Wykorzystanie biotechnologii do oczyszczania naszego środowiska

Niektóre obszary, w których biotechnologia okazała się bardzo skuteczna w oczyszczaniu środowiska, obejmują:

Technologie składowania odpadów:

Stałe odpady stanowią coraz większą część odpadów wytwarzanych przez społeczności miejskie. Podczas gdy część tej objętości składa się ze szkła, tworzyw sztucznych i innych materiałów niebiodegradowalnych, znaczna ich część jest wykonana z rozkładalnego stałego materiału organicznego, takiego jak odpady żywnościowe z dużych ferm drobiu i trzody chlewnej.

W dużych niezurbanizowanych społecznościach powszechną metodą unieszkodliwiania odpadów biodegradowalnych jest tania technologia anaerobowa do składowania odpadów. W procesie tym odpady stałe są składowane w nisko położonych miejscach o niskiej wartości.

Składowisko odpadów jest sprężane i pokryte warstwą gleby każdego dnia. Na tych składowiskach znajduje się wiele różnych bakterii, z których niektóre mogą degradować różne rodzaje odpadów. Jedyną wadą tego procesu jest to, że bakterie te zajmują dużo czasu, aby zniszczyć odpady.

Jednak nowoczesna biotechnologia umożliwiła naukowcom zbadanie dostępnych bakterii, które biorą udział w degradacji odpadów - w tym substancji niebezpiecznych. Najbardziej wydajne szczepy tych bakterii można klonować i rozmnażać w dużych ilościach, a ostatecznie stosować do określonych miejsc. Zapewnia to szybką degradację odpadów.

Kompostowanie:

Kompostowanie jest beztlenowym, mikrobiologicznym procesem, który przekształca odpady organiczne w stabilny materiał podobny do humusu. Materiał ten można bezpiecznie powrócić do środowiska naturalnego. Ta metoda jest właściwie procesem fermentacji substratów o niskiej wilgotności.

W operacjach na dużą skalę przy użyciu w dużej mierze stałych odpadów domowych, produkt końcowy jest głównie wykorzystywany do ulepszania gleby. W bardziej wyspecjalizowanych operacjach wykorzystujących surowe podłoża (jak słoma, obornik zwierzęcy itp.) Kompost (produkt końcowy) staje się substratem do produkcji grzybów.

Podstawowym celem operacji kompostowania jest uzyskanie końcowego kompostu o pożądanej jakości produktu w ograniczonym czasie i w ograniczonym kompoście. Podstawową reakcją biologiczną procesu kompostowania jest utlenianie zmieszanych substratów organicznych w celu wytworzenia dwutlenku węgla, wody i innych organicznych produktów ubocznych. Ważne jest jednak zapewnienie funkcjonowania kompostowni w warunkach bezpiecznych dla środowiska.

Kompostowanie od dawna jest uznawane nie tylko jako środek do bezpiecznego oczyszczania stałych odpadów organicznych, ale także jako technika recyklingu materii organicznej. Technika ta będzie odgrywać coraz większą rolę w przyszłych systemach gospodarki odpadami, ponieważ umożliwia ponowne wykorzystanie materiału organicznego pochodzącego z odpadów z gospodarstw domowych, rolnictwa i przemysłu spożywczego.

Bioremediacja:

Różne produkty (chemikalia) generowane przez technologie modemowe stanowią wielkie zagrożenie dla procesów naturalnego rozkładu i naturalnych mechanizmów zachowania równowagi ekologicznej. Wiele z tych zanieczyszczeń ma złożony charakter i dlatego trudno je zepsuć. Takie zanieczyszczenia gromadzą się w środowisku naturalnym w alarmującym tempie.

Zastosowanie biotechnologii pomogło w zarządzaniu środowiskowym takimi niebezpiecznymi substancjami zanieczyszczającymi poprzez bioremediację. Proces ten jest również określany jako odbudowa biologiczna lub bio-leczenie. Bioremediacja polega na wykorzystaniu naturalnie występujących mikroorganizmów, aby przyspieszyć rozkład substancji biologicznych i degradację różnych materiałów.

