استخدام التكنولوجيا الحيوية لتنظيف بيئتنا

تشمل بعض المجالات التي أثبتت التكنولوجيا الحيوية فعاليتها في التنظيف البيئي ما يلي:

تقنيات مدافن النفايات:

تمثل النفايات الصلبة نسبة متزايدة من النفايات الناتجة عن المجتمعات الحضرية. وبينما يتكون جزء من هذا الحجم من الزجاج والبلاستيك والمواد الأخرى غير القابلة للتحلل البيولوجي ، فإن نسبة كبيرة من هذه المادة مصنوعة من مواد عضوية صلبة متحللة ، مثل نفايات الطعام من مزارع الدواجن والخنازير الكبيرة.

في المجتمعات الكبيرة غير المتحضرة ، هناك طريقة شائعة للتخلص من مثل هذه النفايات القابلة للتحلل الحيوي ، وهي تكنولوجيا مدافن النفايات اللاهوائية منخفضة التكلفة. في هذه العملية ، يتم ترسيب النفايات الصلبة في مواقع منخفضة القيمة ، منخفضة.

يتم ضغط مخزون النفايات وتغطيته بطبقة من التربة كل يوم. تحتوي مناطق الطمر هذه على مجموعة واسعة من البكتيريا ، بعضها قادر على تحطيم أنواع مختلفة من النفايات. العيب الوحيد في هذه العملية هو أن هذه البكتيريا تستغرق وقتًا طويلاً إلى حد كبير لتقليل النفايات.

ومع ذلك ، مكنت التكنولوجيا الحيوية الحديثة العلماء من دراسة البكتيريا المتاحة ، التي تشارك في تدهور النفايات - بما في ذلك المواد الخطرة. يمكن استنساخ السلالات الأكثر كفاءة من هذه البكتيريا واستنساخها بكميات كبيرة ، وتطبيقها في نهاية المطاف على مواقع محددة. هذا يضمن التدهور السريع لمواد النفايات.

سماد:

إن عملية التسميد هي عملية تحفز الميكروبات اللاهوائية التي تحول النفايات العضوية إلى دبابة صحية مستقرة مثل المواد. يمكن بعد ذلك إرجاع هذه المادة بأمان إلى البيئة الطبيعية. هذه الطريقة هي في الواقع عملية التخمر منخفضة الرطوبة ، الصلبة الركيزة.

في العمليات واسعة النطاق التي تستخدم النفايات الصلبة المحلية إلى حد كبير ، يستخدم المنتج النهائي في الغالب لتحسين التربة. في العمليات الأكثر تخصصًا باستخدام الركائز الخام (مثل القش والسماد الحيواني وما إلى ذلك) ، يصبح الكومبوست (المنتج النهائي) هو الركيزة الأساسية لإنتاج الفطر.

الهدف الأساسي لعملية التسميد هو الحصول على السماد النهائي مع جودة المنتج المطلوبة في فترة زمنية محدودة ، وضمن سماد محدود. التفاعل البيولوجي الأساسي لعملية التسميد هو أكسدة الركائز العضوية المختلطة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء والمنتجات الثانوية العضوية الأخرى. ومع ذلك ، من المهم التأكد من أن مصنع السماد يعمل في ظروف آمنة بيئياً.

لطالما تم الاعتراف بالكومبوست ليس فقط كوسيلة لمعالجة النفايات العضوية الصلبة بأمان ، ولكن أيضًا كأسلوب لإعادة تدوير المادة العضوية. وستلعب هذه التقنية دوراً هاماً بشكل متزايد في خطط إدارة النفايات في المستقبل ، لأنها تمكن من إعادة استخدام المواد العضوية المشتقة من النفايات المنزلية والزراعية وصناعة الأغذية.

المعالجة البيولوجية:

تشكل المنتجات المختلفة (المواد الكيميائية) الناتجة عن تقنيات المودم تهديدًا كبيرًا لعمليات الانهيار الطبيعي والآليات الطبيعية للحفاظ على التوازن البيئي. العديد من هذه الملوثات معقدة بطبيعتها ، وبالتالي يصعب كسرها. تتراكم هذه الملوثات في البيئة الطبيعية إلى معدل ينذر بالخطر.

وقد ساعد تطبيق التكنولوجيا الحيوية في الإدارة البيئية لمثل هذه الملوثات الخطيرة عن طريق المعالجة البيولوجية. يشار إلى هذه العملية أيضا باسم الاستعادة الحيوية أو المعالجة الحيوية. تشمل المعالجة الحيوية استخدام الكائنات الدقيقة الموجودة طبيعياً لتسريع تحلل المواد البيولوجية وتدهور المواد المختلفة.

