remedijaciju zemlji ta, mulja i podzemnih voda kontaminiranih ugljikovodicima porijeklom iz naftne industrije, organskim otapalima, pesticidima i drugim organskim tvarima. Biodegradacija metana Metanotrofni mikroorganizmi, koji aktivno razgra uju metan su veoma va ni sa aspekta redukcije emisije metana iz zemlji ta ili sedimenata, kao i degradacije trihloretilena. Biodegradacija marinskih naftnih ugljikovodika Ispitivanja pje anih obala kontaminiranih naftnim ugljikovodicima omogu ila su izolaciju i identifikaciju bakterija iz vrste Proteobacteria. Iz morske vode kontaminirane naftom izolirane su mikrobne populacije koje pripadaju vrsti Proteobacteria i rodu Alcanivorax, to ukazuje da su naftni ugljikovodici u marinskim ekosistemima podlo ni biodegradaciji. Biodegradacija policikli nih aromati nih ugljikovodika U anaerobnim uvjetima, ova klasa organskih spojeva je vrlo otporna na degradaciju. U aerobnim uvjetima, proces biodegradacije ovih ugljikovodika obavljaju bakterije iz rodova Burkholderia, Sphingomonas i Mycobacterium. Biodegradacija aromatskih spojeva Do preciznijih podataka o biodegradaciji ove vrste organskih spojeva do lo se u zadnjem desetlje u. Posebna pa nja posve ena je BTEX-spojevima (benzen, toluen, etilbenzen i ksilen) i metil tercijernom butil etru (MTBE). Istra ivanja su pokazala da mikroorganizmi mogu da koriste spojeve tipa BTEX za svoje biosinteze i da na taj na in vr e njihovu degradaciju. Primarna uloga u ovom procesu pripada bakterijama iz roda Pseudomonas i gljivama iz roda Cladophialophora.

Biodegradacija te kih metala Kontaminacija okoli a te kim metalima predstavlja ozbiljan problem. Pra enjem pre ivljavanja bakterijskih populacija u sredinama kontaminiranih te kim metalima, do lo se do rezultata koji ukazuju da ove populacije mogu da koriste metale kao akceptore elektrona. Npr. otopljeni estovalentni uran (U6+), koga neki mikroorganizmi mogu da transformiraju u netopivi etvorovalenti oblik (U4+). M.o. Izazivaju talo enje urana, smanjuju i nataj na in njegovu koncentracijubi mobilnost u podzemnim vodama. Neke bakterijske populacije mogu toksi an oblik hroma, Cr(VI) reducirati u netoksi an Cr(III) oblik. Genetski modificirani organizmi i njihova primjena u za titi okoli a GMO je organizam iji je genetski materijal promjenjen primjenom tehnika za genetsko modificiranje. Tim tehnikama se uzimaju DNK molekule iz raznih izvora, te se sjedinjuju tj. stvara se nova molekula da bi se stvorili novi geni. Tako novo nastala DNK se tada prenosi u organizam, daju i mu nova, modificirana svojstva. Mikroorganizmi iz prirode ne mogu zadovoljiti zahtjeve industrijskog uzgoja (zbog malog prinosa) u proizvodnji odre enih metabolita (npr. antibiotika, enzima, aminokiselina i drugih materija), te se za te namjene danas koriste genetski modificirani organizmi. Pojam genetski modificirani organizam, odnosi se na sve organizme iji je genetski materijal promijenjen na na in koji se ne de ava prirodno nego pomo u tehnika geneti kog in enjerstva. Mutacija predstavlja promjenu u geneti kom materijalu organizma. Uglavnom se misli da je bit evolucije kod ivih organizama vezana za mutacije. U ve ini slu ajeva mutacije su tetne. Mutacije mogu biti vrlo razli ite. Kao jednostavnu mutaciju mo emo navesti zamjena jedne baze (A, G, C i T). Na prvi pogled to bi moglo izgledati bezna ajnim i bez funkcionalnih posljedica, ali su tinski to ne bi zna ilo ni ta. Jedan od poznatih primjera je raj ica ili paradajz. To je prva komercijalizirana biljka (1995.) u kojoj je promijenjen gen za proizvodnju poligalakturonaze. U ovom konkretnom slu aju dolazi do promjene samo jednog slova ili nukleotida u DNA molekuli. Na genu 6 dolazi do promjene timina u adenin. To je dovoljno da bi se produkcija enzima smanjila za 99%. gen6 CTAACT T TGACCAATGTCAGGACTA gen6 CTAACT A TGACCAATGTCAGGACTA Primjena biotehnologije u za titi okoli a Tehnike geneti kog in enjerstva otvorile su nova polja istra ivanja mogu e primjene mikroorganizama s poja anom sposobno u razgradnje ksenobiotika u okoli u. Metode koje se koriste u tu svrhu su direktni soj-soj transfer plazmida ili kloniranje gena. Kloniranje gena omogu uje konstrukciju sojeva koji e metabolizirati to no odre enu vrstu spojeva, bez nastanka tetnih ili rezistentnih metabolita. Problem je stabilnost i rezistentnost takvih sojeva u okolini. Masovno otpu tanje takvih organizama okolinu dovodi u pitanje njihovu sposobnost da izmjenjuju geneti ki materijal s drugim autohtonim sojevima, vijabilnost i geneti ku stabilnost. To opet dovodi u pitanje naseljavanje novih ekolo kih ni a ovakvim sojevima. Druga je metoda konstrukcija autohtonih sojeva kod kojih e biti induciran kometabolizam - Aktivacija autohtone mikroflore.