Proces ten nadaje znaczny rozmach procesowi oczyszczania. Podstawową zasadą bioremediacji jest rozkład zanieczyszczeń organicznych na proste związki organiczne, takie jak dwutlenek węgla, woda, sole i inne nieszkodliwe produkty.

Bioremediacja może pomóc w oczyszczeniu środowiska na dwa sposoby:

Promowanie rozwoju mikroorganizmów in situ (w glebie) można osiągnąć poprzez dodanie składników odżywczych. Mikroby aklimatyzują się do tych toksycznych odpadów (tzw. Składniki odżywcze). Przez pewien czas drobnoustroje zużywają te związki, powodując degradację tych zanieczyszczeń.

Inną możliwością jest genetyczna inżynieria mikroorganizmów, które mogą degradować organiczne cząsteczki zanieczyszczeń. Na przykład inżynierowie bioremediacji z amerykańskiej organizacji wykorzystali gatunki "Flavobacterium" w celu usunięcia pentachlorofenolu ze skażonej gleby.

Zastosowanie drobnoustrojów okazało się również skuteczne w oczyszczaniu toksycznych miejsc. Amerykański mikrobiolog odkrył mikroba GS-15, który może zjadać uran ze ścieków z fabryki broni jądrowej. Mikroorganizmy GS-15 przekształcają uran w wodę w nierozpuszczalne cząstki, które wytrącają się i osiadają na dnie.

Te cząstki można następnie zbierać i usuwać. Bakteria GS-15 również bezpośrednio metabolizuje uran, dając w ten sposób dwukrotnie więcej energii, niż normalnie wytwarzałaby w obecności żelaza. Organizm ten charakteryzuje się bardzo szybkim tempem wzrostu i może być niezwykle użyteczny w przetwarzaniu odpadów w górnictwie uranowym.

Bioremediacja wykorzystuje czynniki biologiczne, które sprawiają, że niebezpieczne odpady są nieszkodliwe lub mniej niebezpieczne. Nawet martwa biomasa zawiera pewne grzyby, które mogą zatrzymywać jony metali w roztworach wodnych. Wynika to z ich specjalnego składu ściany komórkowej. Wiele sektorów fermentacji wytwarza biomasę grzybową na niepożądanych produktach ubocznych, które można wykorzystać do tego celu.

Biomasa grzyba Rhizopus arrhizus może wchłonąć 30-130 mg kadmu / gm suchej biomasy. Grzyb ma jony w ścianie komórkowej jak aminy, grupy karboksylowe i hydroksylowe. 1, 5 kg grzybni w proszku może zostać wykorzystane do odzyskania metali z 1 tony wody zawierającej 5 gramów kadmu.

"Algasorb", produkt opatentowany przez firmę Bio-recovery Systems Company, pochłania jony metali ciężkich ze ścieków lub wód gruntowych w podobny sposób. Wychwytanie martwych alg w materiale polimerowym na żelu krzemionkowym wytwarza Algasorb. Chroni komórki glonów przed zniszczeniem przez inne mikroorganizmy. Algasorb działa w taki sam sposób, jak komercyjna żywica jonowymienna, a metale ciężkie można usuwać po nasyceniu.

Kontrolowanie zanieczyszczeń u samego źródła jest niezwykle skutecznym podejściem do czystszego środowiska. Metale ciężkie, takie jak rtęć, kadm i ołów są często obecne jako zanieczyszczenia w ściekach przemysłu modemowego. Skutki działania rtęci jako substancji zanieczyszczającej są znane już od jakiegoś czasu.

