Rejestracja

Please leave these two fields as-is:
UWAGA: Prosimy o rozwiązanie prostego równania matematycznego!
zamknij

Zaloguj się

Zapomniałeś hasła?

Jeżeli nie pamiętasz swojego hasła, wyślemy Ci nowe - wystarczy skorzystać ze specjalnego formularza
Przypomnij mi hasło

Zarejestruj się
Napisano: 31 sierpnia 2011

Liczba komentarzy: 0
Oswajamy biotechnologię (XIII) — biosurfaktanty

Biosurfaktanty — to naprawdę jest biotechnologia

Z czym kojarzy Wam się biotechnologia? Większość z nas na pewno w pierwszej kolejności wymieni organizmy modyfikowane genetycznie, klonowanie czy komórki macierzyste. Inni dodadzą jeszcze być może opracowywanie nowych szczepionek. Czy się pomylą? W żadnym wypadku. To naprawdę jest biotechnologia. Naprawdę, ale czy tylko?

Oprócz oblicza tak znanego nam z mediów i obiegowych opinii biotechnologia ma jeszcze drugie, bardziej praktyczne i przyziemne, co nie znaczy, że mniej ważne. Bo czy kandydat na ten kierunek wyobraża sobie, że będzie w przyszłości zajmował się opracowywaniem nowych źródeł otrzymywania detergentów? Wbrew pozorom to także może stanowić zadanie dla biotechnologa.

To jak się odżywiamy i w jakim żyjemy środowisku ma niebagatelny wpływ na nasze zdrowie i samopoczucie, nie wszystko da się wytłumaczyć „genami”. Rozwój przemysłu w minionych dekadach, jak również obecnie, nie pozostaje bez znaczenia dla otaczającego nas świata. Zanieczyszczenie środowiska jest faktem, zaś wiążącego się z nim niekorzystnego wpływu na nasze zdrowie nikt już chyba dzisiaj nie podważa. Znalezienie skutecznych rozwiązań — oto coś dla biotechnologa.

Jednym ze skutków nadmiernego rozwoju przemysłu na niektórych terenach, jak również nieumiejętnej gospodarki odpadami jest zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi. Do kategorii tej zaliczane są pierwiastki metaliczne, których gęstość przekracza 5,0 g cm-3 a liczba atomowa leży w zakresie 21-92. Niektóre z nich, takie jak miedź, cynk czy nikiel są niezbędne do przebiegu prawidłowych funkcji życiowych. Jednakże wzrost ich stężenia powyżej pewnej bezpiecznej granicy jest dla organizmów żywych szkodliwy. Indukowane są zmiany konformacyjne białek i kwasów nukleinowych, zaburzone zostaje prawidłowe funkcjonowanie enzymów i transport komórkowy, rośnie ryzyko mutacji. Całkowita zawartość metali ciężkich w glebie tylko w niewielkim stopniu wpływa na stopień ich toksyczności względem organizmów żywych. Decydujące znaczenie ma tu natomiast ich biodostępność, czyli stężenie jonów metali w roztworze glebowym. Mniejszy wpływ mają również inne czynniki, na przykład właściwości fizykochemiczne gleby.

Obecnie przy remediacji gleb skażonych metalami ciężkimi stosuje się dwie, całkiem sobie przeciwstawne strategie. Pierwsza polega na pozostawieniu szkodliwych związków w glebie, jednakże w formie nieszkodliwej — zostają one przeprowadzone do postaci słabo rozpuszczalnej, a zatem o niskiej biodostępności. Druga z metod zakłada natomiast zwiększenie rozpuszczalności metali ciężkich a następnie usunięcie ich z gleby. Wykorzystuje się do tego celu związki powierzchniowo czynne, czyli surfaktanty. Charakteryzuje je amfifilowa budowa: posiadają one zarówno część hydrofobową jak i hydrofilową. Ich działanie opiera się na zmniejszaniu napięcia powierzchniowego wewnątrz cieczy i na granicy faz. Z tego powodu znajdują szerokie zastosowanie, m. in. w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym, spożywczym ale również tekstylnym czy rolnictwie oraz właśnie w ochronie środowiska. Produkowane na szeroką skalę surfaktanty otrzymywane są na drodze syntez chemicznych. Oprócz wielu zalet posiadają one również wady — pomimo skuteczności w działaniu wykazują niejednokrotnie wysoką toksyczność oraz tendencję do długiego zalegania w glebie.

