Alai

Abstract

Industrielle udledninger af ubehandlet spildevand til vandområder og emissioner til luften har forringet henholdsvis vandets og luftens kvalitet. Den enorme mængde forurenende stoffer, der stammer fra industrielle aktiviteter, udgør en trussel mod miljøet og den økologiske ligevægt. Phenoler og halogenerede phenoler, polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH), hormonforstyrrende kemikalier (EDC), pesticider, dioxiner, polychlorerede biphenyler (PCB), industrielle farvestoffer og andre xenobiotika er blandt de vigtigste forurenende stoffer. Peroxidaser er enzymer, der er i stand til at omdanne en række forbindelser efter en mekanisme med frie radikaler og derved frembringe oxiderede eller polymeriserede produkter. Peroxidaseomdannelsen af disse forurenende stoffer ledsages af en reduktion af deres toksicitet som følge af tab af biologisk aktivitet, reduktion af biotilgængeligheden eller fjernelse fra vandfasen, især når det forurenende stof findes i vand. Gennemgangen beskriver kilderne til peroxidaser, de reaktioner, der katalyseres af dem, og deres anvendelser i forvaltningen af forurenende stoffer i miljøet.

1. Indledning

To uforudsete udfordringer for mennesket er energi og miljø. Samfundets funktion som helhed og dets fremtidige fremskridt er afhængige af, at der er nye og vedvarende energikilder til rådighed, og af evnen til at ændre forurenende produktionsprocesser til fordel for nye miljøvenlige processer. Sammen har denne udvikling ført til en voksende bevidsthed om miljøvidenskabernes centrale betydning for menneskehedens forsøg på at omstille sig til et mere bæredygtigt forhold til jorden og dens naturressourcer . Peroxidaser har potentiale til at mindske miljøforurening ved bioremediering af spildevand, der indeholder phenoler, kresoler og klorerede phenoler, til biopulpning og dekolourisering af syntetiske azofarvestoffer til tekstiler. Peroxidaser (EC 1.11.1.7) er oxidoreduktaser, der katalyserer reduktionen af peroxider, f.eks. hydrogenperoxid (H2O2), og oxidationen af en række organiske og uorganiske forbindelser . Specifikt omfatter peroxidaseaktivitet afgivelse af elektroner, der binder sig til andre substrater såsom ferricyanider og ascorbat for at nedbryde dem til uskadelige komponenter.

Peroxidaser har potentiale til bioremediering af spildevand forurenet med phenoler, kresoler og klorerede phenoler, til biopulping-bioblegning i papirindustrien, nedbrydning af tekstilfarvestoffer og fjernelse af peroxid fra materialer såsom fødevarer og industriaffald. Procesvand fra tekstilfabrikker har ofte en stærk farvning på grund af tilstedeværelsen af rhodaminfarvestoffer, som er resistente over for konventionel blegning og kan nedbrydes af peroxidase . Hvidrådsvampes unikke evne til at nedbryde lignin kan i høj grad tilskrives de uspecifikke oxidationsreaktioner, der er formidlet af frie radikaler, og som udføres af deres ekstracellulære peroxidaser . Peroxidase oxiderer dimethoxybenzen, lignindimerer, phenoler, aminer, farvestoffer og aromatiske alkoholer i fravær af Mn(II); peroxidase oxiderer phenoliske og ikkephenoliske substrater. Endnu en anden peroxidase, benævnt farvestof-affarvende peroxidase fra svampe af Agaricus-typen, er blevet rapporteret som katalysator for oxidation af farvestoffer og phenolforbindelser . Peroxidaser fra forskellige kilder er forholdsvis uspecifikke og giver hvid rådsvampe den unikke evne til at nedbryde en lang række miljøforurenende stoffer som f.eks. dioxiner, polychlorerede biphenyler, oliekulbrinter, ammunitionsaffald (f.eks. trinitrotoluen), industrielle farvestofudledninger, herbicider og pesticider .

