Abstract

A kezeletlen szennyvíz ipari kibocsátása a víztestekbe és a levegőbe rontja a víz, illetve a levegő minőségét. Az ipari tevékenységekből származó hatalmas mennyiségű szennyezőanyag veszélyt jelent a környezetre és az ökológiai egyensúlyra. A fenolok és halogénezett fenolok, policiklikus aromás szénhidrogének (PAH), endokrin rendszert károsító vegyi anyagok (EDC), peszticidek, dioxinok, poliklórozott bifenilek (PCB), ipari színezékek és egyéb xenobiotikumok a legfontosabb szennyező anyagok közé tartoznak. A peroxidázok olyan enzimek, amelyek különböző vegyületek átalakítására képesek szabadgyökös mechanizmust követve, ezáltal oxidált vagy polimerizált termékeket eredményezve. Ezeknek a szennyező anyagoknak a peroxidáz átalakulását a toxicitásuk csökkenése kíséri, a biológiai aktivitás elvesztése, a biológiai hozzáférhetőség csökkenése vagy a vizes fázisból való eltávolítása miatt, különösen, ha a szennyező anyag vízben található. Az áttekintés ismerteti a peroxidázok forrásait, az általuk katalizált reakciókat és a környezetszennyezők kezelésében való alkalmazásukat.

1. Bevezetés

Az emberiség számára két előre nem látható kihívás az energia és a környezetvédelem. A társadalom egészének működése és jövőbeli fejlődése az új és megújuló energiaforrások rendelkezésre állásától, valamint a környezetszennyező termelési folyamatok új, környezetbarát folyamatokra való cserélésének képességétől függ. Ezek a fejlemények együttesen a környezettudományok központi jelentőségének növekvő tudatosságához vezettek, mivel az emberiség megpróbál áttérni a Földdel és természeti erőforrásaival való fenntarthatóbb kapcsolatra. A peroxidázok potenciálisan csökkenthetik a környezetszennyezést a fenolokat, kreszolokat és klórozott fenolokat tartalmazó szennyvizek bioremediációjával, a szintetikus textilipari azo-festékek biopulpingjával és színtelenítésével. A peroxidázok (EC 1.11.1.7) olyan oxidoreduktázok, amelyek a peroxidok, például a hidrogén-peroxid (H2O2) redukcióját és számos szerves és szervetlen vegyület oxidációját katalizálják. Konkrétan, a peroxidáz aktivitás magában foglalja az elektronok adományozását, amelyek más szubsztrátokhoz, például vas-cianidokhoz és aszkorbáthoz kötődnek, hogy ártalmatlan komponensekre bontják őket.

A peroxidázok potenciálisak a fenolokkal, kreszolokkal és klórozott fenolokkal szennyezett szennyvizek bioremediációjában, a biopulping biofehérítésében a papíriparban, a textilfestékek lebontásában és a peroxid eltávolításában olyan anyagokból, mint az élelmiszerek és ipari hulladékok. A textilgyárakból származó technológiai víz gyakran erősen elszíneződik a hagyományos fehérítő kezeléssel szemben ellenálló és peroxidázzal lebontható rodamin színezékek jelenléte miatt. A fehér rothadó gombák egyedülálló képessége a lignin lebontására nagyrészt az extracelluláris peroxidázaik által végzett, nem specifikus szabad gyökök által közvetített oxidáló reakcióknak tulajdonítható. A peroxidáz Mn(II) hiányában dimetoxibenzolt, lignin dimereket, fenolokat, aminokat, színezékeket és aromás alkoholokat oxidál; a peroxidáz fenolos és nem fenolos szubsztrátokat oxidál. Még egy másik peroxidáz, az Agaricus típusú gombákból származó festék-színtelenítő peroxidáz néven ismert, amely katalizálja a színezékek és fenolos vegyületek oxidációját . A különböző forrásokból származó peroxidázok viszonylag nem specifikusak, és a fehér rothadó gombáknak egyedülálló képességet biztosítanak a környezetszennyezők, például dioxinok, poliklórozott bifenilek, kőolajszénhidrogének, lőszerhulladékok (például trinitrotoluol), ipari festékszennyező anyagok, gyomirtószerek és peszticidek lebontására.

