Einsatz von Biotechnologie zur Reinigung unserer Umwelt

Zu den Bereichen, in denen sich die Biotechnologie bei der Bereinigung der Umwelt als sehr wirksam erwiesen hat, gehören:

Deponietechnologien:

Feste Abfälle machen einen zunehmenden Anteil des von städtischen Gesellschaften erzeugten Abfalls aus. Während ein Teil dieses Volumens aus Glas, Kunststoffen und anderem nicht biologisch abbaubaren Material besteht, besteht ein erheblicher Teil davon aus zersetzbaren festen organischen Materialien, wie Lebensmittelabfällen aus großen Geflügel- und Schweinezuchtbetrieben.

In großen nicht urbanisierten Gemeinden ist die kostengünstige anaerobe Deponietechnologie eine übliche Methode zur Beseitigung solcher biologisch abbaubaren Abfälle. Dabei werden die festen Abfälle an niedrig gelegenen Standorten mit niedrigem Wert abgelagert.

Die Ablagerungen werden täglich komprimiert und von einer Bodenschicht bedeckt. Diese Deponien beherbergen eine Vielzahl von Bakterien, von denen einige in der Lage sind, verschiedene Arten von Abfällen abzubauen. Das einzige Manko bei diesem Prozess ist, dass diese Bakterien eine beträchtliche Zeit benötigen, um den Abfall abzubauen.

Die moderne Biotechnologie hat es Wissenschaftlern jedoch ermöglicht, die verfügbaren Bakterien zu untersuchen, die am Abbau des Abfalls beteiligt sind - einschließlich gefährlicher Substanzen. Die effizientesten Stämme dieser Bakterien können in großen Mengen kloniert und reproduziert und schließlich an den spezifischen Stellen angewendet werden. Dies gewährleistet einen schnellen Abbau des Abfallmaterials.

Kompostierung:

Bei der Kompostierung handelt es sich um ein anaerobes, mikrobiell angetriebenes Verfahren, bei dem organische Abfälle in stabiles sanitäres humusartiges Material umgewandelt werden. Dieses Material kann dann sicher in die natürliche Umgebung zurückgeführt werden. Diese Methode ist eigentlich ein Fermentationsprozess mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt und festem Substrat.

Bei großtechnischen Arbeiten, bei denen überwiegend fester Hausmüll anfällt, wird das Endprodukt hauptsächlich zur Bodenverbesserung verwendet. In den spezielleren Arbeitsgängen mit Rohsubstraten (wie Stroh, Tierdünger usw.) wird der Kompost (Endprodukt) zum Substrat für die Pilzproduktion.

Das Hauptziel eines Kompostierungsvorgangs besteht darin, den endgültigen Kompost mit einer gewünschten Produktqualität innerhalb eines begrenzten Zeitraums und innerhalb eines begrenzten Komposts zu erhalten. Die grundlegende biologische Reaktion des Kompostierungsprozesses ist die Oxidation der gemischten organischen Substrate, um Kohlendioxid, Wasser und andere organische Nebenprodukte zu erzeugen. Es ist jedoch wichtig sicherzustellen, dass eine Kompostierungsanlage unter umweltfreundlichen Bedingungen funktioniert.

Die Kompostierung ist seit langem nicht nur als Mittel zur sicheren Behandlung fester organischer Abfälle bekannt, sondern auch als Verfahren zur Wiederverwertung organischer Stoffe. Diese Technik wird bei künftigen Abfallbewirtschaftungsverfahren zunehmend eine bedeutende Rolle spielen, da sie die Wiederverwendung von organischem Material aus Haus-, Landwirtschafts- und Lebensmittelabfällen ermöglicht.

Bioremediation:

Verschiedene Produkte (Chemikalien), die mit den modernen Technologien hergestellt werden, stellen eine große Gefahr für die natürlichen Abbauprozesse und die natürlichen Mechanismen der Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts dar. Viele dieser Schadstoffe sind komplexer Natur und daher schwer zu zerlegen. Solche Schadstoffe sammeln sich in der natürlichen Umgebung mit einer alarmierenden Rate an.

