Abstrakt

Biotechnologie 2013: Faktoren, die die Cadmiumtoxizität bei Weißfäulepilzen lindern - Kuber Bhainsa - University of Cincinnati College of Medicine

Kuber Bhainsa, Khajamohiddin Syed und Jagjit S. Yadav 

Die gleichzeitige Umweltkontamination mit Schwermetallen und PAK stellt eine Aufgabe für die Bioremediation dar. Um Metall-PAK-Gemische abbauen zu können, muss sich der biologisch abbauende Organismus in einem metabolisch aktiven Zustand befinden, in dem er PAK abbauen kann und gleichzeitig in der Lage ist, die gleichzeitig kontaminierenden Metalle zu tolerieren. Vor diesem Hintergrund wurden Toleranzstudien mit Cadmium (Cd) und einzelnen PAK sowohl einzeln als auch gemeinsam durchgeführt. Für diese Studie wurde der Weißfäulepilz Phanerochaete chrysosporium verwendet, von dem bekannt ist, dass er PAK abbauen kann, und die Xenobiotikatoxizität wurde anhand der Wachstumshemmung durch Messung des Myzeltrockengewichts bewertet. Cd in Konzentrationen über 0,1 mM zeigte eine dosisabhängige Hemmung des Pilzwachstums, während der Test-PAK je nach PAK-Typ eine hemmende Wirkung im Konzentrationsbereich von 10-25 ppm zeigte. Das Muster der Wachstumshemmung folgte der Reihenfolge Pyren > Phenanthren > B(a)P. Beide Schadstoffe verursachten in ihrer jeweiligen Hemmkonzentration Veränderungen im Wachstumsmuster des Organismus in Form kompakter, perlenartiger Formen. Offenbar linderte die gleichzeitige Exposition mit PAK die Cd-Toxizität, was auf eine schützende Wirkung der PAK hindeutet. Andererseits beschleunigte der chemische Abbau von Glutathion die Cd-Toxizität, was darauf hindeutet, dass es eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Cd-Toleranz bei P. chrysosporium spielt. Der Sprung des Menschen in Richtung Industrialisierung und Komfortleben ist ein Sprung in die Umweltverschmutzung und infolgedessen eine Verschlechterung der menschlichen Gesundheit. Die Umwelt wird durch Schwermetalle aus industriellen Abwässern während der Metallverarbeitung sowie über andere Schadstoffpfade verschmutzt. Tatsächlich ist jede gewerbliche Tätigkeit, die Metalle verwendet, mit der Metallentsorgung verbunden. Schwermetalle sind von Natur aus nicht biologisch abbaubar und chronisch; daher können sich Umweltstationen (Boden und Wassersystem) nicht selbst von diesen giftigen Schadstoffen reinigen. Schwermetalle können in kritische Metalle wie Kupfer, Mangan, Zink und Eisen und nicht essentielle Metalle wie Cadmium, Blei, Quecksilber und Nickel unterteilt werden. Cadmium und Blei zählen aufgrund ihrer hohen Toxizität zu den vorherrschenden Schadstoffen. Cadmium wird durch Abraum aus Minen, Abwässern aus der Textil-, Leder-, Gerberei-, Galvanik- und Verzinkungsindustrie sowie Cadmiumbatterien in die Umwelt freigesetzt. Die wässrigen Lösungen von Cadmium wurden durch Verdünnen einer Cd(II)-Milchvorratslösung (Konzentration 1000 mg L-1) hergestellt, die durch Auflösen von Cd(NO3)2.4H2O in deionisiertem Wasser gewonnen wurde. Für jedes Experiment wurden saubere Verdünnungen vorbereitet. Cd(NO3)2.4H2O wurde von Merck, Deutschland, gekauft. Kartoffeldextrose-Agar (PDA), Malzextrakt-Agar (MEA) und Kartoffeldextrose-Brühe (PDB) wurden als festes bzw. flüssiges Medium verwendet. PDA- und MEA-Medium wurden von Merck, Deutschland, gekauft. PDB-Medium wurde von Scharlau, Europäische Union, gekauft.In allen Experimenten wurde deionisiertes Wasser verwendet (TKA Smsrt2Pure, Deutschland). Alle Laborgläser und Kunststoffe wurden vor der Verwendung in 2 M HNO3 technischer Qualität eingeweicht, mit destilliertem Wasser gespült und 2 Stunden lang bei 180 °C wärmegetrocknet. Der Cd-Bereich in