RIZICI OD GENETSKI MODIFICIRANIH ORGANIZAMA Mikroorganizmi su naj ire zastupljeni u raznovrsnim biotehnolo kim pokusima, i najve i broj GMO su mikroorganizmi. Relativno je kratko vrijeme da bi se interdisciplinarno ocijenila sigurnost svih biotehnolo kih produkata koji su danas u irokoj upotrebi. Genetski modificirane bakterije Modificirane bakterije remete ekosistem. Kao primjer navodi se bakterija koja se koristi za proizvodnju hemijskih materija. Bakterija Klebsiella planticola genski je modificirana da proizvodi alkohol iz biolo kog otpada putem vrenja. Genetski modificirane bakterije i za tita prirode 2,4-D je sinteti ko sredstvo za borbu protiv korova. Po to ova hemikalija dovodi do dugotrajnog zaga enja tla i podzemnih voda, nau nici su do li na ideju da bakteriju Pseudomonas tako modificiraju da razgra uje 2,4-D to i ini. Nusprodukt 2,4-DCP. GM azotofiksator Od 1997. Godine u komercijalnoj upotrebi koristi se bakterija Sinorhizobium melioti (RMBPC-2), koja je GM a ivi u simbiozi na korijenu mahunarki, ve e atmosferski azot te oboga uje zemlji te istim. Genetski modificirane biljke Osnovni ciljevi koji su biotehnologiju usmjerili u pravcu proizvodnje genetski modificiranih biljaka sadr ani su u slijede im aspektima: y y y y Izmjena proizvodnih karakteristika Smanjenje proizvodnih tro kova po proizvodnoj jedinici Adaptacija na okolinu Smanjenje zaga ivanja okoline

Biljna biotehnologija u svom metodu rada koristi kulture tkiva i molekularnu genetiku. Kod kulture tkiva vr i se odr avanje i razmno avanje pojedina nih biljnih dijelova (usitnjenih do stanica) u kontroliranim uslovima. A molekularna genetika uklju uje tehnike za izolaciju, karakterizaciju, rekombinaciju, umno avanje i prijenos posebnih segmenata DNA koja sadr i gene za odre ena svojstva. Naj e i genetski modificirani organizmi Genetski modificirani organizmi fraza je koja izaziva dosta pa nje u posljednje vrijeme. Znanstvenici su sposobni izolirati odre ene gene, te ih umetnuti u organizme, posebice hranu, kako bi proizveli eljene osobine. y y y Kukuruz - SAD su najve i proizvo a ove itarice, no ona je ujedno i jedna od naj e e genetski modificiranih itarica. Soja - od svih usjeva, soja je najvi e modificirana. 2007. Mlijeko - jedan od najkontroverznijih GM proizvoda jest rBGH (Bovine Growth Hormone) ili rekombinirani gove i hormon rasta.