2. Kilder til peroxidase

Peroxidaser (EC 1.11.1.7) er vidt udbredt i naturen. Disse enzymer produceres af en række forskellige kilder, herunder planter, dyr og mikrober. Peroxidaser, der produceres fra mikrobielle kilder som f.eks. bakterier (Bacillus sphaericus, Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., Citrobacter sp.), cyanobakterier (Anabaena sp.), svampe (Candida krusei, Coprinopsis cinerea, Phanerochaete chrysosporium), actinomyceter (Streptomyces sp., Thermobifida fusca) og gær anvendes til nedbrydning af forurenende stoffer, produktion af dyrefoder og råmaterialer til den kemiske industri, landbrugs- og papirindustrien, nedbrydning af tekstilfarvestoffer, nedbrydning af lignin i papirindustrien, affarvning af farvestoffer, rensning af spildevand og også som biosensorer. Der er rapporteret om mange plantekilder til produktion af peroxidaser, f.eks. peberrod, papaya (Carica papaya), banan (Musa paradisiacal) og bar (Acorus calamus). Peroxidase fremstillet af peberrod (HRP) anvendes i vid udstrækning i diagnostiske kits, i ELISA til mærkning af et antistof, syntese af forskellige aromatiske kemikalier og fjernelse af peroxider fra materialer som f.eks. fødevarer og industrielt affald (figur 1).

Figur 1

En generel reaktion katalyseret af HRP.

3. Karakteristik af peroxidase(r)

Peroxidaser er oxidoreduktaser, der katalyserer en række reaktioner såsom reduktion af peroxider som f.eks. hydrogenperoxid og oxidation af en række organiske og uorganiske forbindelser. De er hæmproteiner og indeholder jern(III)-protoporphyrin IX som prostetisk gruppe. De har en molekylvægt på mellem 30 og 150 kDa. Udtrykket peroxidase repræsenterer en gruppe af specifikke enzymer som f.eks. NADH-peroxidase (EC 1.11.1.1.1), glutathionperoxidase (EC 1.11.1.9) og jodperoxidase (EC 1.11.1.1.1).8) samt en række uspecifikke enzymer, der blot er kendt som peroxidaser.

4. Anvendelser og biokatalyse af peroxidaser i forbindelse med håndtering af miljøforurenende stoffer

4.1. Affarvning af syntetiske farvestoffer

Farveaffald udgør en af de mest problematiske grupper af forurenende stoffer, der betragtes som xenobiotika, der ikke er let bionedbrydelige . Disse farvestoffer anvendes hovedsagelig til farvning af tekstiler, papirtryk, farvefotografering og som tilsætningsstof i olieprodukter. Når disse syntetiske farvestoffer udledes i industrielt spildevand, forårsager de miljøforurening. Tekstilindustrien spiller en afgørende rolle for den økonomiske vækst i Indien. Vand er et af de vigtigste naturprodukter, som mennesket bruger enormt meget, og det er ikke unaturligt, at ethvert voksende samfund genererer enormt meget spildevand eller spildevand . For at opnå biologisk nedbrydning af miljøfarlige forbindelser er hvid rådsvampe et værdifuldt alternativ. Oxidationsevnen er baseret på hvid rådsvampes evne til at producere oxidative enzymer som f.eks. laccase, manganperoxidase og ligninperoxidase . Disse oxidaser og peroxidaser er blevet rapporteret som fremragende oxidationsmidler til nedbrydning af farvestoffer.