2. A peroxidázok forrásai

A peroxidázok (EC 1.11.1.7) széles körben elterjedtek a természetben. Ezeket az enzimeket számos forrás termeli, beleértve a növényeket, az állatokat és a mikrobákat. A mikrobiális forrásokból, például baktériumokból (Bacillus sphaericus, Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., Citrobacter sp.), cianobaktériumokból (Anabaena sp.), gombákból (Candida krusei, Coprinopsis cinerea, Phanerochaete chrysosporium), aktinomycetekből (Streptomyces sp., Thermobifida fusca) és élesztőgombák, amelyeket a szennyező anyagok lebontására, állati takarmányok és nyersanyagok előállítására a vegyipar, a mezőgazdaság és a papíripar számára, textilfestékek lebontására, a papír- és cellulóziparban a lignin lebontására, festékek színtelenítésére, szennyvízkezelésre, valamint bioszenzorokként is használnak. Számos növényi forrásról számoltak be peroxidázok előállítására, mint például a torma, a papaya (Carica papaya), a banán (Musa paradisiacal) és a puszta (Acorus calamus). A tormából nyert peroxidázt (HRP) széles körben használják diagnosztikai készletekben, ELISA-ban antitest jelölésére, különböző aromás vegyi anyagok szintézisére, valamint peroxidok eltávolítására olyan anyagokból, mint az élelmiszerek és ipari hulladékok (1. ábra).

1. ábra

A HRP által katalizált általános reakció.

3. A peroxidáz(ok) jellemzői

A peroxidázok olyan oxidoreduktázok, amelyek különféle reakciókat katalizálnak, például a peroxidok, például a hidrogén-peroxid redukcióját és különféle szerves és szervetlen vegyületek oxidációját. Ezek hemefehérjék, és vas (III) protoporfirin IX-et tartalmaznak prosztetikus csoportként. Molekulatömegük 30 és 150 kDa között mozog. A peroxidáz kifejezés specifikus enzimek egy csoportját jelenti, mint például a NADH-peroxidáz (EC 1.11.1.1.1), a glutation-peroxidáz (EC 1.11.1.9) és a jód-peroxidáz (EC 1.11.1.1).8), valamint számos nem specifikus enzim, amelyeket egyszerűen csak peroxidázoknak neveznek.

4. Alkalmazások és peroxidáz biokatalízis a környezetszennyezők kezelésében

4.1. Peroxidáz biokatalízis a környezetszennyezők kezelésében

4.1. Szintetikus színezékek színtelenítése

A festékhulladékok a xenobiotikumoknak tekintett, biológiailag nehezen lebomló szennyezőanyagok egyik legproblémásabb csoportját képviselik . Ezeket a színezékeket leginkább a textilfestésben, a papírnyomtatásban, a színes fényképezésben és a kőolajtermékek adalékanyagaként használják. Amikor ezek a szintetikus színezékek az ipari szennyvízbe kerülnek, környezetszennyezést okoznak. A textilipar létfontosságú szerepet játszik India gazdasági növekedésében. A víz a természet egyik legfontosabb terméke, amelyet az ember rengeteget használ, és nem természetellenes, hogy minden növekvő közösség hatalmas mennyiségű szennyvizet vagy szennyvizet termel. A környezetre veszélyes vegyületek biológiai lebontásának eléréséhez a fehér rothadó gombák értékes alternatívaként jelennek meg. Az oxidációs képesség a fehér rothadó gombák azon képességén alapul, hogy oxidatív enzimeket, például laccázt, mangánperoxidázt és ligninperoxidázt termelnek . Ezek az oxidázok és peroxidázok a jelentések szerint kiváló oxidálószerek a színezékek lebontására .

Szintetikus textilfestékek színtelenítésére számos bakteriális peroxidázt használtak. A Cr (VI) kromát és az Acid Orange 7 (AO7) azoszínezék eltávolítását vizsgálták Brevibacterium casei segítségével tápanyag-korlátozó körülmények között. Az AO7-et a Brevibacterium casei redukciós enzimje elektrondonorként használta a Cr (VI) redukciójához. A redukált Cr (III)-krómát az oxidált AO7-gyel komplexálva egy lila köztiterméket képezett . Különböző azoszínezékek elszíntelenítését a Phanerochaete chrysosporium RP 78 által optimalizált körülmények között az azoszínezékkel történő reakciómechanizmuson keresztül vizsgálták. A peroxidáz aerob körülmények között másodlagos metabolitként keletkezett az állófázisban. A textilipari szennyvízzel szennyezett talajból izolált Bacillus sp. VUS képességet mutatott különböző színezékek lebontására. Ligninolitikus peroxidázok termelését, amelyek közvetlenül oxidálják az aromás vegyületeket, már leírták gombákban . Az ipari színezékek biológiai lebontásáért felelős mikroorganizmusokban a ligninperoxidázzal együtt más peroxidázokat is kimutattak . Egy ehető makroszkópikus gomba, a Pleurotus ostreatus olyan extracelluláris peroxidázt termelt, amely képes a remazol briliáns kék és más szerkezetileg különböző csoportok, köztük triarilmetán, heterociklikus azo és polimer színezékek színtelenítésére. A bromofenol-kéket a legjobban (98%), míg a metilénkéket és a toluidinkék O-t legkevésbé (10%) színtelenítették. A HRP-ről kiderült, hogy lebontja az iparilag fontos azoszínezékeket, például a remazol kéket. Ez a festék legalább egy aromás csoportot tartalmaz a szerkezetében, ami a HRP lehetséges szubsztrátjává teszi. A festő és fehérítő egység talajba szivárgó szennyezőanyagai szennyezték a talajvizet, így az fogyasztásra alkalmatlanná vált (1. táblázat).