y y

Uljana repica - samo u zapadnoj Kanadi, 80 posto usjeva uljane repice je genetski modificirano. Aspartam - radi se o umjetnom zasla iva u, koji je oko 200 puta sla i od e era.

U GM organizmima le i potencijalna budu nost i spas ljudskog roda jer gotovo sedam milijardi ljudi treba ne to jesti. Mo da ve ina vas ima mogu nosti kupovati organski uzgojeno vo e i povr e i jesti kravice koje su veselo tr karale iza ku e i pasle samo doma u travu no veliki postotak ljudi na Zemlji to nije u mogu nosti. Danas smatramo da je GM hrana budu nost, ali budu nost koju treba nadzirati i paziti da se ne izopa i. Na kraju, sve to je ovjek ikad otkrio ili izumio odmah je upotrijebio za nano enje tete i boli drugima (sjetimo se Nobela i dinamita). Ni ta druk ija situacija nije ni s GMO. MIKROBNA RAZGRADNJA POVR INSKI AKTIVNIH TVARI-TENZIDA-DETERGENATA Linearni alkilbenzen sulfonati (LAS) Linearni alkilbenzen sulfonati (LAS) ine skupinu razli itih spojeva koji sni avaju povr insku napetost prema drugim fazama, pozitivno se adsorbiraju na granici teku ina-para, kao i na drugim me upovr inama. Svojstva tenzida Otopine tenzida se bitno razlikuju od otopina soli, jer izazivaju pojavu prostorne nehomogenosti koja uzrokuje niz posebnih sbojstava u usporedbi sa homogenim otopinama, npr. otopinom soli. Osim to se tenzidi koriste kao sredtva za pranje rublja(ve a), za o ekivati je njihovo prisustvo u okoli u, gdje dospijevaju putem otpadnih voda. Tako dospijevaju i na sisteme za obradu voda, pri emu izazivaju pjenjenje to umanjuje topivost kisika. Smanjenje povr inske napetosti daje iroku prakti nu primjenu tenzidima, kao to je kva enje, stranje pjene, otapanje te ko topvih tvari, emulgiranje, dispergiranje i dr. Tenzidi se mogu pomo u aktivnog mulja djelomi no razgraditi, to ovisi o strukturi detergenta. Razgradnjom mogu nastati razgradni produkti koji su otporni na daljnje djelovanje aktivnog mulja, a esto su i toksi ni za vodene organizme. Mogu se vezati, ljepiti na suspendiranu tvar, pa se time nagomilavaju u aktivnom mulju ine i ga vremenom inaktivnim za biorazradnju sastojaka u otpadnoj vodi. Biorazgradnja LAS-a Brojna su istra ivanja o biorazgradnji LASa zapo eta 60-tih godina pro log stolje a i provode se sve do danas, prate i njihov utjecaj s obzirom na biorazgradnju sastojaka otpadne vode i na procese nitrifikacije i denitrifikacije. Dokazano je da razgradnja LAS-a zapo inje oksidacijom alifatskog lanca, pri emu nastaju me uprodukti-kratkolan ane fenilsulfonske kiseline, za koje je dokazano da se biolo ki te ko razgra uju. U istra ivanjima biorazgradnje LASa dokazano je da je u okoli u i sistemima obrade otpadnih voda mogu e razgraditi LAS do koncentracije 10 mg/L. Naro itu sposobnost razgradnje LAS-a je pokazala bakterija Pseudomonas sp. Prednost br oj razgradnji LASa daje se mje ovitim mikrobnim zajednicama koje temeljem kometabolizma provode biorazgradnju lanca sa desufonacijom i otvaranje aromatskog prstena hidroksilacijom. Kako se LAS kao i druge sintetske hemikalije v du i niz godina ispu taju u okoli , za o ekivati je da e se m.o. okoli a prilagoditi na sastojke te razviti enzime za njihovu razgradnju. Npr. bakterija Citrobacter braakii izdvojena iz otpadne vode pri proizvodnji detergenata i sposobna potpuno razgraditi LAS u koncentraciji 500 mg/L kroz 3 dana.