Flere bakterieperoxidaser er blevet anvendt til affarvning af syntetiske tekstilfarvestoffer. Fjernelse af chromat Cr (VI) og azofarvestoffet Acid Orange 7 (AO7) ved hjælp af Brevibacterium casei under næringsbegrænsende forhold er blevet undersøgt. AO7 blev anvendt som elektrondonor af Brevibacterium casei’s reduktionsenzym til reduktion af Cr(VI). Det reducerede chromat Cr (III) komplekseret med det oxiderede AO7 dannede et lilla mellemprodukt. Affarvning af forskellige azofarvestoffer med Phanerochaete chrysosporium RP 78 under optimerede betingelser blev undersøgt ved hjælp af reaktionsmekanismen via azofarvestoffet. Peroxidase blev produceret under aerobe forhold som en sekundær metabolit i den stationære fase. Bacillus sp. VUS isoleret fra forurenet jord med tekstiludløb viste evne til at nedbryde en række farvestoffer. Produktion af ligninolytiske peroxidaser, der direkte oxiderer aromatiske forbindelser, er blevet beskrevet i svampe . Andre peroxidaser blev påvist i mikroorganismer, der er ansvarlige for den biologiske nedbrydning af industrielle farvestoffer, sammen med ligninperoxidase . En spiselig makroskopisk svamp, Pleurotus ostreatus, producerede en ekstracellulær peroxidase, der kan affarve remazolbrillantblå og andre strukturelt forskellige grupper, herunder triarylmethaner, heterocykliske azo- og polymerfarvestoffer. Bromfenolblåt blev bedst affarvet (98 %), mens methylenblåt og toluidinblåt O blev mindst affarvet med 10 % . HRP blev fundet i stand til at nedbryde industrielt vigtige azofarvestoffer som f.eks. remazolblå. Dette farvestof indeholder mindst en aromatisk gruppe i sin struktur, hvilket gør det til et muligt substrat for HRP . Farve- og blegningsanlæggets forurenende stoffer, der siver ned i jorden, har forurenet grundvandet, hvilket har gjort det uegnet til konsum (tabel 1).

4.2. Bioremediering af spildevand: Fjernelse af phenolforureninger og beslægtede forbindelser

Industriel forurening har været en vigtig faktor, der forårsager nedbrydning af miljøet omkring os, og som påvirker det vand, vi bruger; dets kvalitet og menneskers sundhed er direkte relaterede spørgsmål. Forbedret kvalitet og øget mængde vand vil medføre sundhedsmæssige fordele. Rent vand eliminerer de smitsomme agenser, der er forbundet med vandbårne sygdomme; adgang til større vandmængder kan forbedre sundheden ved at give mulighed for bedre personlig hygiejne. Vandforurening forårsagede, at industriaffaldsprodukter blev udledt i søer, floder og andre vandområder, hvilket gør det marine liv ikke længere gæstfrit. Peroxidaser er blevet anvendt til bioremediering af spildevand, der er forurenet med phenoler, kresoler og klorerede phenoler . Aromatiske forbindelser, herunder phenoler og aromatiske aminer, udgør en af de vigtigste klasser af forurenende stoffer. De findes i spildevand fra en lang række forskellige industrier, herunder kulforarbejdning, olieraffinering, harpiks og plast, træbeskyttelse, metalbelægning, farvestoffer og andre kemikalier, tekstiler, minedrift og forarbejdning samt papirmasse- og papirindustrien . Phenoler og halogenerede phenoler, der findes i tekstilindustriens behandlede vand, er kendt for at være giftige, og nogle af dem er også farlige kræftfremkaldende stoffer, der kan ophobes i fødekæden.