Metale te mogą być gromadzone przez niektóre algi i bakterie, a tym samym usuwane z otoczenia. Na przykład "Pseudomonas aeruginosa" może gromadzić uran, a "Thiobacillus" może gromadzić srebro. Kilka firm w USA sprzedaje mieszankę drobnoustrojów i enzymów, które oczyszczają odpady chemiczne, w tym oleje, detergenty, odpady papiernicze i pestycydy.

Późno rośliny są również wykorzystywane do czyszczenia zainfekowanych metalem witryn. Rośliny te absorbują metale w ich wakuolach. Ten proces jest określany jako Fitoremediacja. Metale można odzyskać poprzez spalanie roślin. Ta praktyka uprawy takich drzew w pobliżu zakładów przemysłowych, które uwalniają metale ciężkie w środowisku, okazała się niezwykle skuteczna.

Biosensory:

Biosensory są urządzeniami biofizycznymi, które mogą wykrywać i mierzyć ilości konkretnych substancji w różnych środowiskach. Biosensory obejmują enzymy, przeciwciała, a nawet mikroorganizmy i można je wykorzystać do celów klinicznych, immunologicznych, genetycznych i innych.

Sondy biosensorów są używane do wykrywania i monitorowania zanieczyszczeń w środowisku. Te biosensory nie mają charakteru niszczącego i mogą wykorzystywać całe komórki lub określone cząsteczki, takie jak enzymy, jako biomimetyczne do wykrywania. Ich inne zalety to szybka analiza, swoistość i dokładna odtwarzalność.

Biosensory można tworzyć łącząc jeden gen z drugim. Na przykład gen oporności na rtęć (mer) lub gen degradacji toluenu (tol) można połączyć z genami kodującymi białka wykazujące bioluminescencję w żywej komórce bakteryjnej.

Ogniwo biosensorowe stosowane w. konkretne zanieczyszczone miejsce, może sygnalizować poprzez emisję światła - co sugerowałoby, że w zanieczyszczonym miejscu występują niskie poziomy rtęci nieorganicznej lub toluenu. Można to zmierzyć dalej za pomocą światłowodowych fluorymetrów.

Biosensory można również tworzyć przy użyciu enzymów, kwasów nukleinowych, przeciwciał lub innych cząsteczek reporterowych przyłączonych do membran syntetycznych jako detektorów molekularnych. Przeciwciała specyficzne dla określonego zanieczyszczenia środowiska mogą być sprzężone ze zmianami w fluorescencji, aby zwiększyć czułość wykrywania.

W Indiach Centralny Instytut Badań Elektrochemicznych w Karaikudi opracował biosensor glukozy oparty na enzymie oksydazy glukozy. Enzym ten jest unieruchomiony na powierzchni elektrody działającej jako elektro-katalizator do utleniania glukozy. Biosensor z kolei daje powtarzalny sygnał elektryczny dla stężenia glukozy tak niskiego jak 0, 15 mm (milimolarny) i działa przez kilka tygodni bez widocznej degradacji enzymu.

Innym podobnym zastosowaniem biosensorów jest "Bio-monitoring", który można zdefiniować jako pomiar i ocenę toksycznych chemikaliów lub ich metabolitów w tkance, wydalinach lub dowolnej innej powiązanej kombinacji. Obejmuje pobieranie, dystrybucję, biotransformację, gromadzenie i usuwanie toksycznych chemikaliów. Pomaga to zminimalizować ryzyko dla pracowników przemysłowych, którzy są bezpośrednio narażeni na działanie toksycznych chemikaliów.

Biodegradacja związków ksenobiotyków:

Ksenobiotyki to sztuczne związki pochodzące z niedawnego źródła. Należą do nich barwniki, rozpuszczalniki, nitrotolueny, benzopiren, polistyren, oleje wybuchowe, pestycydy i środki powierzchniowo czynne. Ponieważ są to substancje nienaturalne, mikroorganizmy obecne w środowisku nie mają specyficznego mechanizmu ich degradacji.