S. No. A peroxidáz típusa Mikroorganizmus típusa Mikroorganizmus Alkalmazás Referencia
Peroxidáz Baktérium E. coli Festéklebontás
Peroxidáz Baktériumok Bacillus sp. F31 Festéklebontás
Mangánfüggő peroxidáz (MnP), ligninperoxidáz (LiP), Gombák Fourbasidiomycetous fungi (Pleurotus ostreatussensu Cooke, Coriolus versicolor (L.) Quel.., Tyromyces albidus (Schaeff.) Donk, és Trametes gallica Biodelignifikáció
Ligninperoxidáz Baktériumok Citrobacterfreundii (FJ581026) és Citrobacter sp. (FJ581023) Fekete lúg (a cellulózgyártás mellékterméke, amely komoly környezeti problémát okoz)
Ligninperoxidáz Máj Candida krusei Basic Violet 3 (BV), amelyet széleskörűen használnak a következőkben humán- és állatgyógyászatban biológiai festékként és különböző kereskedelmi textil
folyamatokban
Lignin peroxidáz Bacterium Pseudomonas desmolyticum Diazo festék Direct Blue-6
Mn-peroxidáz, Bacterium Pseudomonas sp. Malachit zöld, egy széles körben használt, visszahúzódó festékről bebizonyosodott, hogy rákkeltő és mutagén hatású számos organizmussal szemben.
Ligninperoxidáz Fehérrothadás
gomba
Pleurotusostreatus Remazol. Brilliant Blue R (mesterséges festék)
Peroxidáz Baktérium Pseudomonas sp. Kongó vörös színtelenítése
Ligninperoxidáz izoenzimek (LiP 4,65, LiP 4,15 és LiP 3.85) Gomba Phanerochaete chrysosporium Azo, trifenil-metán, heterociklikus, és
polimer színezékek
Peroxidáz baktérium Clostridium bifermentans Reaktív azo színezékek
Versatilis peroxidáz Gomba Thanatephorus cucumeris Anthrakinonfesték Reactiveblue 5
DyP-típusú peroxidázok Gombák Auricularia auricula-judae Nagy redox-potenciálú festékek
Extracelluláris
LiP
Baktériumok Bacillus sp. Navy blue 2GL-azo festék
Festék…színtelenítő peroxidázok (DyP) Gombák Pleurotusostreatus Azo-festékek
1. táblázat
Szintetikus színtelenítés és detoxifikáció, textilfestékek és egyéb ipari szennyvizek mikrobiális peroxidáz(ok) segítségével.

4.2. Szennyvíz bioremediációja: A fenolos szennyezőanyagok és a kapcsolódó vegyületek eltávolítása

Az ipari szennyezés az egyik fő tényező, amely a körülöttünk lévő környezet romlását okozza, és hatással van az általunk használt vízre; annak minősége és az emberi egészség közvetlenül összefüggő kérdések. A víz jobb minősége és nagyobb mennyisége egészségügyi előnyökkel járna. A biztonságos víz kiküszöböli a vízzel terjedő betegségek fertőző kórokozóit; a nagyobb mennyiségű víz rendelkezésre állása javíthatja az egészséget, mivel lehetővé teszi a jobb személyes higiéniát. A vízszennyezés következtében ipari hulladékok kerülnek a tavakba, folyókba és más víztestekbe, amelyek a tengeri élővilágot már nem teszik barátságossá. A peroxidázokat fenolokkal, kreszolokkal és klórozott fenolokkal szennyezett szennyvizek bioremediációjára alkalmazták. Az aromás vegyületek, beleértve a fenolokat és az aromás aminokat, a szennyező anyagok egyik fő osztályát alkotják. Számos iparág szennyvizében megtalálhatók, beleértve a szénátalakítást, a kőolaj-finomítást, a gyantákat és műanyagokat, a fakonzerválást, a fémek bevonását, a festékeket és más vegyi anyagokat, a textilipart, a bányászatot és a feldolgozóipart, valamint a cellulóz- és papíripart. A textiliparban feldolgozott vizekben jelen lévő fenolok és halogénezett fenolok köztudottan mérgezőek, és némelyikük veszélyes rákkeltő anyag, amely felhalmozódhat az élelmiszerláncban .