Peroxidaser udgør en vigtig klasse af enzymer, der kan katalysere oxidative koblingsreaktioner af en lang række phenolforbindelser. Ligninperoxidase fra Phanerochaete chrysosporium, HRP, myeloperoxidase, laktoperoxidase, mikroperoxidase-8, en alsidig peroxidase fra Bjerkandera adusta og chloroperoxidase fra Caldariomyces fumago kunne omdanne pentachlorphenol til tetrachlor-1,4-benzokinon ved en oxidativ dehalogenering i nærværelse af H2O2. En ekstracellulær manganperoxidase produceret af P. chrysosporium, P. sordida, C. subvermispora, P. radiata, D. squalens og P. rivulosu. To-elektronoxidation af denne ekstracellulære peroxidase med H2O2 giver forbindelse I, som undergår to på hinanden følgende en-elektronreduktionstrin ved at oxidere Mn2+ til Mn3+ , som igen oxiderer phenolforbindelser . Mange giftige aromatiske og alifatiske forbindelser forekommer i spildevand fra en række industrier. Blandt disse er phenol det mest almindelige aromatiske forurenende stof, og det findes også i forurenet drikkevand. Phenol kan være giftigt, når det forekommer i et højt niveau, og er kendt for at være kræftfremkaldende. Det har en sundhedsskadelig virkning selv ved lave koncentrationer. Et laboratoriefenol blev behandlet med et ekstrakt af enzymer fra roerod (peroxidase) i tilstedeværelse af H2O2 som oxidant for at danne tilsvarende frie radikaler. Frie radikaler polymeriserer sig og danner stoffer, der er mindre opløselige i vand. Udfældningerne blev fjernet ved centrifugering, og restphenolindholdet blev vurderet. Resultaterne viste, at enzymekstrakt fra roerødder nedbryder phenol mere effektivt. En anden alsidig peroxidase produceret af P. eryngii og P. ostreatus oxiderede Mn2+ til Mn3+ svarende til virkningen af MnP, og også aromatiske forbindelser med højt redoxpotentiale, som LiP gør, havde bred specificitet og oxiderede ikke-fenolforbindelser .

4.2.1. Mekanismen for HRP-H2O2-Fenol-reaktionen

Horseradish peroxidase gennemgår en cyklisk reaktion, når den reagerer med phenoliske substrater. Denne sekvens er sammenfattet i følgende reaktioner: Enzymet starter i sin oprindelige form (E) og oxideres af H2O2 til en aktiv mellemforbindelse, der er kendt som forbindelse 1 (Ei). Forbindelse 1 oxiderer et molekyle phenol (PhOH) for at danne et frit phenolradikal (PhO) og bliver til forbindelse II (Eii). Forbindelse II oxiderer et andet phenolmolekyle og danner endnu et frit phenolradikal og fuldender cyklussen ved at vende tilbage til sin oprindelige form E. De frie radikaler polymeriserer og danner uopløselige forbindelser, som udfældes fra opløsningen . Polymerisationsreaktionen er illustreret i Endnu en anden peroxidase, benævnt farvestof-affarvende peroxidase (EC 1 : 1 : 1 : 1 : ) fra svampe af Agaricus-typen, er blevet rapporteret som katalysator for oxidation af farvestoffer og phenolforbindelser (figur 2).

Figur 2

Reaktionsskema, der er involveret i produktionen af hydroxylradikaler af hvidrådsvampe via quinonredoxcykling . 1,4-benzokinon (BQ) reduceres af quinonreduktase (QR) og producerer hydroquinon (BQH2), som oxideres af et af de ligninmodificerende enzymer til semikinoner . Produktionen af superoxidanionradikaler ved autoxidation katalyseres hovedsagelig af Fe3+ , der reduceres til Fe2+ . Fentons reagensdannelse sker ved O2-dismutation til H2O2.

4.3. Fjernelse af hormonforstyrrende kemikalier (EDC’er)

Flere klasser af oxidative enzymer har vist sig lovende med hensyn til effektiv fjernelse af EDC’er, som er resistente over for konventionelle spildevandsbehandlinger. Selv om kinetikken af reaktioner mellem individuelle EDC’er og udvalgte oxidative enzymer såsom HRP er veldokumenteret i litteraturen, er der kun foretaget få undersøgelser af reaktioner med EDC-blandinger . EDC’er er en gruppe af forbindelser, som på grund af deres kemiske struktur kan virke som agonister eller antagonister af hormoner. De kan forstyrre syntese, sekretion, transport, binding, virkning og udskillelse af endogene hormoner, som er ansvarlige for opretholdelse af homøostase, reproduktion, udvikling og integritet i levende organismer og deres afkom . De er vidt udbredt i miljøet, men findes hovedsagelig i spildevandsudledninger. Adskillige værker har rapporteret om EDC-oxidation ved hjælp af manganperoxidase. Ved hjælp af 10 U/mL manganperoxidase fra Pleurotus ostreatus blev 0,4 mM bisphenol elimineret i løbet af 1 time . Peroxidaser er også nyttige i forbindelse med fjernelse eller nedbrydning af andre potente miljøforurenende stoffer som f.eks. chloraniliner og polycykliske aromatiske kulbrinter .