Stąd mają tendencję do utrzymywania się w ekosystemie przez wiele lat. Degradacja związków ksenobiotycznych zależy od stabilności, wielkości i lotności cząsteczki oraz środowiska, w którym cząsteczka istnieje (jak pH, podatność na światło, warunki atmosferyczne itp.). Narzędzia biotechnologiczne można wykorzystać do zrozumienia ich właściwości molekularnych i pomóc zaprojektować odpowiednie mechanizmy do zaatakowania tych związków.

Błędy jedzenia oleju:

Przypadkowe wycieki ropy stanowią wielkie zagrożenie dla środowiska oceanicznego. Takie wycieki mają bezpośredni wpływ na organizmy morskie. Aby przeciwdziałać temu problemowi, naukowcy opracowali teraz żywe organizmy do oczyszczania wycieków ropy. Najczęstsze mikroorganizmy żywiące się olejem to bakterie i grzyby.

Dr Anand Chakrabarty, czołowy amerykański naukowiec pochodzenia indyjskiego, z powodzeniem stworzył formy bakterii, które mogą rozkładać ropę naftową na poszczególne węglowodory. Bakterie te obejmują Pseudomonas aureginos ', w którym gen degradacji oleju został wprowadzony do Pseudomonas.

Gdy olej zostanie całkowicie usunięty z powierzchni, te sztuczne błędy jedzenia oleju ostatecznie umierają, ponieważ nie mogą już wspierać ich wzrostu. Dr Chakrabarty był pierwszym naukowcem, który uzyskał patent na takie żywe organizmy.

Stwierdzono również, że gatunki Penicillium posiadają właściwości degradujące ropę, ale ich działanie wymaga znacznie więcej czasu niż genetycznie modyfikowana bakteria. Wiele innych mikroorganizmów, takich jak bakterie Alcanivorax, jest również zdolnych do degradacji produktów ropopochodnych.

Błędy projektanta:

Ponad sto tysięcy (jeden lakh) różnych związków chemicznych produkowanych jest na świecie każdego roku. Podczas gdy niektóre z tych chemikaliów ulegają biodegradacji, inne związki chlorowane są odporne na degradację mikrobiologiczną.

Aby poradzić sobie z tymi polichlorowanymi bifenylami (PCB), naukowcy wyizolowali teraz szereg genów bakterii rozkładających PCB (Pseudomonas pseudoalkali) KF 707. Wyodrębniono również całą klasę genów, określanych jako enzymy wytwarzające enzymy. Enzymy te są odpowiedzialne za degradację PCB.

Inne genetycznie zmodyfikowane bakterie rozkładają również różne zakresy związków chlorowanych. Na przykład beztlenowy szczep bakterii Desulfitlobacterium sp. Y51 odchloruje PCE (poli chloroetylen) do cw-12-dichloroetylenu (cDCE), w stężeniach w zakresie 1- 160 ppm.

Japońscy naukowcy opracowali technologię zwaną "shuffling DNA", która polega na mieszaniu DNA dwóch różnych szczepów bakterii rozkładających PCB. Powoduje to tworzenie chimerycznych genów bph, które wytwarzają enzymy zdolne do degradacji dużego zakresu PCB. Geny te są następnie wprowadzane do chromosomu oryginalnych bakterii degradujących PCB, a uzyskany w ten sposób szczep hybrydowy jest niezwykle skutecznym środkiem rozkładającym.

Geny zostały również wyizolowane z bakterii odpornych na rtęć zwanych genami mer. Te geny mer odpowiadają za całkowitą degradację organicznych związków rtęci. Geny bph i tod-genów dla bakterii rozkładających tolueny (pseudomonas putida Fl) wykazały podobne organizmy genowe. Oba te geny kodują enzymy wykazujące sześćdziesiąt procentowe podobieństwo. Poprzez wymianę podjednostek enzymów możliwe jest skonstruowanie enzymu hybrydowego. Jednym z wytworzonych takich hybrydowych enzymów jest hybrydowa deoksygenaza, która składa się z TodCl - Bph A2 - Bph A3 - Bph A4.