Stosunkowo nowym sposobem otrzymywania surfaktantów jest ich biosynteza z udziałem mikroorganizmów. Biosurfaktanty czyli powierzchniowo czynne cząsteczki wytwarzane przez żywe komórki, produkowane są z udziałem bakterii (Acinetobacter, Pseudomonas, Bacillus, Corynebacterium) jak również drożdży(Candida, Torulopsis, Saccharomyces) i grzybów strzępkowych (Penicillium spiculisporum, Curvularia lunata). Choć produkcja surfaktantów to domena głównie mikroorganizmów, znane są również surfaktanty pochodzenia roślinnego czy zwierzęcego.

Pierwsze doniesienia o biosurfaktantach pojawiły się w latach czterdziestych XX wieku. Prace kontynuowane w następnych dziesięcioleciach pozwoliły na ich poznanie i podział na glikolipidy, lipopeptydy i lipoproteiny, fosfolipidy, naturalne lipidy oraz specyficzne biosurfaktanty, do których zaliczane są np. całe komórki niektórych drobnoustrojów. Badania w tej dziedzinie koncentrują się zwykle na biosurfaktantach niskocząsteczkowych, ponieważ dla nich istnieją dobrze opracowane procedury biosyntezy i izolacji.

Związki te posiadają szereg zalet: różnorodność form chemicznych, a zatem wysoką specyficzność działania w skrajnych warunkach środowiska (temperatura, pH, zasolenie), mniejszą toksyczność oraz biodegradowalność. Można je produkować z wielu surowców, w tym, na przykład, z odpadów przemysłu tłuszczowego.

Czemu surfaktanty tak dobrze usuwają metale ciężkie z wody? Tłumaczy się to działaniem mechanizmów desorpcji oraz kompleksowania. Cząsteczki surfaktanta gromadząc się na granicy faza stała – roztwór glebowy powodują obniżenie napięcia międzyfazowego i działania sił kapilarnych a także uczestniczą w zwilżaniu metali. Skutkuje to znacznym wzrostem stężenia metali w roztworze glebowym. W fazie wodnej kationy metalu są kompleksowane przez cząsteczki i micele biosurfaktanta, co również przyspiesza desorpcję. Siła wiązań pomiędzy kationami metali ciężkich a naładowanymi ujemnie częściami cząsteczek biosurfaktanta jest na tyle duża, że w wyniku płukania kompleksy te są usuwane w całości.

Podejmowane są również próby wykorzystania pian biosurfaktantów do oczyszczania gleby z metali ciężkich. Niestety, metoda ta choć bezpieczniejsza dla środowiska niż wykorzystanie klasycznej syntezy chemicznej, nie pozbawiona jest wad. Główną z nich są przede wszystkim koszty. Z tego powodu poszukuje się tańszych podłoży hodowlanych, wydajniejszych szczepów produkcyjnych a także optymalnych warunków biosyntez. Obszar ten niewątpliwie otwiera nowe możliwości i jak najbardziej stanowi szansę dla biotechnologów, również polskich; szansę, którą warto wykorzystać.

Olga Andrzejczak

Literatura:

Gumienna Małgorzata, Czarnecki Zbigniew, Rola mikroorganizmów w syntezie związków powierzchniowo czynnych, „Nauka. Przyroda. Technologie”, Tom 4 (2010)

.

Paraszkiewicz Katarzyna, Długoński Jerzy, Wykorzystanie drobnoustrojowych
surfaktantów do usuwania metali ciê¿kich z gleby
, „Biotechnologia”, Tom 77 (2007), s. 81-94

.

Opracowywanie nowych źródeł otrzymywania detergentów także może, wbrew pozorom, stanowić zadanie dla biotechnologa

Już wkrótce Terapia genowa a leczenie chorób monogenowych Pauliny Kłos-Wojtczak

.

image_pdfimage_print
Podziel się ze znajomymi
Skocz do formularza

Komentarze 0

Nikt jeszcze nie skomentował tego wpisu, napisz coś!
  1. Dodaj komentarz
    (wymagany)
    (wymagany)
    (wymagany)

    Pola oznaczone znaczkiem W są obowiązkowe. Musisz wypełnić wszystkie pola wymagane, aby dodać komentarz.
    Twój adres email, który podasz nie zostanie opublikowany z Twoim komentarzem.

    W treści komentarza dozwolone są tagi XHTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

do góry