4.4. Nedbrydning af polychlorerede biphenyler (PAH’er) Pesticider

Pesticider omfatter en bred vifte af stoffer, der oftest anvendes til at bekæmpe insekter, ukrudt og svampe. Pesticideksponering hos mennesker er forbundet med kroniske sundhedsproblemer eller sundhedssymptomer som f.eks. åndedrætsbesvær, hukommelsesforstyrrelser, dermatologiske tilstande, kræft, depression, neurologiske underskud, aborter og fødselsdefekter . Biologisk nedbrydning af pesticider er den vigtigste og mest effektive måde at fjerne disse forbindelser fra miljøet på. Mikroorganismer har evnen til at interagere, både kemisk og fysisk, med stoffer, hvilket fører til strukturelle ændringer eller fuldstændig nedbrydning af målmolekylet .

Peroxidaser udvundet fra nogle svampearter har et stort potentiale til at omdanne adskillige pesticider til uskadelige former. Omdannelse af organofosfor-pesticider ved hjælp af hvid rådsvampe er blevet undersøgt , og der er blevet rapporteret om omdannelse af flere organofosfor-pesticider ved hjælp af chloroperoxidase fra Caldariomyces fumago. PAH’er består af to eller flere sammensmeltede aromatiske ringe og er bestanddele af råolie, creosot og kul . Det meste af forureningen med PAH’er stammer fra den omfattende brug af fossile brændstoffer som energikilder. Peroxidaser og phenoloxidaser kan virke på specifikke PAH’er ved at omdanne dem til mindre giftige eller produkter, der er lettere at nedbryde. PAH’er oxideres af peroxidaser som f.eks. ligninperoxidase og manganperoxidase . På trods af deres alsidighed og potentielle anvendelse i miljøprocesser anvendes peroxidaser endnu ikke i stor skala. Forskellige udfordringer som f.eks. stabilitet, redoxpotentiale og produktion af store mængder bør tages op for at anvende peroxidaser til omdannelse af forurenende stoffer . Peroxidaser udvundet fra visse svampearter har et stort potentiale til at omdanne adskillige pesticider til uskadelige former. På trods af deres alsidighed og potentielle anvendelse i miljøprocesser anvendes peroxidaser endnu ikke i stor skala. Forskellige udfordringer, såsom stabilitet, redoxpotentiale og produktion af store mængder, bør tages op for at anvende peroxidaser til omdannelse af forurenende stoffer.

4.5. Nedbrydning af chlorerede alkaner og alkener

Forurening af jord og grundvandsmagasiner med de alifatiske halogencarboner trichlorethylen (TCE) og perchlorethylen (PCE), der i vid udstrækning anvendes som affedtningsopløsningsmidler, er et alvorligt miljøforureningsproblem. TCE underkastes in vitro reducerende dehalogenering katalyseret af LiP fra P. chrysosporium i tilstedeværelse af tertiær alkohol, H2O2 og EDTA (eller oxalat), hvilket fører til dannelse af de tilsvarende reducerede klorerede radikaler . En stamme af bakterien IM-4, der er i stand til at nedbryde imazethapyr (IMZT), blev isoleret fra den IMZT-forurenede jord. Denne stamme viste også evne til at nedbryde andre imidazolinonherbicider som f.eks. imazapyr, imazapic og imazamox . Ekstracellulære hydroxylradikaler produceret af T. versicolor via quinonredoxcykling viste sig også at kunne katalysere nedbrydning af PCE og TCE . TCE mineraliseres af P. chrysosporium-kulturer, der dyrkes aerobt. Disse forskere foreslog, at TCE er genstand for in vitro reducerende dehalogenering katalyseret af LiP fra P. chrysosporium i tilstedeværelse af tertiær alkohol, H2O2 og EDTA (eller oxalat), hvilket fører til produktion af de tilsvarende reducerede klorerede radikaler .

