Mycoremediation of heavy metal contaminated soil using oyster mushroom: Pleurotus ostreatus

Fosil kayıtlarına göre Funguslar 1.5 milyar yıl önce diğer yaşam formlarından ayrılmış ve büyük ihtimal ile Kambriyen Dönemi'nden beri Dünya üzerinde kolonize olmuş durumdadırlar. Fungusların Dünya üzerindeki varoluşları insan türünün yeryüzü üzerindeki evriminden çok daha uzun bir döneme işaret etmektedir. "Mikoloji" terimi kökenini Yunanca mantar anlamına gelen "mykes" kelimesinden alır ve funguslar üzerine çalışan yaşam bilimini niteler. Genel olarak mantarlar, organik moleküllerin ayrıştırılmasını ve besinlerin ekosisteme geri dönüşümünü sağlayarak yaşamın sürekliliğini sağlamaktadırlar. Fungusların ayrıştırıcı ve geri dönüştürücü özelliği "Mikoremediasyon" terimini ortaya çıkarmıştır. Artan insan popülasyonu ve kapitalist dünya ekonomisinin bilinçsiz tüketimi desteklemesi, yaşadığımız çevrenin ve doğal kaynakların sentetik bileşiklerle kirlenmesine ve bunun gün geçtikçe dünya çapında büyük bir probleme dönüşmesine sebep olmaktadır. Biosferde doğal olarak meydana gelmeyen bu sentetik bileşikler "ksenobiyotik" olarak adlandırılır. Sentetik bileşiklerin büyük bir kısmı doğal mikroflora ve fauna tarafından kolayca parçalanamazlar. Endüstriyel ve çevre biyoteknolojisindeki biyolojik yaklaşımlar; atık üretimin azaltılması, atıkların temizlenmesi, daha az zararlı, kullanılabilir ve kolay bozunur formlara dönüştürülmesi gibi "çevreci teknolojiler"i temel alır. Bahsi geçen çevreci yaklaşımlar canlılardaki metabolik yollarının kullanımına odaklanır. Bu biyolojik yöntemlerden biri de fungal remediasyon olarak bilinen mikoremediasyon yöntemidir. Mantarlar ve diğer funguslar çok sayıda atığın/kirleticinin ayrıştırılmasında ya da parçalanmasında görev alan enzimatik mekanizmalardır. Bazitli fungusların biyoremediasyon aracı olarak kullanımı ise gün geçtikte popülerlik kazanmaktadır. Filamentli funguslar bir ağacın dallarını andıran yapıları ile üzerinde büyüyüp geliştikleri substratı salgıladıkları hücre dışı sindirim enzimleri ile sindiren, potensiyel olarak iyi birer ayrıştırma ajanıdır. Odunsu dokuların hücre duvarlarında bulunan lignini parçalayabilme özelliğine sahip enzimatik özellikleri ile beyaz çürükçül mantarlar tüm fungus türleri arasında odunsu yapıları parçalayan ve/veya çürüten funguslar olarak bilinirler. Beyaz çürükçül mantarların çoklu aromatik hidrokarbonları, klorlu aromatik hidrokarbonları, polisiklik aromatikleri, poliklorlu bifenilleri, poliklorlu dibenzo(p)dioksinleri, pestisitleri, insektitistleri ve bazı azo boyalarını parçaladığı bilinmekte ve bu fungus türleri aynı zamanda toksik organik bileşiklerin parçalanması sonucu ortaya çıkan ağır metallerin biyolojik birikimlerinde ve kirlenmiş toprakların mineralleştirilmesi ya da nitratlaştırılması amacıyla da kullanılmaktadır. Phanerochaete chrysosporium, Pleurotus ostreatus, Pleurotus pulmonarius, Pleurotus tuber-regium, Lentinus squarrosulus ve benzeri beyaz çürükçül funguslar bu zamana dek biyoremediasyon araştırmalarında kullanılmış türlerdir. Beyaz çürükçül mantarlar kirlenmiş toprakların biyoremediasyonunda; madenleştirmeyi, biyolojik bozunumu, dönüştürümü, eş metabolizmayı içeren ve biyoakümülasyon olarak bilinen ağır metallerin biyolojik birikiminde kullanılır. Ağır metaller yer kabuğunu doğal bileşenleridir. Biyolojik ve ısı etkisiyle bozunur olmayan yapıları çevrede birikmelerine ve ağır metal kirliliğe sebep olur. Ağır metaller genellikle yoğunluğu 5'ten büyük, organizmalar üzerinde toksik etki gösteren yaklaşık olarak 65 metalik elementi kapsayan bir grup olarak tanımlanır. Çevrede bulunan ağır metaller, fungal hücre dışı enzimlerle direkt olarak etkileşim halindedir. Çevreden alınan ağır metaler beyaz çürükçül mantarların miselerinde birikir. Ağır metaller genel olarak enzimatik reaksiyonların inhibitörleridir. Metal iyonları hücre içerisine girdiğinde hücre dışı enzimlerin üretimini transkripsiyonel (yazılım) ve tranlasyonel (çevirimsel) düzeylerde etkiler. Esansiyel ağır metallerin düşük konsantrasyonları aynı zamanda lignolitik (lignin parçalayıcı) enzim sistemlerinin gelişimi için gereklidir. 