2. Перспективи
Рекомбинантните ДНК технологии позволяват получаване на ефективни растения и микроорганизми със специфични качества за биоремедиация на почви, води и активна утайка, които показват подобрен капацитет за разграждане на широк набор от химически замърсители. Генноинженерните организми притежават способност да издържат на неблагоприятни стресови ситуации и могат да се използват като биоремедиатори при различни и сложни условия на средата.
Генното инженерство е довело до разработването на „микробни биосензори“ за бързо и точно измерване на степента на замърсяване на даден терен. Разработени са най-различни биосензори за оценка на концентрациите на тежки метали и полуметали, като Hg, Cd, Ni, Cu и As. Генноинженерните ендофити и ризосферни бактерии за асоциирано с растенията разграждане на замърсители в почвите се смятат за една от най-многообещаващите нови технологии за ремедиация на терени, замърсени с метали. Демонстрирано е, че бактерии като Escherichia coli и Moreaxella sp., които експресират фитохелатин, акумулират 25 пъти повече Cd или Hg в сравнение с дивия тип щамове.
Главното ограничение на фиторемедиационната технология е натрупването на замърсители или на техни метаболити в тъканите на растенията, при което се съкращава животът на растенията и се отделят замърсители в атмосферата в резултат от изпарението. Този проблем може да бъде сведен до минимум чрез манипулиране на толерантността към метали и потенциала на растенията за акумулиране и разграждане на разнообразни неорганични замърсители. Бактериалните гени, отговорни за разграждането на металите, могат да бъдат внесени в растения, за да се позволи разграждане на металите в тъканите на растенията. На преден план е приложението на генноинженерната биоремедиация, основаваща се на растения, за различни тежки метали, замърсяващи околната среда, поради своя екологично чист характер и понижената опасност за здравето в сравнение със стратегиите на физико-химичен принцип, които са по-неекологични и по-застрашаващи зравето на човека. В трансгенните растения могат да бъдат впрегнати различни гени от микроорганизми за детоксифициране и акумулиране на неорганични замърсители. Хелаторите, детоксифициращи метали, каквито са например металотионеините и фитохелатините, могат да придадат на растението резистентност, като повишават поемането, транспортирането и акумулирането на различни тежки метали. Бързо растящите растения, а също и тези, които дават голяма биомаса, като тополата, върбата и ятрофата, биха могли да намерят приложение, както за фиторемедиация, така и за производство на енергия. Сред растенията, които растат бързо и дават голяма биомаса, най-широко изследвана е тополата поради бързата скорост на растеж и потенциала за натрупване на голяма биомаса за кратко време (5–8 години). Много от хибридните разновидности тополи са генномодифицирани с гени от метаболизма на микроорганизмите и специфични транспортери за усилена ремедиация. Например гените за живак(ІІ) редуктаза и γ-глутамил-цистеин синтетаза придават повишена устойчивост съответно към Hg и Cd и Cu благодарение на акумулирането на тези метали в по-високи концентрации. Генноинженерни растения с множество внесени гени ще спомогнат за пълното разграждане на замърсителите, за да се гарантира, че събраната биомаса може да бъде използвана докрай за допълнителни ползи.
Стратегиите за проектирана биоремедиация включват или въвеждане на растежни стимулатори (донори/акцептори на електрони) в ризосферата за редуциране на тежките метали, или добавяне на хранителни вещества в замърсената почва за стимулиране на микробния растеж и на биоремедиационните свойства на микроорганизмите или генетично модифицираните растения. Постигнато е приложение на редица проектирани бактерии със способност за редукция на тежки метали чрез експресия на подобрени ензими, като хромат или уранил редуктаза, в специфична ризосфера за изпълняване на определена функция. Известни са също и генномодифицирани растения, образуващи специфични съединения, които могат да съдействат за ризосферната трансформация на тежки метали.
Главните недостатъци на фиторемедиационната технология се свеждат до складирането и акумулирането на замърсители в растителните материали и забавянето на ремедиациционния процес, който често става незадоволителен при наличие на множество замърсители в замърсения терен. Удачното разрешение на тези проблеми е да се комбинира симбиозата микроорганизъм–растение в рамките на ризосферата или да бъдат въведени микроорганизми като ендофити, с което да се позволи разграждане на замърсителите в растителните тъкани. Популацията на микроорганизмите в ризосферата е много по-висока по численост, отколкото в почви без растителност, което се дължи на благоприятстващото действие от страна на растенията чрез отделяне на хранителни вещества за микроорганизмите. Този подход е изпробван в лаборатория и ако се окаже успешен и в полеви условия, тази технология би могла да улесни ускореното отстраняване на замърсители, което от своя страна ще допринесе за натрупване на голямо количество растителна биомаса за биоенергия. Основните стратегии за приложение на биоремедиационните процеси включват подходите на биостимулиране и биоаугментация, водени от специални микроорганизми заедно с растения.
Освен с разгледаните по-горе стратегии, ремедиация на тежки метали и микроелементи може да се постигне и с нанотехнологията. Използването на наночастици, които подобряват способността на микроорганизмите да отстраняват токсични замърсители, се нарича „нанобиоремедиация“. Нанотехнологиите не само намаляват разходите по очистване на замърсените терени в голям мащаб, а също така скъсяват и процесното време. „Бионанотехнологията“, или „нанотехнологията чрез биотехнология“, е биопроизводството на нанообекти или двуфункционални макромолекули, използвани като инструменти за конструиране или манипулиране на нанообекти. Голямото физиологично разнообразие, малките размери, податливостта на генетично манипулиране и контролирано култивиране правят микробните клетки идеални продуценти на голям набор от наноструктури – като се започне от естествени продукти, като полимери и магнитозоми, и се стигне до проектирани белтъци и белтъчни структури, като вирусоподобни белтъци, и адаптирани метални частици. Този иновативен метод би бил многообещаващ инструмент за справяне с ескалиращия проблем със замърсяването на околната среда с тежки метали и органични съединения.