Die Anwendung der Biotechnologie hat dazu beigetragen, das Umweltmanagement solcher gefährlichen Schadstoffe durch biologische Sanierung zu verbessern. Dieser Vorgang wird auch als Biorestauration oder Biobehandlung bezeichnet. Bei der biologischen Sanierung werden natürlich vorhandene Mikroorganismen eingesetzt, um den Abbau biologischer Substanzen und den Abbau verschiedener Materialien zu beschleunigen.

Dieser Prozess verleiht dem Reinigungsprozess einen erheblichen Impuls. Das Grundprinzip der biologischen Sanierung ist die Zersetzung organischer Schadstoffe in einfache organische Verbindungen wie Kohlendioxid, Wasser, Salze und andere harmlose Produkte.

Die biologische Sanierung kann auf zwei Arten zur Reinigung der Umwelt beitragen:

Die Förderung des mikrobiellen Wachstums in situ (im Boden) kann durch Zugabe von Nährstoffen erreicht werden. Die Mikroben gewöhnen sich an diese giftigen Abfälle (sogenannte Nährstoffe). Im Laufe der Zeit verbrauchen die Mikroben diese Verbindungen und bauen diese Schadstoffe ab.

Eine weitere Option ist die gentechnische Entwicklung von Mikroorganismen, die organische Schadstoffmoleküle abbauen können. Beispielsweise verwendeten Bioremediation-Ingenieure einer amerikanischen Organisation die "Flavobacterium" -Spezies, um Pentachlorphenol aus kontaminiertem Boden zu entfernen.

Die Verwendung von Mikroben hat sich auch beim Beseitigen toxischer Stellen als wirksam erwiesen. Ein amerikanischer Mikrobiologe hat eine GS-15-Mikrobe entdeckt, die Uran aus dem Abwasser einer Atomwaffenfabrik aufnehmen kann. Die GS-15-Mikroorganismen wandeln Uran in Wasser in unlösliche Partikel um, die sich am Boden niederschlagen und absetzen.

Diese Partikel können anschließend gesammelt und entsorgt werden. Das GS-15-Bakterium metabolisiert das Uran auch direkt, wodurch doppelt so viel Energie gewonnen wird, wie es normalerweise in Gegenwart von Eisen erzeugt würde. Dieser Organismus hat eine sehr schnelle Wachstumsrate und kann bei der Abfallbehandlung des Uranbergbaus äußerst nützlich sein.

Bei der biologischen Sanierung werden biologische Arbeitsstoffe eingesetzt, die gefährliche Abfälle zu ungefährlichen oder weniger gefährlichen Verbindungen machen. Sogar die tote Biomasse beherbergt Pilze, die metallische Ionen in wässrigen Lösungen einfangen können. Dies liegt an ihrer speziellen Zellwandzusammensetzung. Viele Fermentationsindustrien produzieren Pilzbiomasse aus unerwünschten Nebenprodukten, die zu diesem Zweck verwendet werden können.

Die Biomasse des Pilzes Rhizopus arrhizus kann 30-130 mg Cadmium / g trockene Biomasse aufnehmen. Pilze haben Ionen in der Zellwand wie Amine, Carboxyl- und Hydroxylgruppen. 1, 5 kg Mycelpulver könnten verwendet werden, um Metalle aus einer mit 5 g Cadmium beladenen Tonne Wasser zu gewinnen.

'Algasorb', ein von der Bio-Recovery Systems Company patentiertes Produkt, absorbiert auf ähnliche Weise Schwermetallionen aus Abwasser oder Grundwasser. Das Auffangen von abgestorbenen Algen in einem polymeren Material aus Silicagel erzeugt Algasorb. Es schützt Algenzellen vor der Zerstörung durch andere Mikroorganismen. Algasorb funktioniert auf die gleiche Weise wie ein kommerzielles Ionenaustauscherharz, und Schwermetalle können bei Sättigung entfernt werden.

Die Kontrolle der Umweltverschmutzung an der Quelle selbst ist ein äußerst wirksamer Ansatz für eine sauberere Umwelt. Schwermetalle wie Quecksilber, Cadmium und Blei sind im Abwasser der modernen Industrie häufig als Schadstoffe enthalten. Die Auswirkungen von Quecksilber als Schadstoff sind seit langem bekannt.