تضيف هذه العملية زخمًا كبيرًا لعملية التنظيف. المبدأ الأساسي للإصلاح البيولوجي هو تحطيم الملوثات العضوية في مركبات عضوية بسيطة مثل ثاني أكسيد الكربون والماء والأملاح ومنتجات أخرى غير ضارة.

يمكن أن يساعد العلاج الحيوي على تنظيف البيئة بطريقتين:

يمكن تحقيق تعزيز النمو الميكروبي في الموقع (في التربة) عن طريق إضافة المغذيات. تتأقلم الميكروبات مع هذه النفايات السامة (تسمى المغذيات). على مدى فترة من الزمن ، تستهلك الميكروبات هذه المركبات ، مما يؤدي إلى تدهور هذه الملوثات.

هناك خيار آخر وهو هندسة الكائنات الحية الدقيقة وراثياً ، والتي يمكن أن تؤدي إلى تدهور جزيئات الملوثات العضوية. على سبيل المثال ، استخدم مهندسو المعالجة الحيوية من منظمة أمريكية الأنواع "Flavobacterium" لإزالة خماسي كلوروفينول من التربة الملوثة.

كما أثبت استخدام الميكروبات كفاءة في تنظيف المواقع السامة. اكتشف عالم ميكروبيولوجي أمريكي ميكروبًا من نوع GS-15 ، يمكنه تناول اليورانيوم من مياه الصرف الصحي لمصنع لتصنيع الأسلحة النووية. تقوم الكائنات الدقيقة GS-15 بتحويل اليورانيوم في الماء إلى جزيئات غير قابلة للذوبان والتي تترسب وتستقر في القاع.

ويمكن بعد ذلك تجميع هذه الجسيمات والتخلص منها. تقوم البكتريا GS-15 أيضًا باستقلاب اليورانيوم مباشرة ، وبالتالي تنتج ضعف الطاقة التي ستولدها عادة في وجود الحديد. هذا الكائن لديه معدل نمو سريع للغاية ، ويمكن أن يكون مفيدا للغاية في معالجة النفايات من تعدين اليورانيوم.

تستخدم المعالجة الحيوية العوامل البيولوجية التي تجعل النفايات الخطرة في مركبات غير خطرة أو أقل خطورة. حتى الكتلة الحيوية الميتة تضم بعض الفطريات التي يمكنها احتجاز الأيونات المعدنية في المحاليل المائية. هذا يرجع إلى تكوين جدارها الخلوي الخاص. العديد من صناعات التخمر تنتج الكتلة الحيوية الفطرية على المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها ، والتي يمكن استخدامها لهذا الغرض.

يمكن للكتلة الحيوية للفطر Rhizopus arrhizus امتصاص 30-130 مجم من الكادميوم / جم من الكتلة الحيوية الجافة. يحتوي الفطر على أيونات في جداره الخلوي مثل الأمينات ، ومجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل. يمكن استخدام 1.5kg من مسحوق mycelium لاستعادة المعادن من 1 طن من الماء المحملة بـ 5 جرام من الكادميوم.

"Algasorb" ، وهو منتج حاصل على براءة اختراع من قبل شركة أنظمة الاسترداد الحيوي ، يمتص أيونات المعادن الثقيلة من المياه العادمة أو المياه الجوفية بطريقة مماثلة. الطحالب الميتة المحاصرة في مادة البوليمر السيليكا هلام تنتج Algasorb. يحمي الخلايا الطحلبية من أن تدمر من قبل الكائنات الحية الدقيقة الأخرى. يعمل الجاسورب بنفس طريقة راتنج التبادل الأيوني التجاري ، ويمكن إزالة المعادن الثقيلة عند التشبع.

السيطرة على التلوث في مصدره نفسه هو نهج فعال للغاية نحو بيئة أنظف. وغالبا ما توجد المعادن الثقيلة مثل الزئبق والكادميوم والرصاص بوصفها الملوثات في المياه المستعملة لصناعة الموديم. لقد عرفت آثار الزئبق كمواد ملوثة منذ بعض الوقت.

