2. Ausblick

Die rekombinante DNA-Technologie ermöglicht die Herstellung von charakterspezifisch effizienten Pflanzen und Mikroorganismen für die biologische Sanierung von Boden, Wasser und belebtem Schlamm dadurch, dass sie reduzierende Fähigkeiten gegenüber einer breiten Palette von chemischen Verunreinigungen aufweist. Genetisch veränderte Organismen halten schädlichen Stresssituationen stand und können als Bioremediatoren unter verschiedenen und komplexen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.

Die Gentechnik hat zur Entwicklung von "mikrobiellen Biosensoren" geführt, um den Grad der Verschmutzung an kontaminierten Standorten schnell und genau zu messen. Verschiedene Biosensoren wurden entwickelt, um die Schwermetallkonzentrationen wie Hg, Cd, Ni, Cu und As zu bewerten. Die Gentechnik von Endophyten und rhizospherischen Bakterien für den pflanzenassoziierten Abbau von Schadstoffen im Boden wird als eine für die Sanierung von Altlastenmetall meistversprechenden neuen Technologien eingeschätzt. Bakterien wie Escherichia coli und Moreaxella sp. mit der Expression eines Phytochelatin haben gezeigt, dass sie 25 Mal mehr Cd oder Hg akkumulieren als die Wildtyp-Stämmen.

Die wichtigste Einschränkung der phytoremediation Technologie ist die Anreicherung von Schadstoffen oder deren Metaboliten in Pflanzengeweben, die Verunreinigung von Pflanzen und Freisetzungen in die Atmosphäre über eine verkürzte Verflüchtigung. Dieses Problem kann durch die Manipulation der Metalltoleranz, die Akkumulation und das Abbaupotential von Pflanzen gegen verschiedene anorganische Schadstoffe minimiert werden. Die bakteriellen Gene können zum Metallabbau in die Pflanzen eingebracht werden, um den Abbau von Metallen in den Pflanzengeweben zu ermöglichen. Die Anwendung einer gentechnisch veränderten Bioremediation auf Pflanzenbasis für verschiedene Schwermetall- Schadstoffe steht im Vordergrund aufgrund ihrer Umweltfreundlichkeit und reduziert Gesundheitsrisiken im Vergleich zu physikalisch-chemisch basierten Strategien, die weniger umweltfreundlich und mehr gefährlich für die menschliche Gesundheit sind. Verschiedene mikrobielle Gene können in der transgenen Pflanze zur Entgiftung und Akkumulation von anorganischen Verunreinigungen nutzbar gemacht werden. Die Metall entgiftenden Chelatoren wie Metallothineins und Phytochetains können durch Verbesserung der Aufnahme, des Transports und die Ansammlung verschiedener Schwermetalle Widerstand gegen die Pflanze aufbauen. Schnell wachsende sowie hohe Biomasse-ertragreiche Pflanzen wie Pappeln, Weiden und Jatropa könnte sowohl für Phytoremediation wie für Energieerzeugung verwendet werden. Unter den schnell wachsenden und hochbiomasseliefernden Pflanzen, ist die Pappel die wegen ihrer schnellen Wachstumsrate und des Potenzials hohe Biomasse innerhalb kurzer Zeit zu produzieren (5-8 Jahre), die am häufigsten untersuchte Baumart. Viele der Pappel-Hybridsorten sind mit mikrobiellen katabolischen Genen und spezifischen Transportern für eine verstärkte Sanierung genetisch modifiziert worden. So zeigte Quecksilber Reduktase und γ-glutamylsysteine Synthetase Gene mit erhöhter Resistenz gegenüber Hg und Cd und Cu, jeweils durch Anhäufung von höheren Konzentrationen dieser Metalle. Veränderte Pflanzen mit multiplen Genen werden den vollständigen Abbau von Schadstoffen erleichtern, um sicherzustellen, dass die geerntete Biomasse vollständig für zusätzliche Vorteile verwendet werden können.

Entworfene Bioremediations-Strategien beinhalten entweder die Zugabe von Wachstums- Stimulatoren (Elektronenakzeptoren / Geber) auf der Rhizosphäre für die Reduktion von Schwermetallen oder die Zugabe von Nährstoffen zu dem kontaminierten Boden zur Verbesserung des mikrobiellen Wachstums und der Bioremediationseigenschaften von Mikroorganismen oder genetisch veränderten Pflanzen. Viele gentechnisch veränderten Bakterien mit Schwermetallreduktionsvermögen durch die Expression von verbesserten Enzymen wie Chromat und Uranyl-Reduktase wurden in eine bestimmten Rhizosphäre eingebracht, um eine spezifische Funktion auszuführen. In ähnlicher Weise sind gentechnisch veränderten Pflanzen auch dafür bekannt, spezielle Verbindungen zu produzieren, die die rhizospherische Umwandlung von Schwermetallen unterstützen.

Die wichtigsten Nachteile der Phytoremediations-Technologie sind Lagerung und Akkumulation von Schadstoffen in den Pflanzenmaterialien, die den Sanierungsprozess verlangsamen und oft unzureichend sind, wenn die Altlast mehrere Schadstoffe hat. Die geeignete Lösung für diese Probleme ist, die mikrobe Pflanzensymbiose innerhalb der Anlagen- Rhizosphäre zu kombinieren oder Mikroben einzuführen, die, wie Endophyten, den Abbau von Schadstoffen in den Pflanzengeweben ermöglichen. Die mikrobielle Population in der Rhizosphäre ist viel höher als in vegetationslosen Böden, und dies ist dem Umstand geschuldet, dass Pflanzen durch die Freisetzung von Substanzen Nährstoffe für Mikroorganismen schaffen. Dieser Ansatz wurde unter Laborbedingungen untersucht, und wenn er unter Feldbedingungen erfolgreich ist, könnte diese Technologie die beschleunigte Entfernung von Schadstoffen erleichtern, was wiederum eine hohe Anlagenbiomasseproduktion für Bioenergie unterstützt. Die wichtigsten Strategien für die Umsetzung von Bioremediationsprozessen umfassen Biostimulation- und Bioaugmentationsansätze, die durch spezifische Mikroben in Kombination mit Pflanzen geleitet werden.

Abgesehen von den oben diskutierten Strategien um die Sanierung von Schwermetallen und Spurenelementen kann dies auch durch Nanotechnologie erreicht werden. Nanopartikel verbessern die mikrobielle Aktivität, um giftige Schadstoffe zu entfernen, "Nanobioremediation" genannt. Nano-basierte Technologien reduzieren nicht nur die Reinigungskosten für Altlasten in großem Maßstab, sondern auch die Prozesszeit. "Bionanotechnology" oder "Nanotechnologie durch Biotechnologie" ist die biologische Herstellung von Nanoobjekten oder bifunktionellen Makromolekülen, die als Werkzeuge verwendet werden, um das Konstrukt oder die Nanoobjekte zu manipulieren. Breite physiologische Vielfalt, geringe Größe, genetische Manipulierbarkeit und kontrollierte Kultivierbarkeit machen mikrobielle Zellen ideal zum Herstellen von Nanostrukturen aus natürlichen Produkten, wie Polymeren und Magnetos, um Proteine oder Proteinkonstrukte zu erezugen, wie Virus-ähnliche Proteine ​​und maßgeschneiderte Metallpartikel. Diese innovative Technik wäre ein vielversprechendes Werkzeug, um dem eskalierenden Problem der Schwermetalle sowie organischen Schadstoffen in der Umwelt zu begegnen.

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