Βιοαποικοδόμηση πετρελαιοκηλίδων 🛢️🌊
Μία από τις πιο εντυπωσιακές περιβαλλοντικές εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας είναι η αξιοποίηση μικροοργανισμών για τον καθαρισμό των θαλασσών από το πετρέλαιο. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται βιοαποικοδόμηση (ή βιοεξυγίανση). 🦠
Πώς ρυπαίνεται η θάλασσα από πετρέλαιο 🚢
Το πετρέλαιο καταλήγει στις θάλασσες από πολλές πηγές:
- λιπαντικές βιομηχανίες και βιομηχανικά απόβλητα 🏭
- διαρροές διυλιστηρίων
- αποπλύσεις των δεξαμενών των πετρελαιοφόρων
- ναυάγια πετρελαιοφόρων πλοίων ⚓
Τα αποτελέσματα της πετρελαϊκής ρύπανσης φαίνονται ανάγλυφα στα πτηνά με τα καλυμμένα από πίσσα φτερά και αφορούν κυρίως:
- τον αφανισμό των γόνων των ψαριών στις περιοχές με ρύπανση,
- τη μείωση του φυτοπλαγκτού, επειδή το ηλιακό φως δυσκολεύεται να διαπεράσει το στρώμα των πετρελαιοκηλίδων,
- τη μεταφορά τοξικών ουσιών στον άνθρωπο από τα αλιευόμενα ψάρια, τα οποία τρέφονται κοντά στις περιοχές με ρύπανση,
- τις οικονομικές καταστροφές στην αλιεία.
Η χρήση τοξικών ή μη απορρυπαντικών για τη διάλυση των πετρελαιοκηλίδων επιδείνωνε την εικόνα της καταστροφής, εξαφανίζοντας πολλά θαλάσσια είδη. Τα απορρυπαντικά σταματούν τη φυσική βιοδιάσπαση του πετρελαίου, επειδή το μετατρέπουν σε γαλάκτωμα. Το γαλακτωματοποιημένο πετρέλαιο αποτελεί τροφή για κάποιους οργανισμούς και έτσι γίνεται μέρος της τροφικής αλυσίδας στο θαλάσσιο οικοσύστημα.
Οι φυσικοί «καθαριστές» 🦠
Στη θάλασσα υπάρχουν περισσότερα από 70 γένη βακτηρίων και μυκήτων που είναι ικανά να διασπούν το πετρέλαιο. Οι μικροοργανισμοί αυτοί μεταβολίζουν τους υδρογονάνθρακες του πετρελαίου και τους μετατρέπουν τελικά σε διοξείδιο του άνθρακα.
Στη φύση η διάσπαση του πετρελαίου από τους μικροοργανισμούς είναι ιδιαίτερα αργή. Ορισμένα βακτήρια μπορούν να διασπάσουν το 70% μιας πετρελαιοκηλίδας μέσα σε πέντε εβδομάδες — κάτι για το οποίο η φύση, χωρίς παρέμβαση, θα χρειαζόταν περίπου πενήντα πέντε (55) χρόνια.
Οι δύο τρόποι της Βιοτεχνολογίας 🔧
Η Βιοτεχνολογία επιδιώκει να επιταχύνει και να βελτιστοποιήσει τη διάσπαση των πετρελαιοκηλίδων με δύο τρόπους:
- α. Διευκολύνοντας τα βακτήρια στο απορρυπαντικό τους έργο. Αυτό γίνεται με προσθήκη των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών (άζωτο, φώσφορος, σίδηρος), κάτι αντίστοιχο με την προσθήκη λιπάσματος στους αγρούς.
- β. Εντοπίζοντας και απομονώνοντας νέα στελέχη βακτηρίων με μεγάλη αναπαραγωγική ικανότητα, που διασπούν το πετρέλαιο οξειδώνοντας τις ενώσεις του σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Τέτοια βακτήρια απομονώνονται από τις ίδιες τις περιοχές της ρύπανσης (επιζούν χρησιμοποιώντας ως τροφή τους υδρογονάνθρακες), αναπτύσσονται στο εργαστήριο για να αυξηθεί ο αριθμός τους και απελευθερώνονται στο περιβάλλον με προσθήκη κατάλληλων θρεπτικών συστατικών. Στο εργαστήριο γίνεται επίσης προσπάθεια να τροποποιηθούν γενετικά ώστε να παράγουν νέα ένζυμα που διασπούν το πετρέλαιο.
Γενετικά τροποποιημένα βακτήρια 🧬
Για να επιταχυνθεί η διάσπαση, η Βιοτεχνολογία αξιοποιεί γενετικά τροποποιημένα βακτήρια. Το 1980 κατοχυρώθηκε (με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας) το πρώτο είδος βακτηρίου που είχε την ικανότητα να διασπά το πετρέλαιο.
Ένα βακτήριο που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τον σκοπό αυτό πρέπει να πληροί ορισμένες προϋποθέσεις:
- να είναι γενετικά σταθερό (χαμηλή συχνότητα μεταλλάξεων) 🧬
- να είναι μη παθογόνο 🚫
- τα προϊόντα της διάσπασης να μην είναι τοξικά ✅
Επιτάχυνση με προσθήκη θρεπτικών συστατικών 🧪
Πέρα από την επιλογή κατάλληλων μικροοργανισμών, η διάσπαση επιταχύνεται με την προσθήκη θρεπτικών συστατικών στην περιοχή της πετρελαιοκηλίδας. Προστίθενται άζωτο, φώσφορος και σίδηρος, ώστε να επιτευχθεί καλύτερη και ταχύτερη ανάπτυξη των βακτηρίων. 🌱
Η μέθοδος της προσθήκης θρεπτικών συστατικών εφαρμόστηκε για πρώτη φορά μετά τη μεγάλη διαρροή πετρελαίου στην Αλάσκα το 1989, από τη βύθιση του δεξαμενόπλοιου Exxon Valdez. Σε ακτή μήκους 160 χιλιομέτρων, η διάσπαση του πετρελαίου αυξήθηκε έως και 4 φορές με την προσθήκη θρεπτικών συστατικών, μέσα σε περίοδο 30 ημερών.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη βιοαποικοδόμηση 🌡️
Η ταχύτητα και η αποτελεσματικότητα της διάσπασης του πετρελαίου εξαρτώνται από:
| Παράγοντας | Επίδραση |
|---|---|
| Θερμοκρασία περιβάλλοντος 🌡️ | Υψηλότερη το καλοκαίρι — ταχύτερη διάσπαση |
| Σύσταση του πετρελαίου 🛢️ | Διαφορετικά συστατικά διασπώνται με διαφορετικό ρυθμό |
| Συγκέντρωση οξυγόνου του θαλασσινού νερού 🫧 | Απαραίτητο για τους αερόβιους μικροοργανισμούς |
| Επάρκεια θρεπτικών συστατικών 🧪 | Άζωτο, φώσφορος και σίδηρος επιταχύνουν την ανάπτυξη |
Η βιοαποικοδόμηση των πετρελαιοκηλίδων αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά παραδείγματα του πώς η Βιοτεχνολογία μπορεί να συμβάλει αποφασιστικά στην προστασία του φυσικού περιβάλλοντος. 🌍💚