يمكن تجميع هذه المعادن ببعض الطحالب والبكتيريا ، وبالتالي إزالتها من البيئة. على سبيل المثال ، يمكن لـ "Pseudomonas aeruginosa" تجميع اليورانيوم و "Thiobacillus" يمكن أن يتراكم الفضة. تقوم عدة شركات في الولايات المتحدة ببيع خليط من الميكروبات والأنزيمات لتنظيف النفايات الكيميائية بما في ذلك الزيت والمنظفات ومخلفات الورق ومبيدات الآفات.

في وقت متأخر ، يتم استخدام النباتات أيضًا لتنظيف المواقع الموبوءة بالمعدن. هذه النباتات تمتص المعادن في فجواتها. يشار إلى هذه العملية باسم Phytoremediation. يمكن استعادة المعادن بحرق النباتات. أثبتت هذه الممارسة المتمثلة في زراعة مثل هذه الأشجار بالقرب من المصانع التي تطلق المعادن الثقيلة في البيئة أنها فعالة للغاية.

أجهزة الاستشعار:

أجهزة الاستشعار البيولوجية هي أجهزة بيوفيزيائية يمكنها اكتشاف وقياس كميات المواد المحددة في مجموعة متنوعة من البيئات. تشتمل أجهزة الاستشعار البيولوجية على الإنزيمات والأجسام المضادة وحتى الكائنات الدقيقة ، ويمكن استخدامها لأغراض التجارب السريرية والمناعية والجينية وغيرها.

تُستخدم مسابير المستشعرات الحيوية لكشف ورصد الملوثات في البيئة. هذه المستشعرات الحيوية هي غير مدمرة في الطبيعة ، ويمكن أن تستخدم خلايا كاملة أو جزيئات محددة مثل الإنزيمات كمحاكاة بيولوجية للكشف. وتشمل المزايا الأخرى للتحليل السريع والنوعية والاستنساخ الدقيق.

يمكن إنشاء أجهزة الاستشعار بواسطة ربط أحد الجينات بأخرى. على سبيل المثال ، يمكن ربط جين مقاومة الزئبق (مير) أو جين التدهور التولوين (tol) بجينات تشفير البروتينات التي تظهر تلألؤ بيولوجي داخل خلية بكتيرية حية.

الخلية المستشعرات الحيوية ، عندما تستخدم في. موقع ملوث خاص ، يمكن أن تشير من خلال انبعاث الضوء - مما يوحي بأن مستويات منخفضة من الزئبق غير العضوي أو التولوين موجودة في الموقع الملوث. ويمكن قياس هذا بشكل أكبر باستخدام fluorimeters الألياف البصرية.

يمكن أيضًا إنشاء المستشعرات الحيوية عن طريق استخدام الإنزيمات أو الأحماض النووية أو الأجسام المضادة أو أي جزيئات مراسلة أخرى مرتبطة بالأغشية التركيبية ككاشفات جزيئية. يمكن أن تقترن الأجسام المضادة الخاصة بملوث بيئي معين بالتغييرات في الفلورة وذلك لزيادة حساسية الكشف.

في الهند ، طور معهد الأبحاث الكهروكيميائي المركزي في كرايكودي جهازًا للاستشعار الحيوي للجلوكوز استنادًا إلى إنزيم الجلوكوز أوكسيديز. يتم تثبيت هذا الإنزيم على سطح إلكترود يعمل كمحفز كهربائي لأكسدة الجلوكوز. يعطي المستشعرات الحيوية بدوره إشارة كهربائية قابلة للاستنساخ لتركيز الغلوكوز منخفضة تصل إلى 0.15 مم (ميليمولار) ، ويعمل لعدة أسابيع دون حدوث أي تدهور واضح في الإنزيم.

تطبيق آخر مماثل من أجهزة الاستشعار البيولوجي هو "المراقبة الحيوية" ، والتي يمكن تعريفها بأنها قياس وتقييم المواد الكيميائية السامة أو مستقلباتها في الأنسجة ، الإفرازات أو أي مجموعة أخرى ذات صلة. ويشمل ذلك امتصاص المواد الكيميائية السامة وتوزيعها وتحوّلها الأحيائي وتراكمها وإزالتها. وهذا يساعد على تقليل المخاطر التي يتعرض لها العمال الصناعيون الذين يتعرضون مباشرة لمواد كيميائية سامة.

التحلل الحيوي للمركبات Xenobiotic:

Xenobiotics هي مركبات من صنع الإنسان من أصل حديث. وتشمل هذه المواد الصبغية ، والمذيبات ، والنتروتولوين ، والبنزوبيرين ، والبوليسترين ، والزيوت المتفجرة ، والمبيدات الحشرية ، والمواد الفاعلة بالسطح. وبما أن هذه المواد غير طبيعية ، فإن الميكروبات الموجودة في البيئة لا تملك آلية محددة لتدهورها.