MIKROBNA RAZGRADNJA SINTETSKIH ORGANSKIH SPOJEVA Uzroci pove ane akumulacije toksi nih tvari u okoli u ekonomski rast, pove ani standard. pove ano kori tenje sirovih materijala,

Vrste i izvori toksi nih tvari u okoli u te ki metali, du ikovi i fosforni spojevi, te ko razgradivi organski spojevi koji potje u od ka anstava, otpadnih i komunalnih voda, poljoprivrede, industrije i odlagali ta otpada. Porijeklo toksi nih tvari u okoli u Antropogeni utjecaj (ljudski faktor): antibiotici i ostali lijekovi izlu eni urinom/fecesom u otpadne vode; antibiotici iz sto ne hrane u gnojivu-zemlji, herbicidi, pesticidi u tlu i zraku, te ki metali kao nusprodukti, te ki metali kao osnovni sastojak kona nih produkata u tlu i voda, aditivi, konzervansi, steroidi, sredstva za pranje, fosfati u otpadnim vodama. Ostali faktori - metaboli ki produkti mikroorganizama i/ili biljaka (aflatoksini, antibiotici, sekundarni metaboli ki produkti). Metode utvr ivanja stupnja one i enja y y y Odre ivanje hemijskog sastava tla i vode Ekstrakcija vodene faze iz tla-pokazatelj sastava tvari kojima je zaista izlo eno korjenje biljaka i mikroorganizmi Procjena rizika-nu no uzeti u obzir mobilne i biodostupne faze zaga iva a.

SUDBINA KSENOBIOTIKA Jednom kada se na u u tlu, vodi ili hrani to se s njima doga a? Izlo enost mikroorganizmima, biljkama i drugim ivotinjskim vrstama. Biokonverzija i mikroorganizmi Naj e i primjer biokonvrzija pesticida iz tla i antibiotika iz tla i vode Problemati na tla smanjena aktivnost pesticida zbog visoke stope degradacije. Druga je krajnost poja ana akumulacija pesticida zbog njihove otpornosti na razgradnju. Razgradni produkti pesticida vezani za tlo. Kao i u votinja, biokonverzija zna i detoksifikacija. Zbog prirode procesa detoksifikacije, u odre enim uvjetima nastaju toksi ni metaboliti. 1. Hidroliza amidne i esterske skupine razgra uju se hidroliti kom aktivno u do anilida, feniluree, estera karbamatne, tiokarbamatne, fosfatne, tiofosfatne kiseline. Mikrobne hidrolaze su ekstracelularni enzimi, niske specifi nosti. 2. Dehalogenacija mnogi ksenobiotici sadr avaju halogene atome na alifatskim ili aromatskim ugljikovodicima. Do danas je otkriveno da dehalogenacija mo e biti hidroliti ka, oksidacijska ili redukcijska. Nije utvr en na in na koji dolazi do dehalogenacije aromatskih spojeva primjer DDT-a ukazuje da se ona ipak doga a.