Diese Metalle können von einigen Algen und Bakterien angesammelt und somit aus der Umgebung entfernt werden. Zum Beispiel kann "Pseudomonas aeruginosa" Uran und "Thiobacillus" Silber ansammeln. Mehrere Unternehmen in den USA verkaufen eine Mischung aus Mikroben und Enzymen, um chemische Abfälle wie Öl, Reinigungsmittel, Papierfabrikabfälle und Pestizide zu beseitigen.

In letzter Zeit werden auch Anlagen zur Reinigung von mit Metall befallenen Standorten eingesetzt. Diese Pflanzen nehmen die Metalle in ihren Vakuolen auf. Dieser Vorgang wird als Phytoremediation bezeichnet. Die Metalle können durch Verbrennen der Pflanzen gewonnen werden. Diese Praxis des Anbaus solcher Bäume in der Nähe von Industrieanlagen, die Schwermetalle in der Umgebung freisetzen, hat sich als äußerst effektiv erwiesen.

Biosensoren:

Biosensoren sind biophysikalische Geräte, die die Menge bestimmter Substanzen in einer Vielzahl von Umgebungen erkennen und messen können. Biosensoren umfassen Enzyme, Antikörper und sogar Mikroorganismen. Diese können für klinische, immunologische, genetische und andere Forschungszwecke verwendet werden.

Die Biosensorsonden dienen zur Erkennung und Überwachung von Schadstoffen in der Umgebung. Diese Biosensoren sind nicht zerstörerisch und können ganze Zellen oder spezifische Moleküle wie Enzyme als Biomimetikum zum Nachweis verwenden. Ihre weiteren Vorteile umfassen eine schnelle Analyse, Spezifität und genaue Reproduzierbarkeit.

Biosensoren können erstellt werden, indem ein Gen mit einem anderen verknüpft wird. Zum Beispiel kann das Gen für Quecksilberresistenzgen (mer) oder Toluol-Abbau (tol) mit den Genen verknüpft sein, die für Proteine ​​kodieren, die Biolumineszenz in einer lebenden Bakterienzelle zeigen.

Die Biosensorzelle kann, wenn sie in einem verwendet wird. Besonders verschmutzte Stelle kann durch Emittieren von Licht signalisieren - was darauf schließen lässt, dass an der verschmutzten Stelle geringe Mengen an anorganischem Quecksilber oder Toluol vorhanden sind. Dies kann unter Verwendung von faseroptischen Fluorimetern weiter gemessen werden.

Biosensoren können auch unter Verwendung von Enzymen, Nukleinsäuren, Antikörpern oder anderen an synthetischen Membranen angebrachten Reportermolekülen als molekulare Detektoren erzeugt werden. Antikörper, die für eine bestimmte Umweltkontaminante spezifisch sind, können an Änderungen der Fluoreszenz gekoppelt werden, um die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen.

In Indien hat das Central Electrochemical Research Institute bei Karaikudi einen Glukose-Biosensor entwickelt, der auf dem Enzym Glukoseoxidase basiert. Dieses Enzym ist auf einer Elektrodenoberfläche immobilisiert, die als Elektrokatalysator für die Oxidation von Glucose dient. Der Biosensor liefert wiederum ein reproduzierbares elektrisches Signal für eine Glukosekonzentration von nur 0, 15 mm (milimolar) und arbeitet mehrere Wochen lang ohne offensichtlichen Abbau des Enzyms.

Eine andere ähnliche Anwendung der Biosensoren ist das "Bio-Monitoring", das als Messung und Bewertung toxischer Chemikalien oder ihrer Metaboliten in einem Gewebe, Exkret oder einer anderen verwandten Kombination definiert werden kann. Es umfasst die Aufnahme, Verteilung, Biotransformation, Akkumulation und Entfernung von toxischen Chemikalien. Dies minimiert das Risiko für Industriearbeiter, die direkt giftigen Chemikalien ausgesetzt sind.

Biologischer Abbau von Xenobiotika:

Xenobiotika sind vom Menschen geschaffene Verbindungen jüngeren Ursprungs. Dazu gehören Farbstoffe, Lösungsmittel, Nitrotoluole, Benzopyren, Polystyrol, Sprengöle, Pestizide und Tenside. Da es sich hierbei um nichtnatürliche Substanzen handelt, haben die in der Umwelt vorhandenen Mikroben keinen spezifischen Mechanismus für ihren Abbau.