وبالتالي ، فإنها تميل إلى الاستمرار في النظام البيئي لسنوات عديدة. يعتمد تحلل المركبات الغريبة الأحيائية على استقرار وحجم وتذبذب الجزيء ، والبيئة التي يوجد فيها الجزيء (مثل الأس الهيدروجيني ، القابلية للضوء ، التجوية ، إلخ). يمكن استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية لفهم خصائصها الجزيئية ، والمساعدة في تصميم آليات مناسبة لمهاجمة هذه المركبات.

أكل البق أكل:

تشكل الانسكابات النفطية العرضية تهديدًا كبيرًا لبيئات المحيطات. مثل هذه الانسكابات لها تأثير مباشر على الكائنات البحرية. ولمواجهة هذه المشكلة ، طور العلماء الآن كائنات حية لتنظيف الانسكابات النفطية. أكثر الكائنات الحية الدقيقة آكلةً للنفط هي البكتيريا والفطريات.

نجح الدكتور أناند شاكرابارتي ، وهو عالم بارز في الولايات المتحدة من أصل هندي ، في تكوين أشكال بكتيرية يمكن أن تؤدي إلى تدهور النفط إلى هيدروكربونات فردية. وتشمل هذه البكتيريا Pseudomonas aureginos ، حيث تم إدخال جين لتدهور الزيت في Pseudomonas.

وبمجرد إزالة النفط بالكامل من السطح ، تموت هذه الحشرات التي تأكل النفط في النهاية ، لأنها لم تعد قادرة على دعم نموها. كان الدكتور Chakrabarty أول عالم الحصول على براءة اختراع لهذه الكائنات الحية.

كما وجد أن أنواع البنسيليوم تمتلك خصائص مهينة للزيت ، ولكن تأثيرها يحتاج إلى وقت أطول بكثير من البكتيريا المهندسة وراثيا. العديد من الكائنات الحية الدقيقة الأخرى مثل بكتيريا Alcanivorax قادرة على التخلص من المنتجات البترولية.

البق مصمم:

يتم إنتاج أكثر من مائة ألف (ألف لكح) من المركبات الكيميائية المختلفة في العالم كل عام. في حين أن بعض هذه المواد الكيميائية قابلة للتحلل البيولوجي ، إلا أن البعض الآخر مثل المركبات المعالجة بالكلور مقاومة للتدهور الجرثومي.

لمعالجة هذه المركبات ثنائية الفينيل المتعددة الكلور (PCBs) ، قام العلماء الآن بعزل عدد من الجينات البكتيرية (Pseudomonas pseudoalkali) البكتيريّة المهينة (Pseudomonas pseudoalkali) KF 707. كما تم عزل فئة كاملة من الجينات ، يشار إليها باسم إنزيمات صنع bph. هذه الانزيمات هي المسؤولة عن تدهور مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

البكتيريا المهندسة وراثيا الأخرى هي أيضا درجات مختلفة من المركبات المكلورة. على سبيل المثال ، السلالة البكتيرية اللاهوائية Desulfitlobacterium sp. Y51 dechlorinates PCE (Poly chloroethylene) إلى cw-12-dichloroethylene (cDCE) ، بتركيزات تتراوح من 01 - 160 جزء في المليون.

توصل علماء يابانيون إلى تقنية يطلق عليها "خلط الحمض النووي" ، والتي تنطوي على خلط الحمض النووي لسلالتين مختلفتين من البكتيريا المهيجة لثنائي الفينيل متعدد الكلور. وينتج عن ذلك تكوين جينات bim chimeric ، التي تنتج إنزيمات قادرة على تحطيم مجموعة كبيرة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتم إدخال هذه الجينات بشكل أكبر في الكروموسوم من البكتيريا المسببة لثنائي الفينيل متعدد الكلور ، كما أن السلالة المختلطة التي يتم الحصول عليها هي عامل مهين فعال للغاية.

كما تم عزل الجينات من البكتيريا التي تقاوم الزئبق تسمى جينات مير. هذه الجينات هي المسؤولة عن الانحطاط الكلي للمركبات الزئبقية العضوية. وقد أظهرت جينات bph و genes الجينات الخاصة ببكتيريا تولوين المهينة (pseudomonas putida fl) منظمات جينية مماثلة. كل من هذه الجينات رمز للالأنزيمات التي تظهر تشابه ستين في المائة. من خلال تبادل الوحدات الفرعية للأنزيمات ، من الممكن بناء إنزيم هجين. واحد من هذه الانزيمات الهجين خلق هو الهجين deoxygenase التي تتألف من TodCl - Bph A2 - Bph A3 - Bph A4.