A peroxidázok az enzimek fontos osztályát alkotják, amelyek képesek a fenolos vegyületek széles körének oxidatív kapcsolási reakcióit katalizálni . A Phanerochaete chrysosporiumból származó ligninperoxidáz, a HRP, a myeloperoxidáz, a laktoperoxidáz, a mikroperoxidáz-8, a Bjerkandera adusta sokoldalú peroxidáz és a Caldariomyces fumago klóroperoxidáz képes volt a pentaklórfenol-tetraklór-1,4-benzokinon oxidatív dehalogénezéssel átalakítani H2O2 jelenlétében. A P. chrysosporium, P. sordida, C. subvermispora, P. radiata, D. squalens és P. rivulosu által termelt extracelluláris mangánperoxidáz. Az említett extracelluláris peroxidáz kételektronos oxidációja H2O2-vel az I vegyületet eredményezi, amely két egymást követő egyelektronos redukciós lépésen megy keresztül azáltal, hogy a Mn2+-t Mn3+ -ra oxidálja, amely viszont fenolos vegyületeket oxidál. Számos iparág szennyvizében számos mérgező aromás és alifás vegyület fordul elő. Ezek közül a fenol a leggyakoribb aromás szennyezőanyag, és a szennyezett ivóvízben is megtalálható. A fenol mérgező lehet, ha magas szinten van jelen, és ismert, hogy rákkeltő hatású. Már alacsony koncentrációban is hatással van az egészségre. Egy laboratóriumi fenolt répagyökér enzim (peroxidáz) kivonattal kezeltek H2O2 mint oxidálószer jelenlétében, hogy megfelelő szabad gyököket képezzenek. A szabad gyökök polimerizálódva vízben kevésbé oldódó anyagokat képeznek. A csapadékot centrifugálással távolítottuk el, és a fenolmaradékot megbecsültük. Az eredmények azt mutatták, hogy a répagyökér enzimkivonat hatékonyabban bontotta le a fenolt. Egy másik sokoldalú peroxidáz, amelyet a P. eryngii és P. ostreatus az MnP hatásához hasonlóan Mn2+ -ból Mn3+ -ot oxidált, és a LiP-hez hasonlóan magas redoxpotenciálú aromás vegyületek is széleskörű specificitással rendelkeztek, és nem-fenolos vegyületeket oxidáltak .

4.2.1. A HRP-H2O2-fenol reakció mechanizmusa

A torma-peroxidáz fenolos szubsztrátokkal reagálva ciklikus reakción megy keresztül. Ez a szekvencia a következő reakciókban foglalható össze: Az enzim natív formában (E) indul, és H2O2 oxidálja, hogy egy aktív köztes vegyületet képezzen, amelyet 1. vegyületnek nevezünk (Ei). Az 1. vegyület egy molekula fenolt (PhOH) oxidál fenol szabadgyökké (PhO) és II. vegyületté (Eii) alakul. A II vegyület oxidál egy második fenolmolekulát, hogy egy másik fenol szabadgyököt hozzon létre, és a ciklus a natív formájába (E) való visszatéréssel fejeződik be. A szabadgyökök polimerizálódnak és oldhatatlan vegyületeket képeznek, amelyek kicsapódnak az oldatból. A polimerizációs reakciót szemlélteti a Még egy másik peroxidáz, az Agaricus típusú gombákból származó festék-színtelenítő peroxidáz (EC 1 : 1 : 1 : ) nevű peroxidázról jelentették, hogy katalizálja a színezékek és fenolos vegyületek oxidációját (2. ábra).