Daher neigen sie dazu, viele Jahre im Ökosystem zu bleiben. Der Abbau von xenobiotischen Verbindungen hängt von der Stabilität, Größe und Flüchtigkeit des Moleküls und der Umgebung ab, in der sich das Molekül befindet (wie pH-Wert, Lichtempfindlichkeit, Witterungseinflüsse usw.). Biotechnologische Werkzeuge können verwendet werden, um ihre molekularen Eigenschaften zu verstehen und geeignete Mechanismen für den Angriff auf diese Verbindungen zu entwickeln.

Öl essen Wanzen:

Versehentliche Ölunfälle stellen eine große Bedrohung für die Meeresumwelt dar. Solche Leckagen haben direkte Auswirkungen auf Meeresorganismen. Um diesem Problem zu begegnen, haben Wissenschaftler jetzt lebende Organismen entwickelt, um Ölverschmutzungen zu beseitigen. Die häufigsten ölfressenden Mikroorganismen sind Bakterien und Pilze.

Dr. Anand Chakrabarty, ein führender US-amerikanischer Wissenschaftler indischer Herkunft, hat erfolgreich Bakterienformen geschaffen, die Öl in einzelne Kohlenwasserstoffe abbauen können. Diese Bakterien umfassen Pseudomonas aureginos ', wo ein Gen für den Ölabbau in die Pseudomonas eingeführt wurde.

Sobald das Öl vollständig von der Oberfläche entfernt worden ist, sterben diese technischen, ölfressenden Käfer schließlich ab, da sie ihr Wachstum nicht mehr unterstützen können. Dr. Chakrabarty war der erste Wissenschaftler, der ein Patent für solche lebenden Organismen erhielt.

Es wurde auch gefunden, dass Penicillium-Arten ölabbauende Eigenschaften aufweisen, aber seine Wirkung erfordert viel mehr Zeit als das gentechnisch veränderte Bakterium. Viele andere Mikroorganismen wie die Alcanivorax-Bakterien können auch Erdölprodukte abbauen.

Designer Bugs:

Weltweit werden jedes Jahr mehr als hunderttausend verschiedene chemische Verbindungen hergestellt. Während einige dieser Chemikalien biologisch abbaubar sind, sind andere wie chlorierte Verbindungen resistent gegen mikrobiellen Abbau.

Um diese Polychlorierten Biphenyle (PCB) zu bekämpfen, haben Wissenschaftler jetzt eine Reihe von PCB-abbauenden Bakteriengenen (Pseudomonas pseudoalkali) KF 707 isoliert. Eine ganze Klasse von Genen, die als bph-erzeugende Enzyme bezeichnet werden, wurde ebenfalls isoliert. Diese Enzyme sind für den Abbau von PCB verantwortlich.

Andere gentechnisch veränderte Bakterien bauen auch verschiedene Bereiche von Chlorverbindungen ab. Ein anaerober Bakterienstamm Desulfitlobacterium sp. Y51-Dechlorinate PCE (Polychlorethylen) zu cw-12-Dichlorethylen (cDCE) bei Konzentrationen im Bereich von 01-160 ppm.

Japanische Wissenschaftler haben eine Technologie namens "DNA Shuffling" entwickelt, bei der die DNA zweier verschiedener Stämme PCB-abbauender Bakterien gemischt wird. Dies führt zur Bildung chimärer bph-Gene, die Enzyme produzieren, die in der Lage sind, einen großen Bereich von PCBs abzubauen. Diese Gene werden weiter in das Chromosom ursprünglicher PCB-abbauender Bakterien eingeführt, und der so erhaltene Hybridstamm ist ein äußerst wirksames Abbauagens.

Gene wurden auch aus Bakterien isoliert, die gegen Quecksilber resistent sind. Diese mer-Gene sind für den vollständigen Abbau organischer Quecksilberverbindungen verantwortlich. Die bph-Gene und tod-Gene für Toluol-abbauende Bakterien (Pseudomonas putida Fl) haben ähnliche Genorganisationen gezeigt. Beide Gene kodieren für Enzyme, die eine Ähnlichkeit von sechzig Prozent aufweisen. Durch den Austausch der Untereinheiten der Enzyme ist es möglich, ein Hybridenzym aufzubauen. Ein solches Hybridenzym ist Hybriddeoxygenase, die aus TodCl - Bph A2 - Bph A3 - Bph A4 besteht.