تم التعبير عن هذا في E.coli. وقد لوحظ أن هذا الهجين deoxygenase قادر على تدهور أسرع للمركبات القائمة على ثلاثي كلور الإيثيلين (TCE). تم إدخال جين تودكلي من البكتيريا المهينة للتولوين بنجاح ، في كروموسوم سلالة بكتيرية KF707. وقد أدت هذه السلالة إلى خفض كفاءة عملية TCE. يمكن أيضا أن تكون هذه السلالة KF707 نمت على التولوين أو البنزين الخ.

Biomining:

من بين أقدم الصناعات في العالم ، فإن التعدين هو مصدر مستويات التلوث البيئي المزعجة. يتم الآن استخدام التكنولوجيا الحيوية للمودم لتحسين البيئة المحيطة بمناطق التعدين من خلال العديد من الكائنات الحية الدقيقة. على سبيل المثال ، تم استخدام بكتريا ثيوباكيلوس فيروكسيدانس للتخلص من النحاس من مخلفات المناجم. هذا ساعد أيضا في تحسين الانتعاش.

هذه البكتيريا موجودة بشكل طبيعي في بعض المواد التي تحتوي على الكبريت ، ويمكن استخدامها لأكسدة المركبات غير العضوية مثل معادن كبريتيد النحاس. تقوم هذه العملية بإطلاق المحاليل الحمضية والأكسدة للأيونات الحديديك التي يمكن أن تغسل المعادن من خام الخام. هذه البكتيريا تمضغ الخام وتطلق النحاس الذي يمكن جمعه فيما بعد. مثل هذه الطرق من المعالجة الحيوية تمثل ما يقرب من ربع إجمالي إنتاج النحاس في العالم. تستخدم المعالجة الحيوية أيضًا لاستخراج معادن مثل الذهب من خامات الذهب الكبريتية منخفضة الدرجة جدًا.

كما تقدم التكنولوجيا الحيوية وسيلة لتحسين كفاءة التنقيب البيولوجي ، من خلال تطوير سلالات بكتيرية قادرة على تحمل ارتفاع درجة الحرارة. هذا يساعد هذه البكتيريا على البقاء على قيد الحياة في المعالجة الحيوية التي تولد الكثير من الحرارة.

وثمة خيار آخر يتمثل في هندسة السلالات البكتيرية المقاومة جينيا والمقاومة للمعادن الثقيلة مثل الزئبق والكادميوم والزرنيخ. إذا تم استنساخ الجينات التي تحمي هذه الميكروبات من المعادن الثقيلة ونقلها إلى السلالات الحساسة ، يمكن زيادة كفاءة التعدين الأحيائي.

مكافحة التلوث:

وبمساعدة التكنولوجيا الحيوية الحديثة ، يمكن استخدام المحفزات الحيوية الطبيعية في إزالة السموم من المواد الكيميائية الضارة التي يتم إطلاقها في البيئة. وقد ساعدت هذه المحفزات الحيوية على التخلص من المركبات المسببة للسرطان مثل كلوريد الميثيلين من النفايات الصناعية.

تتعرض هذه البكتيريا الخاصة للنفايات في مفاعل حيوي ، حيث تستهلك البكتيريا المادة الكيميائية الضارة وتحويلها إلى الماء وثاني أكسيد الكربون والأملاح ، وبالتالي تدمير كامل للمركب الكيميائي. وهناك نوع من البكتيريا يستخدم أيضا Geobacter metallireducens لإزالة اليورانيوم من مياه الصرف في عمليات التعدين ، ومن المياه الجوفية الملوثة.

وستساعد العزلة والتوصيف التالي لمختلف الجينات الهامة في تطوير سلالات يمكن أن تؤدي إلى تدهور مجموعة واسعة من الملوثات. استخدام التلاعب الجزيئي يمكن أن يساعد أيضًا على تخصيص البكتيريا لاستخدامها لإزالة مواد سامة معينة.