4.6. Nedbrydning af phenoxyalkanoid- og triazinherbicider

De mest almindeligt anvendte bredbladede herbicider i hele verden er 2,4-dichlorphenoxyeddikesyre (2,4-D) og 2,4,5-trichlorphenoxyeddikesyre (2,4,5-T). 2,4-D og måske 2,4,5-T er en bestanddel af Agent Orange, der i vid udstrækning blev anvendt som et afblomstringsmiddel. 2,4-D er meget modtagelig over for bakteriel nedbrydning og er generelt ikke langtidsholdbar i miljøet. På den anden side er 2,4,5-T relativt mere modstandsdygtig over for mikrobiel nedbrydning og har en tendens til at blive ved med at eksistere i miljøet. Det er blevet beskyldt for alvorlige sygdomme hos mange veteraner fra Vietnamkrigen, hvor de blev udsat for Agent Orange, der blev anvendt som afblødningsmiddel. Det blev også rapporteret, at disse stoffer var mutagene stoffer og derfor meget giftige for mennesker. Ligninolytiske peroxidaser fra P. chrysosporium og Dichomitus qualens var involveret i nedbrydningen af klorerede phenolintermediater af 2,4-D og 2,4,5-T. Disse resultater var baseret på den øgede nedbrydning af ringmærket og sidekæde-mærket 2,4,5-T og 2,4-D af D. Squalens ved tilsætning af Mn2+ (en kendt inducerende faktor for MnP) til mediet og på øget nedbrydning af P. chrysosporium i et nitrogenbegrænset medium (hvor produktionen af både LiP og MnP induceres). Atrazin er et almindeligt anvendt triazinherbicid, som nedbrydes af en række hvid rådsvampe, der producerer laccaser og peroxidase .

4.7. Nedbrydning af klorerede dioxiner

Pyklorinerede dibenzodioxiner (PCDD’er) er en gruppe af meget giftige miljøforurenende stoffer, som er bekræftet kræftfremkaldende for mennesker og har tendens til at bioakkumulere i mennesker og dyr på grund af deres lipofile egenskaber. Polychlorerede dibenzodioxiner (PCDD) og polychlorerede dibenzofuraner (PCDF) er blevet vist at blive nedbrudt af flere arter af hvid rådsvampe, hvilket tyder på, at LiP og MnP muligvis er involveret. En svamp P. sordida producerede MnP, men ikke LiP, og rå MnP viste nedbrydning af dioxinerne.

4.8. Nedbrydning af chlorerede insekticider

Lindan (c-isomer af hexachlorcyclohexan) var tidligere et meget anvendt pesticid, og der blev anslået produceret 600 000 tons lindan på verdensplan mellem 1950 og 2000. Der er nu et globalt forbud mod brugen af lindan på grund af dets persistens i miljøet som forurenende stof. P. chrysosporium dyrket under ligninolytiske forhold blev rapporteret til delvist at mineralisere lindan i flydende kulturer og i en majskolbe- tilsat jord inokuleret med P. chrysosporium, men lindannedbrydning blev ikke observeret in vitro ved brug af renset LiP og MnP fra P. chrysosporium . DDT (1,1,1,1-trichloro-2,2-bisethan), det første af de klorerede organiske insekticider, blev anvendt i ret stor stil efter Anden Verdenskrig. Høje niveauer af DDT i landbrugsjord giver anledning til stor bekymring, fordi de udgør en alvorlig trussel mod fødevaresikkerheden og menneskers sundhed. Det er blevet påvist, at hvidrådssvampene P. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor og Phellinus weirii mineraliserer DDT .