Dies wurde in E. coli ausgedrückt. Es wurde beobachtet, dass diese Hybrid-Desoxygenase für auf Trichlorethylen (TCE) basierende Verbindungen schneller abgebaut werden konnte. Das todCl-Gen aus Toluol-abbauenden Bakterien wurde erfolgreich in das Chromosom des Bakterienstamms KF707 eingeführt. Diese Belastung führte dann zu einer effizienten TCE-Abstufung. Dieser KF707-Stamm könnte auch auf Toluol oder Benzol usw. gezüchtet werden.

Biomining:

Der Bergbau ist eine der ältesten Industrien der Welt und verursacht eine alarmierende Umweltverschmutzung. Moderne Biotechnologie wird jetzt eingesetzt, um die Umgebung von Bergbaugebieten durch verschiedene Mikroorganismen zu verbessern. Zum Beispiel wurde ein Bakterium Thiobacillus ferooxidans verwendet, um Kupfer aus Bergwerksrückständen zu entfernen. Dies hat auch zur Verbesserung der Erholung beigetragen.

Dieses Bakterium ist natürlicherweise in bestimmten schwefelhaltigen Materialien vorhanden und kann zur Oxidation anorganischer Verbindungen wie Kupfersulfidmineralien verwendet werden. Dieser Prozess setzt saure und oxidierende Lösungen von Eisen (III) -Ionen frei, die Metalle aus dem Roherz auswaschen können. Diese Bakterien kauen das Erz auf und setzen Kupfer frei, das anschließend gesammelt werden kann. Diese Verfahren der Bioverarbeitung machen fast ein Viertel der gesamten Kupferproduktion weltweit aus. Bioverarbeitung wird auch verwendet, um Metalle wie Gold aus sehr schwefeligen sulfidischen Golderzen zu extrahieren.

Die Biotechnologie bietet auch die Möglichkeit, die Effizienz des Bio-Bergbaus zu verbessern, indem Bakterienstämme entwickelt werden, die hohen temporären Bedingungen standhalten. Dies hilft diesen Bakterien, die Bioverarbeitung zu überstehen, die viel Wärme erzeugt.

Eine andere Möglichkeit ist die genetische Entwicklung von Bakterienstämmen, die gegen Schwermetalle wie Quecksilber, Cadmium und Arsen resistent sind. Wenn die Gene, die diese Mikroben vor Schwermetallen schützen, geklont und auf die anfälligen Stämme übertragen werden, kann die Effizienz des Bio-Bergbaus vielfältig gesteigert werden.

Umweltschutz:

Mit Hilfe der modernen Biotechnologie können natürlich vorkommende Biokatalysatoren zur Entgiftung schädlicher Chemikalien verwendet werden, die in die Umwelt freigesetzt werden. Solche Biokatalysatoren haben dazu beigetragen, karzinogene Verbindungen wie Methylenchlorid aus Industrieabfällen zu entfernen.

Diese speziellen Bakterien werden dem Abfall in einem Bioreaktor ausgesetzt, in dem die Bakterien die schädliche Chemikalie verbrauchen und in Wasser, Kohlendioxid und Salze umwandeln, wodurch die chemische Verbindung vollständig zerstört wird. Eine Art von Bakterien Geobacter metallireducens wird auch verwendet, um Uran aus Abwasser im Bergbau und aus kontaminiertem Grundwasser zu entfernen.

Die Isolierung und anschließende Charakterisierung verschiedener wichtiger Gene wird dazu beitragen, Stämme zu entwickeln, die ein breites Spektrum an Schadstoffen abbauen können. Die Verwendung von molekularen Manipulationen kann auch dazu beitragen, Bakterien so anzupassen, dass sie bestimmte Giftstoffe entfernen.

Industrieabfälle behandeln:

Abfälle aus der Zellstoffindustrie:

Abfälle aus der Papier- und Zellstoffindustrie enthalten einen hohen Anteil an Cellulose und Lignocellulose, was zu massiven Behandlungsproblemen führt. Cellulose ist extrem resistent gegen den Abbau von Enzymen und wird resistent gegen chemischen und enzymatischen Angriff, wenn sie an Lignin gebunden wird. Da Lignin und Kohlenhydrate in Holz miteinander verbunden sind, wird es schwierig, den Zellstoff zu delignifizieren.