معالجة النفايات الصناعية:

النفايات من صناعة اللب:

النفايات من صناعات الورق واللب تحتوي على مستويات عالية من السليلوز و lignocellulose ، والتي تطرح مشاكل علاجية واسعة النطاق. السليلوز مقاوم للغاية لانهيار الانزيم ، ويقاوم كل من الهجوم الكيميائي والإنزيمي عند الارتباط باللجنين. بما أن اللجنين والكربوهيدرات متشابكتان في الخشب ، يصبح من الصعب تفكيك اللب.

لقد طور الباحثون الآن تبييض لب أنزيمي ، والذي يمنع تكوين نفايات التبييض بإزالة أو تقليل استهلاك الكلور. كما أنه يقلل من الماء في عملية فصل الألياف والتبييض. تتضمن هذه العملية استخدام أحد الكائنات المنتجة للزيليناز Bacillus stearthermophilus ، المعزول عن التربة.

الكائنات الحية الدقيقة عادة ما تنتج زيلاناز جنبا إلى جنب مع البوليمرات الأخرى مثل السليلس و الهيميسليلوز. يتم الآن استخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف للتعبير فقط عن جينات الزيلاناز في المضيفات غير السيلولوية. وأفيد أول xylanase خالية من cellulase من actinomycete Chainia من صحارى راجستان.

تم فيما بعد الإبلاغ عن زيلانازات مختلفة. يتم استخدام Xylanases على نطاق واسع بسبب ثبات درجات الحرارة العالية والقلوية المثلى. هذه الخاصية تساعد في ربطها ضيق على الركيزة. تم الإبلاغ عن الزيلاناز القلوي من بكتريا stilltherm stearthermophilus ، التي تنشط عند الرقم الهيدروجيني 9 ، و 65 درجة مئوية. وقد تم اختبار هذا لتبييض لب الخشب مع نتائج واعدة.

ومن النفايات الأخرى الناتجة عن عملية استخلاص الألياف الخشبية ، سائل نفايات الكبريت ، الذي يحتوي على كبريتات الليجنو (60٪) والسكر (36٪) وخليط من المركبات العضوية الأخرى. يمكن معالجة هذا مع الخميرة (المبيضات البيض) ، التي تخمر السكر ، وتنتج ما يقرب من طن واحد من الخميرة لكل طنين من السكر في الخمور.

النفايات من صناعة الألبان:

يعتبر مصل اللبن منتجًا أساسيًا في تصنيع الجبن. يتم ترك مصل اللبن بعد فصل اللبن الرائب ، ولكل كيلوجرام واحد من الجبن المنتج ، يتم توليد ما يصل إلى تسعة لترات من هذا السائل (مصل اللبن).

على الرغم من أن مصل اللبن يحتوي على مواد غذائية ذات قيمة محتملة ، إلا أن استخدامه يقتصر على الأعلاف الحيوانية وبعض الأطعمة المجهزة مثل الآيس كريم. مع اقتراب إنتاج مصل اللبن العالمي من خمسة ملايين طن سنوياً ، بدأت مشاكل التخلص من النفايات الضخمة تلاحق صناعة الألبان.

عند التفريغ في نظام الصرف الصحي البلدية سيؤدي إلى الطلب الأوكسجين البيولوجي الضخم (BOD). يحتوي هذا السائل على نسبة من اللاكتوز تصل إلى 4-5٪ ، والتي لا يتم تأييضها بشكل جيد من قبل معظم الكائنات الحية المستخدمة في التخمير التجاري. لزيادة الطين بلة ، يتم تخفيف مصل اللبن (92 ٪ من الماء) ، وينطوي على تكاليف عالية من جمع.

يتم التعامل الآن مع التخلص من مصل اللبن من خلال أساليب التكنولوجيا الحيوية المختلفة. وتشمل هذه:

1. علاج مصل اللبن مع سلالات مناسبة من الميكروبات والمواد المغذية ،

2. التخمر المباشر من اللاكتوز إلى الإيثانول ،

3. استخدام الخميرة مثل "Kluyvewmyces fraglis" و "Candida intermedi" ،

4. التحلل المائي من اللاكتوز إلى الجلوكوز والجالاكتوز. (نتائج التخمير في شراب الحلو ، والذي يستخدم في صناعة المواد الغذائية).

النفايات من صناعة الصبغ :

تنتج الصناعات النسيجية والصبغ عددا من الأصباغ والأصباغ ، والتي تطلق في البيئة في مجاري النفايات السائلة. على الرغم من أن معظم الأصباغ ليست سامة أو مسرطنة للسمك أو الثدييات ، فإن بعضها يشكل مخاطر خطيرة.