4.9. Peroxidase som biosensorer

Biosensorer er blevet defineret som analytiske anordninger, der nøje kombinerer biokognitionselementer med fysiske transducere til påvisning af målstoffet. Der er udviklet flere eksempler på biosensorer for relevante miljøforurenende stoffer. Biosensorer kan f.eks. være nyttige til løbende overvågning af et forurenet område . De kan også have fordelagtige analytiske egenskaber som f.eks. høj specificitet og følsomhed (som er indbygget i den særlige biologiske genkendelsesbiotest). H2O2 anses for at være mediator for den biokemiske biokemi i cellulær patologi og er måske involveret i ætiologien af aldring og progressive neurodegenerative sygdomme som Parkinsons sygdom. På grund af dets afgørende rolle i neurokemien har bestemmelse af H2O2-koncentrationen været et meget interessant forskningsområde. Elektrokemiske metoder baseret på peroxidase-biosensorer har vist sig at være meget fordelagtige for biovidenskaberne på grund af deres direkte realtidsmålinger og deres evne til praktiske anvendelser . En ny tredje generations biosensor for hydrogenperoxid blev konstrueret ved at krydsbinde HRP på en elektrode modificeret med multiwall carbon nanotubes . Samtidig giver biosensorer mulighed for at bestemme ikke blot specifikke kemikalier, men også deres biologiske virkninger, f.eks. toksicitet, cytotoksicitet, genotoksicitet eller hormonforstyrrende virkninger, dvs. relevante oplysninger, der i nogle tilfælde er mere betydningsfulde end den kemiske sammensætning. Enzymatiske biosensorer er baseret på selektiv hæmning af specifikke enzymer af forskellige klasser af forbindelser, hvor faldet i aktiviteten af det immobiliserede enzym i tilstedeværelse af målanalytten er den parameter, der ofte anvendes til kvantificering.

Der er udviklet en ny myoglobinbaseret elektrokemisk biosensor baseret på et nanokomposit fremstillet af flervæggede kulstofnanorør, der var belagt med ceria nanopartikler . En anden anvendelse af helcellebiosensorer er bestemmelse af det biologiske iltbehov (BOD). Pesticider (herbicider, fungicider og insekticider) anvendes i vid udstrækning i landbruget og industrien verden over på grund af deres høje insekticidaktivitet. Biosensorer er potentielt nyttige, da de hurtigt kan detektere pesticider og har været aktive på forskningsområdet i nogle år. Der blev udviklet en anden værdifuld HRP-baseret biosensor, hvor polyvinylpyrrolidon (PVP) nanofibre blev spundet med inkorporering af enzymet HRP. Ved hjælp af scanningelektronmikroskopi (SEM) af de spundne nanofibre blev den ikke-vævede struktur, som havde en gennemsnitlig diameter på 155 ± 34 nm, bekræftet. De HRP-holdige fibre blev testet for deres ændring i aktivitet efter elektrospinning og under opbevaring. Der blev anvendt et kolorimetrisk assay til at karakterisere HRP-aktiviteten ved at reagere med nanofibermåtterne i en mikrotiterplade og overvåge ændringen i absorptionen over tid . Hurtige og følsomme detektionsmetoder er af største betydning for identifikation af patogener i forbindelse med sundhed og sikkerhed. Peroxidase anvendes til udvikling af en nukleinsyresekvensbaseret lateral flow-assay, som opnår en lav detektionsgrænse ved hjælp af kemiluminescens og enzymatisk signalforstærkning .