2. ábra

A fehér rothadó gombák által a hidroxilgyök termelésében részt vevő reakció séma a kinon redox cikluson keresztül . 1,4-benzokinont (BQ) a kinon reduktáz (QR) redukálja, hidrokinont (BQH2) termelve, amelyet a lignin módosító enzimek bármelyike oxidál szemikinonokká . A szuperoxid-anion gyökök autoxidáció általi termelését főként Fe3+ katalizálja, amely Fe2+ -ra redukálódik. A Fenton-reagens képződése O2-diszmutációval H2O2-vé történik.

4.3. Endokrin rendszert károsító vegyi anyagok (EDC-k)

A hagyományos szennyvízkezelésekkel szemben ellenálló EDC-k hatékony eltávolítására az oxidatív enzimek több osztálya is ígéretesnek bizonyult. Bár az egyes EDC-k és a kiválasztott oxidatív enzimek, például a HRP közötti reakciók kinetikája jól dokumentált az irodalomban, az EDC-keverékekkel való reakciókat kevéssé vizsgálták. Az EDC-k olyan vegyületek csoportja, amelyek kémiai szerkezetükből adódóan képesek a hormonok agonistáiként vagy antagonistáiként viselkedni. Zavarhatják az endogén hormonok szintézisét, szekrécióját, transzportját, kötődését, hatását és eliminációját, amelyek az élő szervezetek és utódaik homeosztázisának, szaporodásának, fejlődésének és integritásának fenntartásáért felelősek . Széles körben elterjedtek a környezetben, de főként a szennyvízben találhatók. Számos munka számolt be az EDC mangánperoxidázzal történő oxidációjáról. A Pleurotus ostreatusból származó 10 U/mL mangánperoxidáz alkalmazásával 0,4 mM biszfenol 1 óra alatt eliminálódott . A peroxidázok más erős környezetszennyező anyagok, például a klóranilinek és a policiklusos aromás szénhidrogének eltávolításában vagy lebontásában is hasznosak.

4.4. A poliklórozott bifenilek (PAH-ok) lebontása Peszticidek

A peszticidek közé a rovarok, gyomok és gombák elleni védekezésre leggyakrabban használt anyagok széles skálája tartozik. Az emberi peszticid expozíciót krónikus egészségügyi problémákkal vagy egészségügyi tünetekkel hozzák összefüggésbe, mint például légzési problémák, memóriazavarok, bőrgyógyászati állapotok, rák, depresszió, neurológiai hiányosságok, vetélések és születési rendellenességek . A peszticidek biológiai lebomlása a legfontosabb és leghatékonyabb módja e vegyületek eltávolításának a környezetből. A mikroorganizmusok képesek kémiai és fizikai kölcsönhatásba lépni az anyagokkal, ami a célmolekula szerkezeti változásához vagy teljes lebontásához vezet .

A néhány gombafajból kivont peroxidázok nagy potenciállal rendelkeznek számos peszticid ártalmatlan formává történő átalakításában. Tanulmányozták a foszfororganikus peszticidek átalakulását fehér rothadó gombák által , és beszámoltak több foszfororganikus peszticidnek a Caldariomyces fumago klóroperoxidázzal történő átalakulásáról. A PAH-k két vagy több kondenzált aromás gyűrűből állnak, és a nyersolaj, a kreozot és a szén összetevői. A PAH-ok által okozott szennyezés nagy része a fosszilis tüzelőanyagok energiaforrásként való széles körű használatából származik. A peroxidázok és fenoloxidázok képesek hatni a specifikus PAH-okra azáltal, hogy kevésbé toxikus vagy könnyebben lebontható termékekké alakítják át őket. A PAH-okat peroxidázok, például a ligninperoxidáz és a mangánperoxidáz oxidálják. Sokoldalúságuk és a környezeti folyamatokban való potenciális felhasználásuk ellenére a peroxidázokat még nem alkalmazzák nagy léptékben. A peroxidázok szennyezőanyag-átalakításban való alkalmazásához különböző kihívásokkal kell foglalkozni, mint például a stabilitás, a redox-potenciál és a nagy mennyiségű termelés. A néhány gombafajból kivont peroxidázok nagy potenciállal rendelkeznek számos peszticid ártalmatlan formává történő átalakításában. Sokoldalúságuk és a környezeti folyamatokban való potenciális felhasználásuk ellenére a peroxidázokat még nem alkalmazzák nagy mennyiségben. A peroxidázok szennyezőanyag-átalakításban való alkalmazásához számos kihívást kell kezelni, mint például a stabilitás, a redoxpotenciál és a nagy mennyiségek előállítása.