أثبتت الطرق الكيميائية لمعالجة النفايات السائلة الملونة نجاحها ، في حين أن الإزالة الميكروبية للأصباغ والأصباغ لا تزال محدودة للغاية. تم العثور على الكائنات الدقيقة لتخفيض الأصباغ إلا بعد التكيف مع تركيزات أعلى بكثير من التي توجد عادة في مجاري مختلفة.

الحيوي الغسل:

يعتبر تصريف الغازات السامة والرائحة الضارة مشكلة بيئية خطيرة. يتم إنتاج مركبات الكبريت المخفضة (ثيوسلفات ، كبريتيد الهيدروجين) من مجموعة متنوعة من العمليات الصناعية في صناعات التصوير الفوتوغرافي ولب الورق ، وتكرير النفط وتنقية الغازات الطبيعية. هذه المركبات هي المنتجات الثانوية للهضم اللاهوائي لنفايات الحيوانات ذات المحتوى العضوي العالي. يمكن استخدام معظم مركبات الكبريت المخفضة غير العضوية سواء أكان لا هوائية أو لا هوائية.

مبيدات حشرية:

أثبتت معظم المبيدات والأسمدة الكيميائية المستخدمة تجاريا أنها خطرة تتجاوز مستوى معين. هذه المواد الكيميائية ، عندما تتدهور بواسطة الكائنات الحية الدقيقة أو الضوء فوق البنفسجي ، إطلاق الملوثات في البيئة. يمكن لأدوات التكنولوجيا الحيوية المساعدة في مثل هذه الحالات.

مكافحة الأعشاب الضارة:

تم تطوير مبيدات أعشاب جديدة ، والتي ستكون انتقائية للهدف وغير ضارة للكائنات غير المستهدفة. كما تم تطوير نباتات مقاومة لمبيدات الأعشاب وراثيا في عدد من المحاصيل ، مما يساعد في استخدام مبيدات الأعشاب الصديقة للبيئة. كما تم تطوير النباتات المقاومة للحشرات المهندسة وراثيا بنجاح في بعض أنواع المحاصيل ، مما يشير إلى الاستخدام المحدود لمبيدات الآفات في المستقبل.

مكافحة الآفات ومبيدات الآفات الحيوية:

يتم الآن تصنيع المبيدات البكتيرية عن طريق نقل الجينات البكتيرية (Bacillus thrungiensis) Bt إلى النباتات. يشفر هذا الجين بروتينًا ، عندما يتم ابتلاعه عن طريق تغذية الحشرات ، يؤدي إلى ذوبان القناة الهضمية للحشرة (منتصف القناة الهضمية) وإطلاق البروتينات. هذا يؤدي إلى اضطرابات في التوازن ويقتل الحشرة في نهاية المطاف.

ويجري تطوير هذه "المبيدات البيولوجية" لاستهداف الآفات الحشرية (دودة الكرة ودودة البرعم) عن طريق نقل جين Bt إلى بكتيريا التربة (أنواع البيزودوموناس). تشارك العديد من الشركات الأمريكية في تطوير وتسويق المبيدات الحشرية البيولوجية وقد توصلت إلى جراثيم حية معدلة وراثيا لطلاء البذور قبل الزراعة. يقتل Mycogen البكتيريا المؤتلفة ويطبقها على أوراق نباتات المحاصيل. كل من هذه الطرق تحمي السم من التدهور بواسطة الكائنات الدقيقة والضوء فوق البنفسجي عند تطبيقها على نباتات المحاصيل.

المبيدات الفيروسية:

المبيدات الفيروسية آمنة بيئياً وتحمل مخاطر منخفضة للسمية. ويمكن استخدام هذه المبيدات ضد سلالات الآفات ، التي أصبحت مقاومة للمبيدات الكيميائية. وقد استخدم عدد من الفيروسات الممرضة للحشرات (فيروسات تصيب الحشرات) كمبيدات آفات آمنة وفعالة. تقتل هذه الفيروسات أنواعًا معينة من الآفات ، وليس لها أي آثار ضارة على الملقحات المفيدة للحشرات ، أو الحشرات التي تنتج منتجات مفيدة ، أو طفيليات ، أو مفترسات. فهي آمنة حتى في عمليات الرش على نطاق واسع.

