title: Έλεγχος τοξικότητας ψευδάργυρου (Zn) και χαλκού (Cu) σε βακτήρια εδάφους και θαλασσινού νερού
title: Investigation of Zn and Cu toxicity on bacteria isolated from soil and seawater
Creators: name: Νιολακη Μαρια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Η βιομηχανοποίηση βελτίωσε τις συνθήκες ζωής των ανθρώπων, ωστόσο προκάλεσε σοβαρά προβλήματα ρύπανσης. Μια από τις αρνητικές επιπτώσεις της βιομηχανοποίησης είναι η ρύπανση με βαρέα μέταλλα. Τα βαρέα μέταλλα αποτελούν μια σοβαρή απειλή για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία λόγω του μεγάλου χρόνου παραμονής τους στο περιβάλλον, καθότι είναι μη διασπάσιμα  και έχουν την τάση να βιοσυσσωρεύονται. Τα πιο συνήθη βαρέα μέταλλα είναι τα ακόλουθα: ψευδάργυρος, χαλκός, μόλυβδος, υδράργυρος, χρώμιο, νικέλιο και αρσενικό. Αυτά καταλήγουν στον υπόγειο υδροφορέα και το έδαφος είτε από τα νερά της βροχής είτε από την απευθείας απόρριψη ανεπεξέργαστων βιομηχανικών αποβλήτων. Παρόλη, την πρόοδο της επιστήμης και τεχνολογίας δεν έχουν επιλυθεί όλα τα προβλήματα της βιομηχανοποίησης.
Για την ανάπτυξη μιας αποτελεσματικής στρατηγικής βιοαποκατάστασης των ρυπασμένων περιοχών είναι απαραίτητη η απομόνωση αλλά και ο χαρακτηρισμός μικροοργανισμών ικανών να αντιστέκονται σε υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων. 
Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η απομόνωση περιβαλλοντικών βακτηρίων και ο έλεγχος της δυνατότητάς τους να απομακρύνουν Ψευδάργυρο και Χαλκό από υδατικά δείγματα.
Αρχικά, διερευνήθηκε η αλληλεπίδραση μεταξύ των βαρέων μετάλλων και των βακτηρίων και στη συνέχεια, μελετήθηκε ο βαθμός απομάκρυνσης των βαρέων μετάλλων με τη δράση των μικροοργανισμών σε δείγμα θαλασσινού νερού. 
Απομονώθηκαν βακτηριακά στελέχη από το θαλασσινό νερό και από το έδαφος από διάφορες περιοχές του Νομού Χανιών. Τα βαρέα μέταλλα που χρησιμοποιήθηκαν βρίσκονταν υπό τη μορφή αλάτων και ήταν ο θειϊκός ψευδάργυρος (ZnSO4.7H2O) και ο θειϊκός χαλκός (CuSO4.5H2O). Το εύρος των συγκεντρώσεων, που μελετήθηκε, για τον Ψευδάργυρο ήταν από 1,5 mg/L έως 200 mg/L και για τον Χαλκό ήταν από 0,01 mg/L έως 1,25 mg/L.
Η ανθεκτικότητα των μικροοργανισμών εξετάστηκε βάσει της ελάχιστης ανασταλτικής συγκέντρωσης (Minimum Inhibitory Concentration – MIC). Για τον προσδιορισμό της ανθεκτικότητας των μικροοργανισμών, εφαρμόστηκε η μέθοδος των μικρο-αραιώσεων σε θρεπτικό ζωμό (Broth Microdillution Method), η οποία βασίστηκε στο πρωτόκολλο CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute).
Μεταξύ των μετάλλων που εξετάστηκαν, παρατηρήθηκε ότι ο Χαλκός είναι πιο τοξικός από τον Ψευδάργυρο, συνεπώς τα βακτήρια φάνηκαν να παρουσιάζουν μεγαλύτερα ποσοστά ανθεκτικότητας στον Ψευδάργυρο. Καθώς ο Χαλκός προκαλούσε μείωση του πληθυσμού των περισσότερων βακτηρίων από την μικρότερη εξεταζόμενη συγκέντρωση. 
