Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Mgr Magdalena Pacwa-Płociniczak zajmuje się wykorzystaniem bakterii produkujących biosurfaktanty w bioremediacji gleby skażonej związkami ropopochodnymi. 

Podczas burzy, która przeszła nad Czechowicami- Dziedzicami w czerwcu 1971 roku, piorun uderzył w tak zwany kominek oddechowy zbiornika ropy. Wybuchł olbrzymi pożar rafinerii nafty, który pochłonął 37 ofiar. W wyniku gwałtownych reakcji, będących następstwem eksplozji, na strażaków spadło kilka tysięcy ton płonącej ropy. Skutki zdarzenia okazały się tragiczne także dla środowiska naturalnego. Od wybuchu gromadzone są tam bowiem odpady kwaśnej smoły porafinacyjnej, które zatruwają pobliskie gleby.

Na horyzoncie pojwiła się jednak szansa bioremediacji skażonej przestrzeni. Właścicielem terenu jest bowiem firma, która zajmuje się utylizacją odpadów, między innymi zgromadzonej tam smoły. Gdy substancja zostanie zebrana, firma planuje rekultywację owego terenu. W tym punkcie rozpoczyna się możliwość nawiązania współpracy między przedsiębiorstwem i uczelnią. Jak wyjaśnia doktorantka, autorka badań, została już podpisana odpowiednia umowa, dzięki której możliwe będzie zastosowanie wyników prowadzonych eksperymentów w terenie. Jest to ważne nie tylko ze względu na poszukiwanie nowych metod bioremediacji i sprawdzanie ich w praktyce, lecz również na możliwość oczyszczania środowiska ze związków ropopochodnych.

Bakterie występują praktycznie wszędzie. Nie przeszkadzają im ani metale ciężkie, ani związki ropopochodne. W pobliżu Rafinerii Nafty w Czechowicach-Dziedzicach gleby są zanieczyszczone węglowodorami, a w glebach tych występują bakterie, mające zdolność rozkładu owych substancji do dwutlenku węgla i wody. Kontakt bakterii ze związkiem węglowodorowym jest jednak utrudniony. Powierzchnia komórek bakteryjnych jest bowiem hydrofilowa (może łączyć się z wodą), zanieczyszczenia węglowodorowe natomiast charakteryzują się silnymi właściwościami hydrofobowymi (są niezwilżalne przez wodę). Aby kontakt był możliwy (oraz w dalszym etapie rozkład szkodliwego związku organicznego), bakteria radzi sobie, wytwarzając specyficzne związki – biosurfaktanty. Skoro więc znany jest mechanizm działania bakterii, naturalną wydała się możliwość wykorzystania tych właściwości mikroorganizmów do oczyszczania skażonych terenów. Im więcej takich bakterii, tym oczekiwany lepszy efekt. Pierwsze zadanie Mgr Magdaleny Pacwy-Płociniczak polegało więc na opracowaniu taniej metody namnażania bakterii produkujących owe biosurfaktanty. Tradycyjnie odbywa się to na podłożach mikrobiologicznych. Jeśli jednak bierze się pod uwagę masową „produkcję” tych mikroorganizmów, z zachowaniem produkcji związków powierzchniowo-czynnych, konieczne wydało się naukowcom poszukiwanie tańszych metod. Pozostało więc sprawdzić, czy bakterie zechcą się namnażać na… odpadach. Naukowcy zgromadzili dwadzieścia jeden rodzajów ścieków, odpadów oraz produktów ubocznych z przemysłu mleczarskiego, browarniczego, cukrowniczego, alkoholowego i z przetwórstwa warzywno-owocowego.

Pierwsze etapy projektu stanowiły badania w warunkach laboratoryjnych. Przed testowaniem odpadów bakterie zostały wyizolowane z gleby przywiezionej z okolic rafinerii. Najpierw sprawdzona została ich zdolność do produkcji związków powierzchniowoczynnych. Stosowano różne metody analizy, by zwiększyć prawdopodobieństwo otrzymania wyników. Następnie przeprowadzono badania nad wykorzystaniem ścieków, odpadów i produktów ubocznych z przemysłu jako podłoży do namnażania bakterii produkujących biosurfaktanty. Powodzeniem cieszyły się odpady z przemysłu browarniczego (co ciekawe, przemysł alkoholowy nie wzbudził większego zainteresowania bakterii). Najlepsze efekty przyniósł przemysł cukrowniczy. Mikroorganizmy najlepiej czuły się na pożywce z melasy i to ona została wyselekcjonowana jako najlepsze podłoże do namnażania bakterii i produkcji biosurfaktantów. 

Namnożone i przebadane bakterie zostały następnie wprowadzone do zanieczyszczonej gleby. To kolejny etap badań, który obejmował tak zwane doświadczenie doniczkowe. Do doniczek dodano zanieczyszczoną glebę, a następnie, w różnych układach, wprowadzono bakterie, wyselekcjonowane w pierwszym etapie badań. Konieczne okazało się również sprawdzenie, w jaki sposób te szczepy wpływają na mikroflorę występującą w naturalnych glebach. Skończone doświadczenie doniczkowe i wprowadzenie jednego ze szczepów spowodowało prawie pięćdziesięcioprocentowy ubytek węglowodoru. Ważna jest również przeżywalność takiego szczepu. Doświadczenie trwało 91 dni, wykorzystane zostały dwa szczepy bakterii. Przeżył tylko jeden z wprowadzonych szczepów. Drugi wytrzymał w glebie jeden dzień, mimo że wcześniej na pożywkach z dodatkiem węglowodorów namnażał się bardzo dobrze.

Badania rozpoczęły się w 2009 roku. Część prac została już zakończona. Przyznany przez Naukowe Centrum Nauki grant obejmuje końcowy etap badań, umożliwia również wykorzystanie droższych i skuteczniejszych metod analizy aktywności bakterii, zdolnych do rozkładu toksycznych związków organicznych. Rozkład węglowodorów jest procesem długotrwałym. Ostatni etap obejmuje badania w środowisku naturalnym. W ramach grantu, dzięki zastosowaniu innej metody, ponownie zostały wyizolowane kolejne szczepy bakterii, charakteryzujące się lepszymi właściwościami.