Erdböden liegt zwischen 0,2 und 1,1 mg kgˉ1. Die höchsten Cd-Konzentrationen (in mg kgˉ1) werden für Böden im Bereich der metallverarbeitenden Industrien berichtet, beispielsweise in Belgien 1781, in Polen 270 und in den Vereinigten Staaten 1500. Die vorliegende Studie identifizierte sieben besonders tolerante Pilze. Diese Pilze zeigten verschiedene Resistenzstrategien gegenüber Cadmium und waren in der Lage, Cadmium aus flüssigen Medien zu binden. Aspergilus versicolor unterschied sich in seinem Reinigungsverhalten deutlich von anderen isolierten Pilzen in dieser Studie. Der Pilz zeigte eine unglaubliche Fähigkeit, in Gegenwart von Cd aktiv zu wachsen und die Cadmiumkonzentration auf weniger toxische Werte zu senken. Die Einführung von Aspergilus versicolor als Aasfresserbiota ist der erste Schritt zur Entwicklung dieses Pilzes in der Bioremediationswissenschaft. Es werden Anstrengungen unternommen, um Bioremediation technisch/wirtschaftlich tragfähig zu machen; daher sollten wir unsere Aufmerksamkeit darauf richten, das gesamte Potenzial von Mikroorganismen auszuschöpfen. Die Erforschung des Metallaufnahmeprozesses auf genetische Weise, die Manipulation der Zellstruktur, einschließlich Autoklavieren oder Trocknen von Biomasse, und die Verwendung von Mischspuren sind moderne Technologien in Biobehandlungsstudien. Die Cd-Konzentrationen der in dieser Studie verwendeten Bodenproben betrugen 56,90 und 488,25 (mg kgˉ1Boden) für die Bleiraffinerieindustrie bzw. die Zinkraffinerieindustrie. Da für die Bodenproben Abfalldeponien ausgewählt wurden, ist es nicht überraschend, dass der Cd-Gehalt zu hoch war. Die Gattungen Aspergilus versicolor, Paecilomyces sp.G, Aspergillus fumigatus, Microsporum sp, Terichoderma sp, Paecilomyces sp.9 und Cladosporium sp zeigten Bioakkumulationskapazitäten von 7,313, 5,878, 5,243, 5,0,5, 4,557, 2,849 und 2,631 mg gˉ1 in Reihenfolge einer Kapazitätsreduzierung. Der gut akkumulierende Pilz war auch der toleranteste Stamm. Für den Rest des Pilzes blieb dieser Trend jedoch nicht bestehen. Mit Ausnahme von Paecilomyces sp.G, der semi-akkumulierend und semi-tolerant zu sein schien, waren Aspergillus fumigatus und Microsporum sp einige der empfindlichen Isolate; sie waren jedoch mäßig akkumulierende Pilze. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Eliminationspotenzial nicht proportional zur Toleranz ist. Ähnliche Beobachtungen bezüglich des Mangels an Korrelation zwischen Metalltoleranz und Entfernungskapazität wurden bereits früher gemacht. Tatsächlich war die Aufnahmekapazität mit der Art des Toleranzmechanismus von Pilzen verbunden. In Biobehandlungsstandards müssen der Resistenzmechanismus und die Sanierungsmethoden von Mikroorganismen im Vordergrund stehen und die Faktoren, die diese Themen gemeinsam haben, müssen bestimmt werden.In diesem Bereich ist es wichtig, Toleranzmechanismen zu durchlaufen, die letztendlich zur Entdeckung neuer Bioaufnahmeaktivitäten (Bioakkumulation und Biosorption) führen. Es wurden verschiedene einzigartige Metallakkumulationsmethoden erkannt. Die physikochemischen Eigenschaften von Metallen und die Körperstruktur des Organismus wirken sich beide auf die Metallaufnahme aus. Es könnte angenommen werden, dass eine nachlassende Aufnahme in den Gattungen Cladosporium und Paecilomyces sp. 9 zum von diesem Pilz verwendeten Cadmium-Ablehnungstoleranzmechanismus beitrug. Biografie Kuber Bhainsa, Ph.D., ist Gastwissenschaftler am Department of Environmental Health (DEH) der University of Cincinnati College of Medicine (UCCOM), gefördert durch den DBT-CREST AWARD, DBT, Regierung von Indien. bhainskr@ucmail.uc.edu