Zostało to wyrażone w E. coli. Zaobserwowano, że ta hybrydowa deoksygenaza może szybciej rozkładać związki oparte na trichloroetylenie (TCE). Gen todCl z bakterii rozkładających tolueny został z powodzeniem wprowadzony w chromosomie szczepu bakteryjnego KF707. Ten szczep następnie skutkował skutecznym zmniejszeniem gradacji TCE. Ten szczep KF707 można również hodować na toluenie lub benzenie itp.

Biomining:

Wśród najstarszych branż na świecie górnictwo jest źródłem alarmujących poziomów zanieczyszczenia środowiska. Biotechnologia modemu jest obecnie wykorzystywana do poprawy środowiska otaczającego obszary górnicze za pośrednictwem różnych mikroorganizmów. Na przykład, bakteria Thiobacillus ferooxidans została użyta do wycofania miedzi z odpadów kopalnianych. Pomogło to również w poprawie odzysku.

Bakteria ta występuje naturalnie w niektórych materiałach zawierających siarkę i może być stosowana do utleniania związków nieorganicznych, takich jak minerały siarczkowe miedzi. Proces ten uwalnia kwaśne i utleniające roztwory jonów żelazowych, które mogą wypłukiwać metale z rudy surowej. Bakterie te przeżuwają rudę i uwalniają miedź, która może następnie zostać zebrana. Takie metody bioprzetwarzania stanowią prawie jedną czwartą całkowitej produkcji miedzi na całym świecie. Bio-przetwórstwo stosuje się również do ekstrakcji metali, takich jak złoto, z rud siarczkowych o niskiej jakości.

Biotechnologia oferuje również środki poprawy wydajności bio-wydobycia, poprzez rozwój szczepów bakterii, które mogą wytrzymać wysokie czasowniki. Pomaga to przetrwać bakteriom w procesie przetwarzania biologicznego, który generuje dużo ciepła.

Inną opcją jest genetyczna inżynieria szczepów bakterii odpornych na metale ciężkie, takie jak rtęć, kadm i arsen. Jeśli geny chroniące te drobnoustroje przed metalami ciężkimi zostaną sklonowane i przeniesione na podatne szczepy, wydajność bio-wydobycia może zostać zwiększona.

Kontrola zanieczyszczeń:

Dzięki biotechnologii modemu naturalnie występujące biokatalizatory mogą być wykorzystywane do detoksykacji szkodliwych chemikaliów uwalnianych do środowiska. Takie biokatalizatory pomogły pozbyć się związków rakotwórczych, takich jak chlorek metylenu z odpadów przemysłowych.

Te specjalne bakterie są narażone na straty w bioreaktorze, w którym bakterie zużywają szkodliwą substancję chemiczną i przekształcają ją w wodę, dwutlenek węgla i sole, co całkowicie niszczy związek chemiczny. Gatunek bakterii Geobacter metallireducens jest również stosowany do usuwania uranu z wód odwadniających w operacjach wydobywczych oraz ze skażonych wód gruntowych.

Izolacja i późniejsze scharakteryzowanie różnych ważnych genów pomoże w opracowaniu szczepów, które mogą degradować szeroki zakres zanieczyszczeń. Zastosowanie manipulacji molekularnych może również pomóc w dostosowaniu bakterii do ich użycia w celu usunięcia określonych substancji toksycznych.

Przetwarzanie odpadów przemysłowych:

Odpady z przemysłu celulozowego:

Odpady z przemysłu papierniczego i celulozowego zawierają wysoki poziom celulozy i lignocelulozy, co stwarza ogromne problemy z przetwarzaniem. Celuloza jest niezwykle odporna na rozkład enzymów i staje się odporna zarówno na atak chemiczny, jak i enzymatyczny, gdy jest związana z ligniną. Ponieważ lignina i węglowodany są ze sobą powiązane w drewnie, trudno jest wyeliminować miazgę.

