Atık sudan izole edilen Pseudomonas spp. suşları ile kurşun ve nikel ağır metallerinin giderimi

Year 2020, Volume: 77 Issue: 3, 289 - 300, 01.09.2020

Berrin Keloğlu Şahlan Öztürk Süleyman Yalçın

Abstract

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

Keywords

Kurşun, nikel, ağır metal, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri

Removal of the lead and nickel heavy metals with Pseudomonas spp. strains which isolated from waste water

Abstract

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.

Keywords

Lead, nickel, heavy metal, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri

References

• 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.