1996 yılında U.S EPA tarafından yayınlanan raporda kirlenmiş alanlarda bulunan ağır metallerin bulunma miktarını Pb, Cr, As, Zn, Cd, Cu and Hg şeklinde sıralanmıştır. Biyolojik birikim ve biyoartış ile ürün veriminin azalmasına sebep olduğundan topraktaki metallerin miktarı önem taşımaktadır. Toprakta bulunan ağır metaller aynı zamanda yer üstü ve yeraltı su kaynakları için risk arz etmektedir. Kadmiyum, civa ve kurşun, organizmalar üzerinde tanımlanmış herhangi bir esansiyel rolü olmayan en zehirli üç ağır metaldir. Kadmiyumun toksisitesi, bitkiler ve hayvanlar için esansiyel bir mikroelement olan çinkoya olan benzerliğinden kaynaklanmaktadır. Kadmiyum ve kurşun genellikle Cd/Pb içeren pillerin, çeşitli elektronik eşyaların, kabloların ve benzeri ürünlerin üretiminde kullanılan ağır metallerdir ve bu ürünlerin geri dönüşümlerinin/geri kazanaımlarının sağlanmaması, evsel atıklarla birlikte çöplerde bulunması kadmiyum ve kurşun kirliliğine sebep olur. Civa kirliği ise daha çok kömür yanması sonucu ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma; kurşun , kadmiyum ve civa ile üç farklı konsantrasyonda yapay olarak kirletilmiş topraktan, istiridye mantarı olarak bilinen Pleurotus ostreatus'u kullanılarak iki farklı inkübasyon dilimi için, ağır metallerin farklı zaman dilimlerindeki biyolojik birikimlerini araştırmak üzere planlanmıştır. Deney sonunda toprak ve misel örnekleri ayrı ayrı paketlenerek Bureau Veritas Mineral Laboratuvarları'na gönderilmiş ve analizleri yaptırılmıştır. Ağır metaller ICP-MS cihazı ile tayin edilmiştir. Toprakta hali hazırda kalan ve miseller tarafından biriktirilen ağır metal konsantrasyonları belirlenmiştir. Misele akümüle olan Pb, Cd, Hg inkübasyon süresinin uzamasıyla artmıştır. SET II'ye ait misellere akümüle olan kurşun, kadmiyum ve civa konsantrasyonları SET I'e ait misel örneklerine nazaran daha yüksektir. SET I misellerinde kurşunun artan konsantrasyonla birlikte miselde biriken Pb konsantrasyonu azalma gösterirken, SET II misellerinde kurşunun misele akümüle olan konsantrasyonu, artan kurşun konsantrasyonu ile birlikte önemli bir değişiklik göstermemiştir. SET I ve SET II içerisinde 2.5, 5 ve 10 ppm olarak artan Pb konsantrasyonları ile kurşunun bioakümülayon yüzdesinin azaldığı gözlemlenmiştir. Kadmiyumun SET I ve SET II de artan kadmiyum konsantrasyonlarına karşı cevabı ilginç bir tablo sergilemiştir. SET I ve SET II içersinde artan konsantrasyonla birlikte kadmiyumun miselde tayin edilen konsantrasyonu artarken, hem SET I hem de SET II için 2.5, 5 ve 10 ppm konsantrasyonlarında Cd bioakümülasyon yüzdesi İçerik I> İçerik III> İçerik II şeklindedir. Bioakümülasyon yüzdeleri incelenen ağır metaller içerisinde civa SET I ve SET II için en yüksek bioakümülasyon yüzdesini göstermiştir. 10 ppmlik civa konsansantrasyonu için SET I'de 54 % ve SET II'de 85 % bioakümülasyon yüzdesi hesaplanmıştır. Buna göre her iki inkübasyon süresi için misel tarafından en çok akümüle edilen ağır metalin civa olduğu, kurşunun ise en az akümüle edildiği belirlenmiştir. Misel örneklerine akümüle olan kurşun, kadmiyum ve civa konsantrasyonları çoktan aza sırasıyla Hg> Cd> Pb şeklindedir.