Forscher haben nun ein enzymatisches Zellstoffbleichverfahren entwickelt, das die Bildung von Bleichmittelabfällen verhindert, indem der Chlorkonsum eliminiert oder reduziert wird. Es reduziert auch das Wasser beim Aufschließen und Bleichen. Dieses Verfahren beinhaltet die Verwendung eines Xylanase produzierenden Organismus Bacillus stearthermophilus, der aus dem Boden isoliert wird.

Mikroorganismen produzieren normalerweise Xylanasen zusammen mit anderen Polymeren wie Cellulase und Hemicellulose. Rekombinante DNA-Technologie wird jetzt verwendet, um nur die Xylanase-Gene in nicht-cellulolytischen Wirten zu exprimieren. Die erste cellulasefreie Xylanase wurde vom Actinomyceten Chainia aus den Wüsten von Rajasthan berichtet.

Anschließend wurden verschiedene andere Xylanasen beschrieben. Xylanasen werden aufgrund ihrer hohen Temperaturstabilität und ihres hohen alkalischen Optimums häufig verwendet. Diese Eigenschaft hilft bei der festen Bindung an das Substrat. Alkalische Xylanase wurde aus Bacillus stearthermophilus berichtet, das bei pH 9 und 65 ° C aktiv ist. Dies wurde mit sehr vielversprechenden Ergebnissen für das Bleichen von Zellstoff getestet.

Ein weiterer Abfall aus dem Holzaufschlussprozess ist Sulfitablauge, die Lignosulfat (60%), Zucker (36%) und eine Mischung anderer organischer Verbindungen enthält. Dies kann mit Hefe (Candida albicans) behandelt werden, die den Zucker fermentiert, wodurch pro zwei Tonnen Zucker in der Lauge fast eine Tonne Hefe entsteht.

Abfälle aus der Milchindustrie:

Die Molkeflüssigkeit ist ein wesentliches Nebenprodukt bei der Käseherstellung. Molke bleibt zurück, nachdem der Käsebruch getrennt wurde, und für jedes erzeugte Kilogramm Käse werden bis zu neun Liter dieser Flüssigkeit (Molke) erzeugt.

Obwohl die Molke potentiell wertvolle Nährstoffe enthält, ist ihre Verwendung auf Tierfutter und einige verarbeitete Lebensmittel wie Eiscreme beschränkt. Mit einer weltweiten Molkeproduktion von fast fünf Millionen Tonnen pro Jahr beginnen die Entsorgungsprobleme der Milchindustrie zu spüren.

Eine Einleitung in das kommunale Abwassersystem würde zu einem massiven biologischen Sauerstoffbedarf (BOD) führen. Diese Flüssigkeit hat einen Laktosegehalt von bis zu 4-5%, der von den meisten Organismen, die bei der kommerziellen Fermentation verwendet werden, schlecht metabolisiert wird. Darüber hinaus ist Molke verdünnt (92% Wasser) und verursacht hohe Sammelkosten.

Die Entsorgung von Molke erfolgt heute über verschiedene biotechnologische Ansätze. Diese schließen ein:

1. Behandlung von Molke mit geeigneten Keimen und Nährstoffen

2. Direkte Fermentation von Laktose zu Ethanol

3. Verwendung von Hefe wie "Kluyvewmyces fraglis" und "Candida intermedi",

4. Hydrolyse von Laktose zu Glukose und Galaktose. (Fermentation führt zu süßem Sirup, der in der Lebensmittelindustrie verwendet wird).

Abfälle aus der Farbstoffindustrie :

Die Textil- und Farbstoffindustrie produziert eine Reihe von Farbstoffen und Pigmenten, die in Abwasserströmen an die Umwelt abgegeben werden. Obwohl die meisten Farbstoffe für Fische oder Säugetiere nicht toxisch oder krebserregend sind, bergen einige von ihnen ernsthafte Gefahren.