4.5. A peroxidázok alkalmazása a szennyező anyagok átalakításában. Klórozott alkánok és alkének lebontása

A talajok és víztartó rétegek szennyezése a zsírtalanító oldószerként széles körben használt alifás halogénezett triklór-etilén (TCE) és perklór-etilén (PCE) által komoly környezetszennyezési problémát jelent. A TCE-t in vitro reduktív dehalogénezésnek vetik alá, amelyet a P. chrysosporium LiP katalizál tercier alkohol, H2O2 és EDTA (vagy oxalát) jelenlétében, ami a megfelelő redukált klórozott gyökök előállításához vezet. Az IMZT-vel szennyezett talajból izolálták az IM-4 baktérium egyik törzsét, amely képes lebontani az imazetapirt (IMZT). Ez a törzs más imidazolinon gyomirtó szerek, például imazapir, imazapic és imazamox lebontására is képesnek bizonyult. Kimutatták, hogy a T. versicolor által kinon-redoxcikluson keresztül termelt extracelluláris hidroxilgyökök a PCE és a TCE lebontását is katalizálják. A TCE-t aerob módon termesztett P. chrysosporium kultúrák mineralizálják. Ezek a kutatók azt javasolták, hogy a TCE-t a P. chrysosporium LiP-je által katalizált in vitro reduktív dehalogénezésnek vetik alá tercier alkohol, H2O2 és EDTA (vagy oxalát) jelenlétében, ami a megfelelő redukált klórozott gyökök termeléséhez vezet .

4.6 . Fenoxialkano- és triazinherbicidek lebontása

A világszerte leggyakrabban használt széles levelű gyomirtó szerek a 2,4-diklórfenoxi-ecetsav (2,4-D) és a 2,4,5-triklórfenoxi-ecetsav (2,4,5-T). A 2,4-D és talán a 2,4,5-T az Agent Orange egyik összetevője, amelyet széles körben használtak lombtalanítóként. A 2,4-D meglehetősen érzékeny a bakteriális lebomlásra, és általában nem marad meg sokáig a környezetben. A 2,4,5-T viszont viszonylag ellenállóbb a mikrobiális lebomlással szemben, és hajlamos megmaradni a környezetben. A vietnami háború számos veteránjának súlyos megbetegedéseiért okolták, akiket a lombtalanítószerként használt Agent Orange-nak tettek ki. Ezek a jelentések szerint mutagén hatásúak, és így nagyon mérgezőek az emberekre. A P. chrysosporium és a Dichomitus qualens ligninolitikus peroxidázai részt vettek a 2,4-D és a 2,4,5-T klórozott fenolos intermedierjeinek lebontásában. Ezek az eredmények a gyűrű- és oldallánc-jelölt 2,4,5-T és 2,4-D fokozott lebontásán alapultak a D. qualens által Mn2+ (az MnP ismert induktora) közegbe történő hozzáadásakor, valamint a P. chrysosporium fokozott lebontásán nitrogén-korlátozott közegben (amelyben mind a LiP, mind az MnP termelődése indukálódik). Az atrazin egy általánosan használt triazin herbicid, amelyet számos fehér rothadó gomba által termelt laccáz és peroxidáz bont le .

4.7. A klórozott dioxinok lebontása

A poliklórozott dibenzodioxinok (PCDD-k) a rendkívül mérgező környezetszennyezők egy csoportja, amelyek megerősített emberi rákkeltő anyagok, és lipofil tulajdonságaik miatt hajlamosak az emberekben és állatokban bioakkumulációra. A poliklórozott dibenzodioxinokról (PCDD) és a poliklórozott dibenzofuránokról (PCDF) kimutatták, hogy több fehér rothadó gombafaj bontja le őket, ami a LiP és MnP lehetséges részvételére utal. A P. sordida gomba MnP-t termelt, de LiP-t nem; a nyers MnP pedig a dioxinok lebontását mutatta.

4.8. Klórozott rovarölő szerek lebomlása

A lindán (a hexaklór-ciklohexán c izomerje) a múltban széles körben használt peszticid volt, és 1950 és 2000 között becslések szerint 600 000 tonna lindánt állítottak elő világszerte. A lindán használatára jelenleg globális tilalom van érvényben, mivel környezetszennyező anyagként tartósan megmarad a környezetben. A ligninolitikus körülmények között tenyésztett P. chrysosporiumról beszámoltak, hogy folyékony kultúrákban és P. chrysosporiummal beoltott kukoricacsutkával kevert talajban részben mineralizálta a lindánt, de a lindán lebontását nem figyelték meg in vitro a P. chrysosporiumból tisztított LiP és MnP felhasználásával . A DDT-t (1,1,1,1-triklór-2,2-bisz-etán), az első klórozott szerves rovarölő szert a II. világháború után igen nagy mennyiségben használták. A mezőgazdasági talajokban található magas DDT-szintek komoly aggodalomra adnak okot, mivel komoly veszélyt jelentenek az élelmezésbiztonságra és az emberi egészségre. A P. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor és Phellinus weirii fehér rothadó gombákról kimutatták, hogy mineralizálják a DDT-t.