ترميم المناطق المتوحشة:

أدى تزايد النشاط البشري إلى حدوث فوضى في النظام البيئي المتوازن جيدًا في Earth. أكثر من نصف مساحة اليابسة في العالم مهددة الآن بمشاكل الملوحة والحموضة والسمية المعدنية. يتم استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية لاستعادة النظام البيئي المتدهور. تشمل بعض الأساليب القائمة على التكنولوجيا الحيوية النباتية إعادة التشجير ، والتي تشمل الإكثار الدقيق واستخدام mycorrhiza.

وقد أدى التكاثر الدقيق إلى زيادة الغطاء النباتي ، مما يساعد بدوره في الوقاية من التآكل ويضيف أيضًا استقرارًا مناخيًا. وقد زرعت أنواع نباتية معينة في مناطق أكثر عرضة للتعرية.

على سبيل المثال ، تم زرع أنواع مختلفة من نبات كاسورينا في تربة نتروجينية ناقص ، مما يزيد من خصوبة التربة ويعزز إنتاج الحطب. كما يمكن زراعة بعض أنواع النباتات التي يمكن أن تنمو في التربة ذات الملوحة العالية في هذه المناطق. هذه الأنواع تشمل Prosopis spiagera ، Butea monosperma و Terminalia bellerica.

المحافظة على التنوع البيولوجي:

كما ثبت أن النشاط البشري مدمر بالنسبة إلى تنوع الأنواع ، كما أن الانقراض الذي يسببه الإنسان للأنواع يتزايد بمعدلات هائلة. وقد أدت الحاجة إلى التوسع السكاني بتوزيع غير متساو للثروة ، بصورة ثابتة ، إلى الاستخدام غير المستدام والاستغلال للموارد القائمة. إن أحد الشواغل الرئيسية اليوم هو الحفاظ على النباتات والحيوانات الموجودة لدينا (النباتات والحيوانات والميكروبات).

وقد فتحت التطبيقات البيوتكنولوجية أساليب جديدة ومحسنة للحفاظ على الموارد الوراثية النباتية والحيوانية ، وأدت إلى تسريع تقييم مجموعة البلازما الجرثومية لصفات محددة. إن الحفاظ على قاعدة جينية واسعة ، وهي عنصر هام في التنوع البيولوجي ، أمر ضروري لمستقبل التكنولوجيا الأحيائية والاستخدام المستدام للموارد البيولوجية. قد تزيد التكنولوجيات الجديدة من قيمة التنوع البيولوجي العالمي إذا سمحت بزيادة استخدام التنوع الجيني لكل من الأنواع البرية والمستأنسة.

وقد اعتبرت زراعة الأنسجة النباتية التكنولوجيا الرئيسية لزيادة القدرة الإنتاجية للعديد من النباتات من الأصناف المختارة ، وذلك لتحسين وزيادة إنتاجها ومنعها من الانقراض.

ومع ذلك ، فإن الطبيعة المتأصلة لأنواع النباتات هي التي تحفظ معظم الموارد الجينية للمحاصيل خارج الموضع الطبيعي (خارج الموئل الطبيعي). هناك عدد قليل جدًا من طرق الحفظ خارج الموقع ، والتي يمكن أن تميز الجزء من النبات ليتم حفظه (العضو بأكمله ، والبذور ، والأنسجة أو المواد الجينية). لكن الأجهزة الأحيائية الأحدث يمكن أن تساعد في الحفاظ على البذور كطريقة مفضلة للحفظ خارج الموقع الطبيعي. هنا يجب على المرء أن يتغلب على مشكلة السكون.

هناك طريقة أخرى ناجحة للحفاظ على التنوع البيولوجي هي الحفاظ على البلازما الجرثومية عن طريق الحفظ بالتبريد (تجميد النسيج في النيتروجين السائل عند -196 درجة مئوية). المبدأ الأساسي هنا هو جعل النشاط الأيضي يتوقف تمامًا مع الحفاظ على بقاء الأنسجة حية (في صورة سلبية).

وهكذا مهدت أدوات التكنولوجيا الأحيائية وسيلة لاستعادة التنوع البيولوجي وحفظه بطرق متعددة الأبعاد. ستكون هذه الأدوات بالتأكيد الحل النهائي للتحدي المتنامي في بيئة مستنفدة.

الحيوي الأسمدة:

وقد استخدمت هذه أيضا للحد من تكلفة تطبيقات الأسمدة والحد من المخاطر البيئية الناجمة عن الأسمدة الكيماوية. وقد استخدمت مؤخراً النباتات البحرية (الأعشاب البحرية) كأسمدة بيولوجية. لقد أثبتت أنها مشجعة للغاية وبالتالي تقليل عبء استخدام الأسمدة الكيماوية.