Atık sudan izole edilen Pseudomonas spp. suşları ile kurşun ve nikel ağır metallerinin giderimi
Amaç: Son yıllarda endüstriyel ve teknolojik gelişmelerden kaynaklanan atıkların çevreye olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak veya azaltmak için atık su arıtımında kullanılan klasik yöntemlerin yerine biyoteknolojik Pseudomonas spp. suşları çevresel biyoteknoloji çalışmalarında çevre kirliliğine neden olan kirletici faktörleri yok etme kabiliyetleri nedeniyle tercih edilmektedir. Bu çalışmada, atık sudan izole edilen 40 adet Pseudomonas cinsi bakteri kullanılarak insanlar ve diğer canlı organizmalar için toksik olan kurşun ve nikel metallerinin giderim mekanizması incelenmiştir. Bu çalışma ile endüstriyel ve evsel atık sulardaki ağır metallerin canlı mikroorganizmalar ile giderimi çalışmalarına katkı sağlanması amaçlanmıştır. Bulgular: İzolatlardan 22 tanesi P. aeruginosa, 11 tanesi P. stutzeri, yedi tanesi de P. mendocina olarak tanımlanmıştır. Suşların 50 ppm metal içeren besiyerlerinde 37˚C’deki inkübasyonu sonrası, üreme yoğunlukları doğrultusunda her bir metal için en dirençli beş adet izolat belirlenmiştir. Pseudomonas spp.’ler metal toleranslarının tespiti amacıyla 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm ve 400 ppm kurşun ve nikel içeren ayrı besiyerlerinde 24 saat 37˚C’de inkübasyona bırakılarak % ölüm ve LC50 değerleri hesaplanmıştır. Bu çalışmanın sonucunda; en dirençli suşlar Pb +2 için P. aeruginosa BK14, Ni +2 için P. stutzeri BK23 olarak belirlenmiştir. LC50 değerlerinde metal içeren besiyerlerinde 37˚C’de tekrar inkübasyona bırakılan BK23 ve BK14 suşlarında sırası ile 10. ve 30. dakikalarda ve 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20 ve 24. saatlerde biyobirikim deneyleri yapılmıştır. Metallerin giderimi, hücre yüzeyine adsorbsiyon ve hücre içine alınım şeklinde gerçekleşmiştir. P. aeruginosa BK14 suşu ile 204,30 ppm Pb +2 ’nin %56’sı hücre yüzeyinde olmak üzere % 84 giderim; P. stutzeri BK23 suşu ile 186,21 ppm Ni +2 ’in %47’si hücre yüzeyinde olmak üzere toplamda %76 giderim gerçekleşmiştir.Sonuç: Elde edilen sonuçlara göre her iki metal için de giderim daha çok hücre yüzeyine tutunma yolu ile olmuştur. Bu çalışma ile ilk defa kurşun ve nikele dirençli canlı Pseudomonas spp.’ler ile ağır metal giderim mekanizması hücre yüzeyine tutunma ve hücre içine alınım şeklinde mukayeseli olarak değerlendirilmiştir
Removal of the lead and nickel heavy metals with Pseudomonas spp. strains which isolated from waste water
Objective: In recent years, biotechnological methods are preferred instead of classical methods used in wastewater treatment in order to eliminate or reduce the negative effects of wastes on the environment arising from industrial and technological developments. Pseudomonas spp. are preferred in environmental biotechnology studies because of their ability to remove pollutant factors that cause serious environmental pollution. In this study, the removal mechanism of lead and nickel metals which are toxic for humans and other living organisms were investigated with 40 Pseudomonas genus bacteria which isolated from waste water. With this study, it is aimed to contribute to the removal works of heavy metals in industrial and domestic wastewater by living microorganisms. Methods: 40 Pseudomonas spp. which were isolated from the pools of wastewater treatment plant, have tolerance and resistance tests for lead and nickel. Bioaccumulation tests were performed using the determined LC50 values and the removal of metal ions by the Pseudomonas spp. was evaluated as cell uptake and cell surface involvement.Results: 22 isolates were identified as P. aeruginosa, 11 were P. stutzeri and seven were P. mendocina After incubation of bacteria strains at 37˚C for 24 hours in media containing 50 ppm metal, the most resistant five isolates were determined for each metal. For determination of metal tolerances, Pseudomonas spp. are incubated at 37°C for 24 hours on separate media containing 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm and 400 ppm lead and nickel and the % of death and LC50 values were calculated. According to results of this study, it was determined that isolates highest metal tolerance for Pb +2 is P. aeruginosa BK14 and for Ni +2 is P. stutzeri BK23. Bioaccumulative assays were performed at 10, 30 minutes and at the 1st, 2nd, 4th, 8th, 12th, 16th, 20th and 24th hours, respectively. Removal of the metals was carried out on the cell surface by adsorption and cell uptake. P. aeruginosa BK14 strain removed 84 % of 204,30 ppm Pb +2 in total, as which 56 % of on the cell surface and P. stutzeri BK23 strain removed the 76 % of 186,21 ppm Ni +2 in total, as which 47 % of on the cell surface. Conclusion: According to the results obtained, the removal of both metals was mostly due to the attachment to the cell surface. In this study, the heavy metal removal mechanism with live Pseudomonas spp.which resistant to lead and nickel was evaluated as comparative to cell surface attachment and cell uptake for the first time.
___
- 1. Özdemir K. Meyvesuyu Fabrikası Atıksularının
Elektrokimyasal Olarak Arıtılması, Yüksek Lisans
Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri
Enstitüsü, 2005.