Chemische Verfahren zur Behandlung von gefärbten Abwässern haben sich bewährt, während die Entfernung von Farbstoffen und Pigmenten durch Mikroorganismen immer noch sehr begrenzt ist. Es wurde gefunden, dass Mikroorganismen Farbstoffe nur nach Anpassung an Konzentrationen abbauen, die viel höher sind als normalerweise in verschiedenen Stoffströmen anzutreffen.

Bio-Schrubben:

Die Ableitung schädlicher giftiger und geruchlicher Gase ist ein ernstes Umweltproblem. Reduzierte Schwefelverbindungen (Thiosulfat, Schwefelwasserstoff) werden durch eine Vielzahl industrieller Prozesse in der Foto- und Zellstoffindustrie, der Ölraffination und der Reinigung von Erdgasen erzeugt. Diese Verbindungen sind die Nebenprodukte der anaeroben Vergärung von tierischen Abfällen mit hohem organischem Gehalt. Die meisten anorganischen reduzierten Schwefelverbindungen können entweder aerob oder anaerob verwendet werden.

Pestizide:

Die meisten kommerziell verwendeten chemischen Pestizide und Düngemittel haben sich ab einem bestimmten Grenzwert als gefährlich erwiesen. Diese Chemikalien setzen Schadstoffe in der Umwelt frei, wenn sie durch Mikroorganismen oder ultraviolettes Licht abgebaut werden. Biotechnologische Werkzeuge können in solchen Situationen helfen.

Unkrautbekämpfung:

Es wurden neue Herbizide entwickelt, die für das Ziel selektiv und für die Nichtzielorganismen ungefährlich sind. In einer Reihe von Kulturen wurden auch gentechnisch hergestellte, gegen Herbizide resistente Pflanzen entwickelt, die bei der Verwendung umweltfreundlicher Herbizide helfen würden. Gentechnisch veränderte insektenresistente Pflanzen wurden auch bei bestimmten Kulturpflanzenarten erfolgreich entwickelt, was auf einen eingeschränkten Einsatz von Pestiziden in der Zukunft schließen lässt.

Schädlingsbekämpfung und Biopestizid:

Bakterielle Pestizide werden jetzt durch Transfer von Bakteriengen (Bacillus thrungiensis) Bt in Pflanzen synthetisiert. Dieses Gen kodiert für ein Protein, das, wenn es von fressenden Insekten aufgenommen wird, zur Auflösung des Verdauungstrakts (Mitteldarm) des Insekts führt und Protoxine freisetzt. Dies führt zu Störungen im Gleichgewicht und tötet schließlich das Insekt.

Diese "biologischen Pestizide" werden entwickelt, um gegen Insektenschädlinge (Kugelwurm und Knospenwurm) vorzugehen, indem das Bt-Gen in ein Bodenbakterium (Pesudomonas-Art) übertragen wird. Mehrere amerikanische Unternehmen sind an der Entwicklung und Vermarktung biologischer Pestizide beteiligt und haben vor dem Anpflanzen gentechnisch veränderte lebende Bakterien für die Beschichtung von Saatgut gefunden. Mykogen tötet rekombinante Bakterien und bringt sie auf die Blätter von Kulturpflanzen. Beide Ansätze schützen das Toxin vor dem Abbau durch Mikroorganismen und ultraviolettem Licht, wenn es auf die Kulturpflanzen aufgebracht wird.

Virale Pestizide:

Virale Pestizide sind umweltverträglich und weisen ein geringeres Toxizitätsrisiko auf. Diese Pestizide können auch gegen die Schädlingsstämme eingesetzt werden, die ansonsten gegen chemische Pestizide resistent geworden sind. Eine Reihe entomopathogener Viren (virusinfizierende Insekten) wurden als sichere und wirksame Pestizide eingesetzt. Diese Viren töten spezifische Schädlingsarten und haben keine nachteiligen Auswirkungen auf nützliche Insektenbestäuber, Insekten, die nützliche Produkte ergeben, Parasiten oder Raubtieren. Sie sind auch bei langen Sprühvorgängen sicher.

Wiederherstellung von entblößten Gebieten:

Die zunehmende menschliche Aktivität hat zu Chaos im ansonsten ausgeglichenen Ökosystem der Erde geführt. Inzwischen ist mehr als die Hälfte der gesamten Landfläche von Problemen mit Salzgehalt, Säuregehalt und Metallvergiftung bedroht. Biotechnologische Instrumente werden zur Wiederherstellung des degradierten Ökosystems eingesetzt. Einige der auf Pflanzenbiotechnologie basierenden Methoden umfassen die Wiederaufforstung, einschließlich Mikropropagation und die Verwendung von Mykorrhiza.