4.9. Peroxidáz mint bioszenzorok

A bioszenzorokat olyan analitikai eszközökként definiálták, amelyek szorosan egyesítik a biológiai felismerő elemeket fizikai átalakítókkal a célvegyület kimutatására. A releváns környezetszennyező anyagokra kifejlesztett bioszenzorokra számos példa van. A bioszenzorok hasznosak lehetnek például egy szennyezett terület folyamatos megfigyelésére . Előnyös analitikai tulajdonságokkal is rendelkezhetnek, mint például a magas specificitás és érzékenység (az adott biológiai felismerő biotesztben rejlő). A H2O2-t a sejtpatológia biokémiai közvetítőjének tekintik, és talán részt vesz az öregedés és a progresszív neurodegeneratív betegségek, például a Parkinson-kór etiológiájában. A neurokémiában betöltött döntő szerepe miatt a H2O2 koncentrációjának meghatározása jelentős érdeklődésre számot tartó kutatási terület. A peroxidáz bioszenzorokon alapuló elektrokémiai módszerek közvetlen valós idejű méréseik és gyakorlati alkalmazhatóságuk miatt jelentős előnyökkel rendelkeznek a biotudományok számára . A hidrogén-peroxid új, harmadik generációs bioszenzorát a HRP-nek egy többfalú szén nanocsövekkel módosított elektródra történő keresztkötésével hozták létre . Ugyanakkor a bioszenzorok nemcsak a konkrét vegyi anyagok, hanem azok biológiai hatásainak, például toxicitásának, citotoxicitásának, genotoxicitásának vagy endokrin károsító hatásának meghatározására is lehetőséget nyújtanak, vagyis olyan releváns információkat, amelyek bizonyos esetekben jelentősebbek, mint a kémiai összetétel. Az enzimatikus bioszenzorok a specifikus enzimek különböző vegyületosztályok általi szelektív gátlásán alapulnak, és az immobilizált enzim aktivitásának csökkenése a célanalit jelenlétében a mennyiségi meghatározásra gyakran használt paraméter.

Az újszerű myoglobin alapú elektrokémiai bioszenzor egy többfalú szén nanocsövekből előállított nanokompoziton alapul, amelyet cérium nanorészecskékkel vontak be . A teljes sejtes bioszenzorok másik alkalmazása a biológiai oxigénigény (BOD) meghatározása. A növényvédő szereket (gyomirtó, gombaölő és rovarölő szerek) világszerte széles körben használják a mezőgazdaságban és az iparban magas rovarölő hatásuk miatt. A bioszenzorok potenciálisan hasznosak, mivel gyorsan detektálják a növényvédő szereket, és néhány éve aktívak a kutatás területén. Egy másik értékes HRP-alapú bioszenzort fejlesztettek ki, amelyben polivinil-pirrolidon (PVP) nanoszálakat fonottak a HRP enzim beépítésével. A fonott nanoszálak pásztázó elektronmikroszkópiával (SEM) igazolták a nem szőtt szerkezetet, amelynek átlagos átmérője 155 ± 34 nm volt. A HRP-t tartalmazó szálak aktivitásának változását vizsgálták az elektrospinninget követően és a tárolás során. A HRP aktivitásának jellemzésére kolorimetriás vizsgálatot alkalmaztunk a nanoszálas szőnyegekkel való reakcióval egy mikrotiterlemezben és az abszorpció időbeli változásának megfigyelésével . A gyors és érzékeny kimutatási módszerek rendkívül fontosak az egészséggel és biztonsággal kapcsolatos kórokozók azonosításához. A peroxidáz egy nukleinsav-szekvencia alapú laterális áramlási vizsgálat kifejlesztésében használt, amely alacsony kimutatási határt ér el kemilumineszcencia és enzimatikus jelerősítés alkalmazásával .