3. Oksidacija va an proces koji prati hidrolizu i dehalogenaciju. Osnovne reakcije su hidroksilacija, koja slijedi nakon razgradnje aromatskog prstena, oksidacijska O- i Ndealkilacija i epoksidacija. Derivati aromatskih kiselina potpuno se razgra uju ovim mehanizmom. 4. Redukcija proces koji se odvija u anaerobnim uvjetima u prvim fazama anaerobne razgradnje. Tu spadaju redukcijska deklorinacija, redukcija nitro spojeva (nitroreduktaze). Redukcija nitro spojeva odvija se uz prisustvo NADH, a stimulacija reakcije mogu a je uz Mn, Fe ione i FADH2. Niska specifi nost prema spojevima. Nastale amino skupine otporne su na daljnju transformaciju zbog nastanka grani nih rezidua. Bakterije su najodgovornije za razgradnju pesticida i antibiotika u tlu i vodi. Kvasci i gljive imaju manju ulogu u tom procesu. Mikroalge i Protozoae vrlo rijetko sudjeluju u biokonverziji. Bacili vrlo esto provode hidrolizu. Pseudomodiji vr e hidrolizu, dehalogenaciju, hidroksilaciju, razgradnju aromatskih prstenova i redukciju nitro skupina: Acinetobacter, Arthrobacter, Rhodococcus i Penicillium provode biokonverziju S-triazina. M.o. razgra uju ukupno 20-70% pesticida iz tla. Kao izvor ugljika mogu slu iti jednostavniji spojevi kao to su klorobenzoati.. Mje ovite mikrobne populacije imaju prednost u toj mjeri to jedna kultura zap ne s degradacijom, a produkti inicijalne razgradnje slu e kao supstrat ostalim baktrerijskim kulturama. Nastanak rezistencije i prirodne mutacije izme u prirodnih kultura potencijalni je uzrok potpune razgradnje ksenobiotika iz okoline. Istra ivanja pokazuju da su mikroorganizmi iz okoline u stanju u potpunosti razgraditi pesticide kao to su DDT, poliklorirani bifenili, difokol i dr. Na alost, mikrobnom aktivno u iz pesticida mogu nastati i puno otporniji spojevi koji se jo te e razgra uju u okolini od ishodnih pesticida. Primjer: fenilamidni pesticidi hidrolizom daju kloroaniline koji mikrobnom aktivno u prelaze tetraklorhidrazobenzene. Takvi poliklorirani aromatski spojevi pojavljuju se u biosferi i tri godine nakon obrade polja s ishodi nim pesticidima. Jo drasti niji primjer je slu aj s pesticidima koji imaju u svojoj hemijskoj strukturi du ik. Mikrobnom degradacijom takvih spojeva nastaju mutageni i kancerogeni spojevi. Parakvat je pesticid koji se vrlo lako ve e za tlo i ostaje nedostupan mikroorganizmima. Neki se pesticidi lako razgra uju do fenola i anilina koji se ve u za tlo i ponovo postaju nedostupni mikrobnoj aktivnosti. Sintetski organski spojevi To su sintetski spojevi koji imaju bar jedan aromatski prsten u strukturi, npr. fenoli, ili supstitirani klorom, klorfenoli. Porijeklom su iz koksara, rafinerija nafte, petrohemijske industrije, proizvodnje plastike, papira,lijekova.

Mikrobna razgradnja ksenobiotika Mikrobni se procesi primjenjuju u obradi gradskih i industrijskih otpadnih voda vi e od 100 godina. Aerobna razgradnja u ure ajima s aktivnim muljem i prokapnim filtrima, te anaerobna razgradnja mulja nastalog tokom aerobne razgradnje dobro su poznati i djelotvorni procesi koji se esto primjenjuju u obradi razli itog otpada. Me utim, te tradicionalne tehnologije nisu se pokazale djelotvorne u razgradnji ksenobiotika ako su te tvari: y y y y otporne na mikrobnu transformaciju, vrlo toksi ne, u velikim koncentracijama pa je onemogu en dodir s mikroorganizmima, odnosnu u malim koncentracijama pa je brzina transformacije vrlo mala ako su vrsto adsorbira-ne da je ograni en pristup mikroorganizmima.

