Bioremediace

Vypadá to jako zaklínací formule z čarodějnické příručky. Něco na tom je. Má přinutit různé živáčky, aby uklidili to, co špatného člověk do přírody vnesl. Je známo, že ponecháme-li mnohé věci ve volně v přírodě - pokud to není diamant nebo zlato - za čas jaksi „zmizí". Postará se o to povětrnost, ale zejména u organických látek různé organismy.

Primát hrají bakterie a houby. Tož si lidé vymysleli, že si je vyšlechtí tak, aby dělali tuto službu u látek, kterých se chceme zbavit a které v přírodě škodí. Takovýto očišťovací proces dostal název bioremediace. Pořádaly se o ní mnohé konference, nemálo i u nás.

Pochopitelně, byly na prvním místě bakterie. Selektovaly se takové, které v laboratoři umí nejlépe rozložit polycyklické uhlovodíky, chlorované bifenyly a podobné obávané látky. Je k disposici řada kmenů bakterií, které je přemění na poměrně nezávadné produkty až nakonec na vodu a kysličník uhličitý. U chlorovaných polycyklických uhlovodíků obvykle odštěpí chlor a nahradí jej hydroxylem. Ten pak usnadní oxidaci uhlovodíkového skeletu. Ale i ropné produkty znehodnocující půdu a vyloženě populární jsou medializované havárie tankerů a znečišťující vyteklou ropou moře a pobřeží. I tam bakterie pomohou její rychlou oxidací..

Jde jen o to, jak v laboratoři vyšlechtěné bakterie použít. U havárií tankerů na moři, případně jiných vodních nádrží je to jednoduché: kultury bakterií se přímo vlévají do zasažené oblasti. Kontaminace půdy - a to je velmi častý případ zejména v průmyslových oblastech a na místech parkování motorových vozidel - je to složitější. Pokusy vnést kulturu polutanty žeroucích bakterií do půdy selhaly. Uvědomíme-li si, že půda je osídlena obvykle stovkami milionů bakterií (rostoucích na laboratorních mediích, což je jen zlomek skutečně přítomných) v jednom gramu, pak není divu, že přistěhovalci z laboratoře proti těmto starousedlíkům nemají šanci. U silně znečištěných půd se tedy zavedla perkolační bioremediace, kdy se půda promývá a roztok se vede přes nádoby (analogie fermentorů) s vyšlechtěnou kulturou případně zakotvenou na vhodném nosiči. Bakteriím se navíc může přilepšít chybějící živinou, aby se úspěšně daly do díla. Ty sníží koncentraci polutantů, případně je prakticky odstraní a voda se může vrátit zpět.

Analogií je metoda vyvinutá na Vysoké škole chemicko technologické (VŠCHT), jak odstraňovat organické výpary z ovzduší. Je to problém třeba v lakovnách, kde odpařující se rozpouštědlo se se vzduchem vyfukuje ven - třeba pod nos sousedům. Na takový odtah lze nasadit biologický filtr osazený bakteriemi, které příslušné rozpouštědlo rozloží, využívajíce je částečně jako pochutinu pro vlastní růst.

Pro plošnou , jak jsme viděli, nejsou bakterie příliš vhodné; nevyrostou a nemnoží se tam, kde bychom chtěli. Tuto přednost mají rostliny. Proto se mnoho týmů věnuje vyšlechtění rostlin s podobnými asanačními schopnostmi jako bakterie. Patří k nim skupina z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a VŠCHT. Pracují metodou přenosu genů (transgenose), využívajíce právě bakteriálních genů, které se v bioremediaci pomocí bakterií osvědčily.

Již mezi válkami čeští fyziologové rostlin pozorovali, že rostliny jsou schopné hromadit ve svém těle některé kovy. Zejména vzbudilo pozornost zlato a navrhovala se „fytoprospekce" tj. podle obsahu zlata v rostlinách usuzovat na výskyt tohoto kovu v horninách v podloží. Z hlediska biorermediací není zajímavé zlato, ale toxické kovy jako kadmium, olovo, případně další těžké kovy. Pokud v rostlině se zvýší obsah sloučenin s sulfhydrylovými skupinami (-SH), rostlinu to nejen chrání před toxicitou těžkých kovů, ale díky jejich pevné vazbě je ve svém těle  hromadí. Proto snaha našich i zahraničních molekulárních biologů je zvýšit obsah -SH skupin - nejčastěji glutathionu - v rostlině a takové pak použít pro odstraňování těžkých kovů. Je vhodné je vysázet na zamořené půdě, sklidit, usušit a spálit. Popel obsahující příslušný kov je možno zpracovat, nebo bezpečně uložit.

Ještě jinak mohou rostliny pomáhat odstranit lidský odpad. Čistírny odpadních vod využívají činnosti bakterií v podobě tzv. aktivního kalu. Jejich úkolem je oxidovat odpadní organické látky tak, jak by se dělo v přirozeném potoku nebo řece, ale urychleně a na malé ploše čistírny. Potíž je v tom, že konečným produktem oxidace organických látek obsahujících dusík a fosfor jsou dusičnany a fosforečnany. Obojí patří k hlavním příčinám eutrofizace vodních toků, tedy  rozvoje řas a nežádoucích - případně toxických - sinic. Navíc fosfát se v nerozpustné formě usazuje do bahna, kde pro vodní nádrž - a zejména pro ty, které jsou zdrojem pitné vody - představuje časovanou bombu. Kdyby se takové bahno s fosforem utrhlo, pak se nádrž zamoří řasami a sinicemi a zdroj pitné vody se znehodnotí.

Podtrženo a sečteno, voda z čistíren vypouštěná do toku by měla obsahovat co nejméně nitrátů a zejména fosfátů. Chemické odstraňování není jednoduché a tím ani levné. Proto se zvláště u menších čistíren zavádí tzv. kořenová remediace. Voda z čističky se vypouští na plochu osázenou vhodnými rostlinami, které rychle rostou a vytvářejí hodně biomasy absorbující dusík a fosfor ke stavbě těla. Tyto rostliny se sklidí a kompostují, případně usuší, spálí a popel se použije jako hnojivo. Tím se živiny vracejí do koloběhu.

Když se přeneseme na ještě obecnější úroveň dnes tak populárních klimatických změn - i zde rostliny napravují naše hříchy: absorbují kysličník uhličitý a vyrábějí kyslík. Máme tedy mnoho důvodů si jich vážit.

Autor: Prof. Jaroslav Drobník