Naukowcy opracowali teraz enzymatyczne bielenie masy celulozowej, które zapobiega powstawaniu odpadów bielących poprzez eliminację lub redukcję zużycia chloru. Zmniejsza także ilość wody podczas roztwarzania i wybielania. Proces ten obejmuje wykorzystanie organizmu produkującego ksylanazę Bacillus stearthermophilus, który jest izolowany z gleby.

Mikroorganizmy zwykle produkują ksylanazy wraz z innymi polimerami, takimi jak celulaza i hemiceluloza. Technologia rekombinacji DNA jest obecnie wykorzystywana do ekspresji tylko genów ksylanazy u gospodarzy niecelulolitycznych. Pierwsza ksylanaza wolna od celulazy została opisana w Actinomycete Chainia z pustyń w Radżastanie.

Następnie podano różne inne ksylanazy. Ksylanazy są szeroko stosowane ze względu na ich wysoką stabilność temperaturową i wysokie optimum alkaliczne. Ta właściwość pomaga w ścisłym związaniu się z podłożem. Ksylanaza alkaliczna została opisana przez Bacillus stearthermophilus, który jest aktywny przy pH 9 i 65 ° C. Zostało to przetestowane na wybielanie miazgi drzewnej z obiecującymi wynikami.

Kolejnym odpadem z procesu roztwarzania drewna jest siarczynowy ług odpadkowy, który zawiera lignosiarczan (60%), cukier (36%) i mieszaninę innych związków organicznych. Można to leczyć drożdżami (Candida albicans), które fermentują cukier, produkując prawie jedną tonę drożdży na każde dwie tony cukru w ​​trunku.

Odpady z przemysłu mleczarskiego:

Płyn z serwatki jest istotnym produktem ubocznym przy produkcji sera. Serwatkę pozostawia się po rozdzieleniu twarogu i na każdy wyprodukowany kilogram wyprodukowano aż 9 litrów tego płynu (serwatki).

Choć serwatka zawiera potencjalnie cenne składniki odżywcze, jej stosowanie ogranicza się do karmy dla zwierząt i niektórych przetworzonych potraw, takich jak lody. Ponieważ światowa produkcja serwatki zbliża się do pięciu milionów ton rocznie, ogromne problemy związane z usuwaniem odpadów zaczynają nawiedzać przemysł mleczarski.

Po odprowadzeniu do miejskiej sieci kanalizacyjnej nastąpiłoby ogromne biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT). Płyn ten ma zawartość laktozy w wysokości do 4-5%, która jest słabo metabolizowana przez większość organizmów stosowanych w fermentacji komercyjnej. Co gorsza, serwatka jest rozcieńczana (92% wody) i wiąże się z wysokimi kosztami zbierania.

Obecnie do dyspozycji serwatki podchodzą różne podejścia biotechnologiczne. Obejmują one:

1. Traktowanie serwatki odpowiednimi szczepami drobnoustrojów i składników odżywczych,

2. Bezpośrednia fermentacja laktozy do etanolu,

3. Stosowanie drożdży takich jak "Kluyvewmyces fraglis" i "Candida intermedi",

4. Hydroliza laktozy do glukozy i galaktozy. (Fermentacja skutkuje słodkim syropem, który jest stosowany w przemyśle spożywczym).

Odpady z przemysłu barwników :

Przemysł włókienniczy i barwnikowy wytwarza szereg barwników i pigmentów, które są uwalniane do środowiska w strumieniach ścieków. Chociaż większość barwników nie jest toksyczna lub rakotwórcza dla ryb lub ssaków, niektóre z nich stanowią poważne zagrożenie.

Chemiczne metody obróbki kolorowych odcieków okazały się skuteczne, podczas gdy mikrobiologiczne usuwanie barwników i pigmentów jest nadal bardzo ograniczone. Stwierdzono, że mikroorganizmy rozkładają barwniki dopiero po adaptacji do stężeń znacznie wyższych niż normalnie spotykane w różnych strumieniach.