Mikropropagation hat zu einer zunehmenden Abdeckung der Pflanzen geführt, was wiederum zur Verhinderung von Erosion beiträgt und die Klimastabilität erhöht. Spezifische Pflanzenarten wurden in Gebieten gepflanzt, die anfälliger für Denudationen sind.

Zum Beispiel wurden verschiedene Pflanzenarten Casuraina in Böden mit Stickstoffmangel gepflanzt, was die Bodenfruchtbarkeit erhöht und die Brennholzproduktion erhöht. In solchen Gebieten können auch einige Pflanzenarten gepflanzt werden, die in stark salzhaltigen Böden wachsen können. Zu diesen Arten gehören Prosopis spiagera, Butea monosperma und Terminalia bellerica.

Biodiversität und Naturschutz:

Die menschliche Aktivität hat sich auch als verheerend für die Artenvielfalt erwiesen, und das vom Menschen hervorgerufene Aussterben von Arten nimmt exponentiell zu. Das Bedürfnis nach Bevölkerungswachstum mit ungleicher Verteilung des Wohlstands hat immer zu einer unhaltbaren und ausbeuterischen Nutzung der vorhandenen Ressourcen geführt. Ein Hauptanliegen ist heute die Erhaltung unserer bestehenden Flora und Fauna (Pflanzen, Tiere und Mikroben).

Biotechnologische Anwendungen eröffnen neue und verbesserte Methoden zur Erhaltung pflanzen- und tiergenetischer Ressourcen und beschleunigen die Bewertung der Keimplasmasammlung nach bestimmten Merkmalen. Die Erhaltung einer breiten genetischen Basis, die ein wichtiges Element der Biodiversität darstellt, ist für die Zukunft der Biotechnologie und die nachhaltige Nutzung biologischer Ressourcen von wesentlicher Bedeutung. Neue Technologien können den Wert der Biodiversität der Welt steigern, wenn sie die genetische Vielfalt von Wild- und domestizierten Arten stärker nutzen.

Pflanzengewebekultur wurde als Schlüsseltechnologie für die Steigerung der Produktionsfähigkeit vieler Pflanzen ausgewählter Sorten angesehen, um ihre Produktion zu verbessern und zu steigern und deren Aussterben zu verhindern.

Die inhärente Natur von Pflanzenarten ist jedoch so, dass die meisten pflanzengenetischen Ressourcen ex situ (außerhalb des natürlichen Lebensraums) erhalten werden. Es gibt sehr wenige Ex-situ-Konservierungsmethoden, die den zu konservierenden Teil der Pflanze (Gesamtorgan, Samen, Gewebe oder genetisches Material) unterscheiden können. Die neueren biotechnologischen Geräte können jedoch dazu beitragen, das Saatgut als bevorzugte Methode der Ex-situ-Konservierung zu erhalten. Hier muss man das Schlafproblem überwinden.

Eine andere erfolgreiche Methode zur Erhaltung der Biodiversität ist die Konservierung des Keimplasmas durch Kryokonservierung (Einfrieren des Gewebes in flüssigem Stickstoff bei -196 ° C). Das Grundprinzip dabei ist, die Stoffwechselaktivität vollständig zum Erliegen zu bringen und das Gewebe (in passiver Form) am Leben zu erhalten.

Biotechnologische Instrumente haben somit den Weg geebnet, die Artenvielfalt auf multidimensionale Weise wiederherzustellen und zu erhalten. Diese Tools werden definitiv die ultimative Antwort auf die wachsende Herausforderung einer verarmenden Umgebung sein.

Bio-Dünger:

Diese wurden auch verwendet, um die Kosten für Düngemittelanwendungen zu reduzieren und um die Umweltgefährdung durch chemische Düngemittel zu reduzieren. In letzter Zeit wurden Meerespflanzen (Algen) als Biodünger verwendet. Sie haben sich als sehr ermutigend erwiesen und reduzieren somit die Belastung durch den Einsatz von chemischen Düngemitteln.