- 2. Özer A, Özer D. Nikel (II) iyonlarının iki kademeli
kesikli kapta Cladophora crispata ile giderilmesi.
Turk J Eng Environ Sci, 1998, 22: 305-13.
- 3. Wilde EW, Beneman JR. Bioremoval of heavy
metals by the use of microalgae. Biotechnol
Adv,1993,11: 781-812.
- 4. Tefloncu A. Biyoteknoloji. Bornova/İzmir:Ege
Üniversitesi Yayınlar: 1995.
- 5. İleri R. Çevre Biyoteknolojisi. Adapazarı: Değişim
Yayınları, 2000.
- 6. OECD (Organization for the Economic Cooperation
and Development), OECD Guideline for testing of
chemical: Alga, growth inhibition test, 1984.
- 7. APHA, AWWA, WPCF, Standart Methods for
the examination of water and wastewater,
Washington, 1971.
- 8. Öztürk Ş. Çeşitli tatlı sulardan izole edilen bazı
Synechocystis sp. izolatlarına Cr(VI) ve Cd(II) ağır
metallerinin etkisi ve giderimi: metal gideriminin
protein ve tiyoller açısından değerlendirilmesi.
Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, 2008.
- 9. Fusconi R, Godinho MJL. Screening
Exopolysaccharide-Producing Bacteria From
Sub-Tropical Polluted Groundwater. Braz. J.
Biol.,2002, 62: 363-9.
- 10. Robertson EB and Firestone MK. Relationship
Between Desiccation and Exopolysaccharide
Production in soil Pseudomonas spp. Appl Environ
Microbiol, 1992,58: 1284-1291.
- 11. Matsunaga T, Takeyama H, Nakao T, Yamazawa A,
Screening of marine microalgae for bioremediation
of cadmium-polluted seawater, J. Biotechnol.,
1999, 70:33-8.
- 12. King EO, Ward MK, and Raney DE. Two Simple
Media for The Demonstration of Pyocyanin and
Fluoresci. J. Lab. Clin. Med., 1954, 44: 301-7.
- 13. Asthana S, Rusin P and Gerba CP. Influence of
hydrocarbons on the virulence and antibiotic
sensitivity associated with Pseudomonas
aeruginosa. Int J Environ Health Research, 1997,
7: 277-87.
- 14. Ceylan Ö, Uğur A, Bio-Monitoring of Heavy Metal
Resistance in Pseudomonas and Pseudomonas
Related Genus, J Biol Environ Sci, 2012, 6(18),
233-42.
- 15. Sun F, Shao Z. Biosorption and bioaccumulation
of lead by Penicillium sp. Psf-2 isolated from
the deep sea sediment of the Pacific Ocean.
Extremophiles, 2007, 11: 853–8.
- 16. Srinath T, Verma T, Ramteke PW, Garg SK.
Chromium(VI) biosorption and bioaccumulation
by chromate resistant bacteria. Chemosphere,
2002,48 (4): 427-435.
- 17. Yılmaz EŞ. Siyanobakterilerle ağır metallerin
giderimi ve bunu etkileyen faktörlerin
araştırılması. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
- 18. Raungsomboon S, Chidthaisong A, Bunnag B,
Inthorn D, Harvey NW. Production, composition
and Pb (+2) adsorption characteristics of capsular
polysaccharides extracted from a cyanobacterium
Gloeocapsa gelatinosa. Water Res.,2006, 40:3759–
66.
- 19. Banerjee M, Mishra S, Chatterjee J. Scavenging
of nickel and chromium toxicity in Aulosira
fertilissima by immobilization: Effect on nitrogen
assimilating enzymes. Electron J Biotechnol,
2004,7:3- 15.
- 20. Bueno BYM, Torem ML, Molina F, de Mesquita
LMS. Biosorption of lead(II), chromium(III) and
copper(II) by R. opacus: Equilibrium and kinetic
studies. Miner Eng, 2008, 21: 65–75.
- 21. Acar Ç. Kurşun (Pb+2) ve Nikel (Ni+2) İyonlarının
Desmodesmus armatus ile Biyosorpsiyonu. Yüksek
Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, 2017.
- 22. Bajguz A. Blockade of heavy metals accumulation
in Chlorella vulgaris cells by 24-epibrassinolide.
Plant Physiol Biochem, 2000, 38: 797-801.
- 23. Kumar YP, King P, Prasad VSR. Adsorption of zinc
from aqueoussolution using marine green algaeUlva fasciata sp., Chem Eng J, 2007,129: 161–6.
- 24. Van Ho A, Ward DM, Kaplan J, Transition metal
transport in yeast, Ann Rev Microbiol, 2002, 56:
237-61.
- 25. Zalups RK, Ahmad S. Molecular handling of
cadmium in transporting epithelia, Toxicol Appl
Pharmacol,2003, 186: 163-88.
- 26. Yalçın S, Öztürk Ş, Keloğlu B. Atık Sulardan İzole
Edilen Pseudomonas Spp.’ lerin Ekzopolisakkarit
Üretimine Bazı Ağır Metallerin Etkisi, Nevşehir
Bilim ve Teknoloji Dergisi 2018, 7 : 223-39.
- 27. Kumar KS, Dahms HU, Won EJ, Lee JS, Shin KH.
Mikroalgae – A Promising Tool for Heavy Metal
Remediation. Ecotoxicology and Environmental
Safety, 2015, 113, 329-52.