4.10. Anvendelse i papirmasse- og papirindustrien

Biprodukterne fra papirmassefremstilling (sortlud) og spildevand fra papirmassefabrikker skaber alvorlige miljøproblemer på grund af den høje forureningsbelastning. Det er vigtigt at løse miljøproblemerne i papirmasse- og papirindustrien for at bevare skovindustrien og imødekomme de skiftende økonomiske behov i skovsamfundene . Fremstilling af papirmasse i papirmasse- og papirindustrien omfatter to hovedprocesser, nemlig træopbrydning og blegning. Ved træopbrydningsprocessen koges træflis i en opløsning af natriumhydroxid og natriumsulfat ved forhøjet temperatur og tryk for at bryde flisen til fibermasse. Den kemiske reaktion med træfibrene opløser alle de deponerede materialer, som er svære at nedbryde, og disse derivater vaskes væk fra fibrene under vaske- og afvandingsprocessen. De forskellige ekstrakter under vaskningen omfatter hovedsagelig ligniner, cellulose, phenoler, harpikser, fedtsyrer og tanniner, der blandes sammen til et mørkt sort, tyktflydende, alkalisk affald, kendt som sortlud. Det alkaliske spildevand udgør kun 10-15 % af det samlede spildevand, men bidrager med næsten 90-95 % af den samlede forureningsbelastning i form af høj pH, BOD, COD og farve, hvilket gør det meget giftigt for miljøet. Derfor er det berettiget at foretage en passende behandling af sort spildevand, inden det udledes i miljøet. De biologiske metoder til behandling af sortlud, der omfatter anvendelse af svampe, bakterier, alger og enzymer som enkeltstående behandling eller i kombination med andre fysiske og kemiske metoder, synes at være mere økonomiske og miljøvenlige. Blandt de biologiske metoder, der hidtil er blevet afprøvet, er det meste af litteraturen begrænset til nogle få slægter af hvid rådsvampe på grund af deres uspecifikke ekstracellulære enzymsystem (LiP, MnP og Laccase), der er involveret i den biologiske nedbrydning af lignin.

5. Konklusion

Peroxidasers betydning for afgiftning af forurenede miljøer beror på deres evne til at katalysere reduktionen af peroxider, såsom hydrogenperoxid og oxidationen af en række organiske og uorganiske forbindelser og polymeriseringen af giftige forbindelser eller ved krydsreaktion med andre phenoler eller med cosubstrater med giftige og uskadelige egenskaber og genererer polymerprodukter (dimmere, trimmere, hybridoligomerer), som højst sandsynligt vil akkumuleres i jord og/eller vandsystemer. Peroxidaser har potentiale til bioremediering af spildevand forurenet med phenoler, kresoler og andre industrielle spildevand, til dekolourisering af tekstilfarvestoffer, fjernelse af hormonforstyrrende kemikalier, nedbrydning af pesticider, polychlorerede biphenyler, chlorerede alkaner og alkener i jord, phenoxyalkanoiske herbicider, triazinherbicider, chlorerede dioxiner og chlorerede insekticider. Peroxidaser anvendes også som biosensorer. De hurtige fremskridt i brugen af peroxidase til nedbrydning af forurenende stoffer har kastet mere lys over bæredygtige strategier for bioremediering af forurenende forbindelser og miljøbeskyttelse ved hjælp af forskellige enzymer. Miljøbeskyttelse påvirkes af tre sammenvævede faktorer: miljølovgivning, etik og uddannelse. Hver af disse faktorer spiller en vigtig rolle med hensyn til at påvirke miljøbeslutninger på nationalt plan og miljøværdier og -adfærd på personligt plan. For at miljøbeskyttelse kan blive en realitet, er det vigtigt for samfund og nationer at udvikle hvert af disse områder, som tilsammen vil informere og drive miljøbeslutninger.

Anerkendelser

Dette arbejde er blevet finansieret af Council for Scientific and Industrial Research, New Delhi, under CSIR-NET Junior Research Fellowship, som er tildelt en af forfatterne (NB). Forfatterne er taknemmelige over for CSIR, New Delhi, og Department of Biotechnology, Himachal Pradesh University, Shimla.