Zbog toga se zna ajan broj sinteti kih organskih spojeva (ksenobiotika) zadr ava i akumulira u okoli u. Naj e e su to pesticidi, organska otapala, te poliaromatski i poliklorirani spojevi, mnoge boje te neki savremeni detergenti tako er se sporo i nepotpuno razgra uju u tradicionalnim ure ajima za obradu otpadnih voda. Posljednjih godina utvr eno je da prirodna mikroflora mo e transformirati neke ksenobiotike za koje se do sada smatralo da su otporni na mikrobnu aktivnost. Ta spoznaja pridonijela je pronala enju novog pristupa u rje avanju one i enja okoli a tetnim i opasnim tvarima. Pri tome se predla u dva na ela, i to: 1. izolacija, selekcija i odabir m.o. po eljnih kataboliti kih svojstava, te osiguranje strogo kontroliranih uvjeta u kojima e se mo i regulirati mehanizam i brzina transformacije ksenobiotika 2. osiguranje povoljnih uvjeta prisutnim m.o. za rast i razgradnju ksenobiotika na mjestu one i enja. Biolo ki procesi i uvjeti pod kojima mikroorganizmi transformiraju spojeve Primarni substrati y y Aerobna i anaerobna transformacija: aceton, izopropanol, acetat, benzoat, fenoli Aerobna transformacija - alkani, benzen, toluen, ksilen, vinilklorid, 1,2-dikloretan, klorobenzen

Sekundarni supstrati (kometabolizam) y y Oksidacijski procesi - trikloroetilen, diklometilen, dikloroetan, vinilklorid, kloroform Redukcijski procesi - 1,1,1-trikloroetan, trikloroetilen, letrakloroetilen, dikloroetilen, dikloroetan, ugljik-tetra klorid, kloroform, DDT lindan poliklorirani bifenili

Iz ovog je pregleda o ito da neki organski zaga iv i mogu poslu iti mikroorganizmima kao primarni supstrat (izvor ugljika i energije), i to u aerobnim i anaerobnim uvjetima, to je najjednostavniji slu aj za rje avanje organskog one i enja aktivno u mikroorganizama. Mnogo je te i slu aj, koji je ujedno i izazov dana njim bio ehnolozima, razgradnja ksenobiotika kometabolizamski, tj. s pomo u mikroorganizama koji tu tvar transformiraju, a da ju ne koriste kao izvor ugljika i energije. In enjersko je iskustvo u primjeni takvih procesa vrlo ograni eno.

Malo se zna o interakcijama supstrata i kosupstrata, te o mogu nosti ubrzanja mikrobnih transformacija. Mnogi spojevi (zaga ivala) koji se brzo razgra uju u laboratorijskim uvjetima esto su otporni na mikrobnu aktivnost u okoli u. Poku aji da se ubrza mikrobna transformacija tih spojeva na mjestu one i enja esto su neuspje na. To je najvi e zbog nedovoljnog poznavanja mehanizma i kinetike razgradnje ksenobiotika, te ograni enih mogu nosti regulacije i odr avanja povoljnih uvjeta za rast mikroorganizama i razgradnju tih esto vrlo kompleksnih organskih spojeva. Rje enje tih va nih pitanja mikrobne razgradnje ksenobiotika iziskuje iscrpna laboratorijska i terenska istra ivanja u strogo definiranim sistemima. Mikrobna razgradnja tiocijanata Tiocijanati nastaju u procesu proizvodnje koksa kao i u reakcijama niskomolekularnih hlapljivih organskih spojeva sa sumporom koji su prirodni produkti ivih organizama i meduprodukti razli itih industrija. U mikrobnoj razgradnji tiocijanata bakterije rodova Thiobacillus, Arthrobactcr i Pseudomonas koriste tiocijanat kao jedini supstrat i izvor energije Npr. bakterija Thiobacillus thioeyanooxidans koja razgra uje tiocijanat masene koncentracije i do 100 mg/L. U razgradnji tiocijanata s pomo u bakterija roda Pseudomonas po aktivnosti se isti e bakterija Pseudomonas putida. Razgradnjom tiocijanata uz djelovanje enzima iz skupine cijanaza nastaju NH3 i C02 .