Bio-scrubbing:

Odprowadzanie szkodliwych toksycznych i zapachowych gazów jest poważnym problemem środowiskowym. Zredukowane związki siarki (tiosiarczan, siarkowodór) są wytwarzane z różnych procesów przemysłowych w przemyśle fotograficznym i celulozowym, rafinacji ropy naftowej i oczyszczania gazów ziemnych. Związki te są produktami ubocznymi beztlenowej fermentacji odpadów zwierzęcych o wysokiej zawartości związków organicznych. Większość nieorganicznych zredukowanych związków siarki może być wykorzystywana albo tlenowo, albo beztlenowo.

Pestycydy:

Większość stosowanych chemicznie pestycydów i nawozów okazała się niebezpieczna ponad pewien poziom progowy. Te chemikalia, gdy są zdegradowane przez mikroorganizmy lub światło ultrafioletowe, uwalniają zanieczyszczenia do środowiska. Narzędzia biotechnologiczne mogą pomóc w takich sytuacjach.

Kontrola chwastów:

Opracowano nowe herbicydy, które będą selektywne wobec celu i nieszkodliwe dla organizmów innych niż docelowe. Genetycznie modyfikowane rośliny odporne na herbicydy zostały również opracowane w wielu uprawach, co pomogłoby w zastosowaniu przyjaznych dla środowiska herbicydów. Udało się również opracować genetycznie modyfikowane rośliny odporne na owady u niektórych gatunków roślin, co sugeruje ograniczone stosowanie pestycydów w przyszłości.

Kontrola szkodników i biobójczy:

Obecnie syntetyzowane są pestycydy bakteryjne poprzez przeniesienie bakterii genu (Bacillus thrungiensis) Bt do roślin. Gen ten koduje białko, które po spożyciu przez owady karmiące powoduje solubilizację przewodu pokarmowego owadów (środkowe jelito) i uwalnia protoksyny. Prowadzi to do zaburzeń równowagi i ostatecznie zabija owady.

Te "biologiczne pestycydy" są opracowywane w celu zwalczania szkodników owadzich (robak kulisty i robak bud) poprzez przeniesienie genu Bt do bakterii glebowej (gatunki Pesudomonas). Kilka amerykańskich firm bierze udział w opracowywaniu i wprowadzaniu na rynek biologicznych pestycydów i stworzyło genetycznie zmodyfikowane żywe bakterie do powlekania nasion przed sadzeniem. Mycogen zabija rekombinowane bakterie i stosuje je do liści roślin uprawnych. Oba te podejścia chronią toksynę przed degradacją przez mikroorganizmy i światło ultrafioletowe po zastosowaniu na rośliny uprawne.

Wirusowe pestycydy:

Wirusowe pestycydy są bezpieczne dla środowiska i niosą mniejsze ryzyko toksyczności. Te pestycydy można również stosować przeciwko szkodnikom, które w przeciwnym razie stały się odporne na chemiczne pestycydy. Wiele entomopatogennych wirusów (owadów infekujących wirusami) zostało wykorzystanych jako bezpieczne i skuteczne pestycydy. Wirusy te zabijają określone gatunki szkodników i nie wywierają niekorzystnego wpływu na użyteczne owady zapylające, owady dające użyteczne produkty, pasożyty lub drapieżniki. Są bezpieczne nawet podczas operacji natryskiwania na dużą skalę.

Przywrócenie obszarów ogorzeliskowych:

Zwiększenie działalności człowieka spowodowało spustoszenie w ekosystemie dobrze zrównoważonym na Ziemi. Ponad połowa całkowitego obszaru lądowego na świecie jest obecnie zagrożona przez problemy związane z zasoleniem, kwasowością i toksycznością metali. Narzędzia biotechnologiczne są wykorzystywane do przywracania zdegradowanego ekosystemu. Niektóre metody oparte na biotechnologii roślin obejmują ponowne zalesianie, obejmujące mikropropagację i wykorzystanie mikoryzy.