4.10. Felhasználás a cellulóz- és papíriparban

A cellulózgyártás melléktermékei (fekete lúg) és a cellulózgyári szennyvíz komoly környezeti problémát okoznak a magas szennyezési terhelés miatt. A cellulóz- és papíripar környezeti problémáinak megoldása alapvető fontosságú az erdészeti ipar fenntartásához és az erdészeti közösségek változó gazdasági igényeinek kielégítéséhez . A cellulózgyártás a cellulóz- és papíriparban két fő folyamatot foglal magában, a fakitermelést és a fehérítést. A fafeldolgozás során a faforgácsot nátrium-hidroxid és nátrium-szulfát oldatában, magas hőmérsékleten és nyomáson főzik, hogy a forgácsot rosttömeggé törjék. A faanyagszálakkal való kémiai reakció feloldja az összes nehezen lebomló lerakódott anyagot, és ezeket a származékokat a mosási és víztelenítési folyamat során kimossák a szálakból. A mosás során keletkező különböző kivonatok elsősorban lignineket, cellulózt, fenolokat, gyantákat, zsírsavakat és tanninokat tartalmaznak, amelyek összekeveredve sötétfekete, viszkózus, lúgos lúgos hulladékot, úgynevezett fekete lúgot alkotnak. A lúgos szennyvíz a teljes szennyvíznek csak 10-15%-át teszi ki, de a magas pH, BOD, KOI és szín tekintetében a teljes szennyezési terhelés majdnem 90%-95%-át teszi ki, ami jelentősen mérgezővé teszi a környezetre. Ezért indokolt a fekete szesz megfelelő kezelése a környezetbe való kibocsátása előtt. A feketeleves biológiai kezelési módszerei, beleértve a gombák, baktériumok, algák és enzimek használatát egylépcsős kezelésként vagy más fizikai és kémiai módszerekkel kombinálva, gazdaságosabbnak és környezetbarátabbnak tűnnek. Az eddig kipróbált biológiai módszerek közül a legtöbb szakirodalom a fehér rothadó gombák néhány nemzetségére korlátozódik a lignin biológiai lebontásában részt vevő nem specifikus extracelluláris enzimrendszerük (LiP, MnP és Laccase) miatt .

5. Következtetés

A peroxidázok jelentősége a szennyezett környezetek méregtelenítésében azon a képességükön alapul, hogy képesek katalizálni a peroxidok, például a hidrogén-peroxid redukcióját és a különböző szerves és szervetlen vegyületek oxidációját, valamint a toxikus vegyületek polimerizációját, vagy keresztreakció révén más fenolokkal vagy toxikus és ártalmatlan tulajdonságokkal rendelkező kozubsztrátokkal, és polimer termékeket (dimmerek, trimmerek, hibrid oligomerek) hoznak létre, amelyek nagy valószínűséggel felhalmozódnak a talajban és/vagy a vízrendszerekben. A peroxidázok potenciálisan alkalmasak fenolokkal, kreszolokkal és más ipari szennyvízzel szennyezett szennyvizek bioremediációjára, textilfestékek színtelenítésére, endokrin rendszert károsító vegyi anyagok eltávolítására, növényvédő szerek, poliklórozott bifenilek, klórozott talajalkánok és alkének, fenoxi alkánsav gyomirtók, triazin gyomirtók, klórozott dioxinok és klórozott rovarirtók lebontására. A peroxidázokat bioszenzorokként is használják. A peroxidázoknak a szennyező anyagok lebontására történő felhasználása terén elért gyors előrehaladás több fényt vetett a szennyező vegyületek fenntartható bioremediációs stratégiáira és a környezetvédelemre a különböző enzimek felhasználásával. A környezetvédelmet három, egymással összefonódó tényező befolyásolja: a környezetvédelmi jogszabályok, az etika és az oktatás. E tényezők mindegyike fontos szerepet játszik a nemzeti szintű környezetvédelmi döntések és a személyes szintű környezetvédelmi értékek és magatartásformák befolyásolásában. Ahhoz, hogy a környezetvédelem valósággá váljon, fontos, hogy a társadalmak és a nemzetek fejlesszék e területek mindegyikét, amelyek együttesen tájékoztatják és irányítják a környezetvédelmi döntéseket.

Köszönet

Ezt a munkát a Council for Scientific and Industrial Research, New Delhi támogatta a CSIR-NET Junior Research Fellowship keretében, amelyet az egyik szerző (NB) kapott. A szerzők köszönetet mondanak a CSIR-nek, Új-Delhi, és a Himachal Pradesh Egyetem, Shimla, Biotechnológiai Tanszékének.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.