Mikropropagacja spowodowała zwiększenie pokrywy roślin, co z kolei pomaga w zapobieganiu erozji, a także zwiększa stabilność klimatyczną. Określone gatunki roślin zasadzono na obszarach, które są bardziej podatne na denudację.

Na przykład, różne gatunki rośliny Casuraina zostały zasadzone w glebach z niedoborem azotu, co zwiększy żyzność gleby i zwiększy produkcję drewna opałowego. Niektóre gatunki roślin, które mogą rosnąć w glebach o wysokiej zawartości soli, mogą być również sadzone na takich obszarach. Do tych gatunków należą Prosopis spiagera, Butea monosperma i Terminalia bellerica.

Różnorodność biologiczna i ochrona:

Aktywność człowieka również okazała się dewastująca dla różnorodności gatunków, a wymuszone przez człowieka wyginięcie gatunków wzrastało w tempie wykładniczym. Potrzeba powiększania się populacji z nierównomiernym podziałem bogactwa niezmiennie prowadzi do niezrównoważonego i wyzyskującego wykorzystania istniejących zasobów. Jedną z głównych obaw jest dziś zachowanie naszej obecnej flory i fauny (roślin, zwierząt i drobnoustrojów).

Zastosowania biotechnologiczne otworzyły nowe i ulepszone metody ochrony zasobów genetycznych roślin i zwierząt oraz przyspieszyły ocenę gromadzenia się bakterii zarodkowych pod kątem określonych cech. Utrzymanie szerokiej bazy genetycznej, która jest ważnym elementem różnorodności biologicznej, ma zasadnicze znaczenie dla przyszłości biotechnologii i zrównoważonego wykorzystania zasobów biologicznych. Nowe technologie mogą zwiększać wartość światowej różnorodności biologicznej, jeśli pozwalają na większe wykorzystanie różnorodności genetycznej zarówno dzikich, jak i udomowionych gatunków.

Hodowla tkanek roślinnych została uznana za kluczową technologię zwiększania zdolności produkcyjnych wielu roślin wybranych odmian, aby poprawić i zwiększyć ich produkcję oraz zapobiec ich wyginięciu.

Jednak wrodzona natura gatunków roślin jest taka, że ​​większość zasobów genetycznych upraw jest chroniona ex situ (poza naturalnym środowiskiem). Istnieje niewiele metod konserwacji ex situ, które pozwalają odróżnić część rośliny, która ma być konserwowana (cały organ, nasiona, tkanki lub materiał genetyczny). Ale nowsze urządzenia biotechnologiczne mogą pomóc w zachowaniu nasion jako preferowanej metody ochrony ex situ. Tutaj trzeba przezwyciężyć problem uśpienia.

Inną skuteczną metodą zachowania różnorodności biologicznej jest zachowanie plazm bakteryjnych przez krioprezerwację (zamrożenie tkanki w ciekłym azocie w -196 ° C). Podstawową zasadą jest całkowite zatrzymanie aktywności metabolicznej przy utrzymaniu żywej tkanki (w formie pasywnej).

Narzędzia biotechnologiczne utorowały drogę do przywracania i zachowania różnorodności biologicznej na wielowymiarowe sposoby. Narzędzia te z pewnością będą ostateczną odpowiedzią na rosnące wyzwanie wyczerpującego środowiska.

Bio-nawozy:

Zostały one również wykorzystane do obniżenia kosztów stosowania nawozów i zmniejszenia zagrożeń środowiskowych powodowanych przez nawozy chemiczne. Ostatnio rośliny morskie (wodorosty) zostały wykorzystane jako nawozy biologiczne. Okazały się bardzo zachęcające, a tym samym zmniejszały obciążenie związane z nawozami chemicznymi.