Αναλυτικότερα, η τοξική συγκέντρωση (MIC60) του Ψευδαργυρού για τα περισσότερα βακτήρια, που απομονώθηκαν από το θαλασσινό νερό, κυμαίνονταν από 100 mg/L έως 150 mg/L ενώ του Χαλκού κυμαίνονταν από 0,04 mg/L έως 0,62 mg/L.
Για τα βακτήρια, που απομονώθηκαν από το έδαφος, βρέθηκε ότι η τοξική συγκέντρωση (MIC60) του Ψευδαργύρου κυμαίνονταν από 50 mg/L έως 75 mg/L, ενώ του Χαλκού κυμαίνονταν από 0,01 mg/L έως 0,04 mg/L.
Στο στάδιο της βιοαποκατάστασης του θαλασσινού νερού, που έχει υποστεί ρύπανση από τα εξεταζόμενα μέταλλα, για να βρεθεί η τελική συγκέντρωση μετάλλου στο θαλασσινό νερό, εφαρμόστηκε η μέθοδος της ICP-MS. Παρατηρήθηκε ότι η δράση των βακτηρίων ήταν αρκετά αποτελεσματική για την απομάκρυνση του Ψευδαργύρου (επί τοις εκατό απομάκρυνση Ψευδαργύρου από 82% και άνω). Η απομάκρυνση του Χαλκού δε δοκιμάστηκε, διότι τα βακτήρια κατά το στάδιο του εγκλιματισμού τους στο μέταλλο αυτό, παρουσίαζαν αργή ανάπτυξη, αλλά και μείωση του πληθυσμού τους μετά το πέρας των επτά (7) ημερών. 


description: Industrialization has improved the human living conditions however it has caused severe pollution problems One of these negative impacts was heavy metal pollution. Heavy metals constitute a serious threat to the environment and public health mainly because of their long term exposure to the environment and their bioaccumulation. Most common heavy metals are the following: zinc, copper, lead, mercury, chromium, nickel and arsenic. These end up into the ground water and the soil either from rainfall or directly from disposal of unprocessed industrial waste. Besides scientific and technological progress all industrialization problems are yet to be resolved.
An efficient bioremediation strategy for the resoration of polluted areas requires specific environmental microorganisms that are resistant to high concentrations of heavy metals.
The main objective of the present study was to isolate environmental bacteria and to assess their ability to remove Zn and Cu from aquatic samples.
Firstly, bacteria were isolated form soil and seawater and the interaction between them and heavy metals was studied. Secondly the resistant bacterial isolates were tested for their efficiency to remove Zn and Cu from seawater samples.
Bacteria strains were isolated from seawater and soil from various areas of Chania region. Heavy metals used were in the form of salts, zinc sulphate (ZnSO4.7H2O) and copper sulphate (CuSO4.5H2O). The concentration range, that was examined, for the Zinc was from 1.5 mg/L to 200mg/L and for the Copper was from 0.01 mg/L to 1,25mg/L.
The resistance of microorganisms was tested based on the Minimum Inhibitory Concentration (MIC60). For that purpose the microdilution method was applied to nutrient broth (Broth Microdillution), based on the CLSI protocol (Clinical and Laboratory Standards Institute).
Among metals examined, it was observed that copper is more toxic than zinc, therefore bacteria appeared to exhibit higher resistance against Zinc. As copper causes a reduction of most bacteria population of the minimum concentration examined.
Specifically, toxic concentration (MIC60) of Zinc for most bacteria, isolated from seawater, varied from 100 mg/Lto 150 mg/L while Cu concentration varied from 0.04 mg/L to 0.62 mg/L.
For bacteria isolated from soil, it was found that toxic concentration (MIC60) of Zinc varied from 50 mg/L to 75 mg/L while Cu concentration varied from 0.01 mg/L to 0.04 mg/L.
During bioremediation experiments seawater samples were spiked with the metals of our interest and subsequently, were inoculated with the resistant bacterial strains. The metal concentration was measured applying the ICP-MS method. It was observed that bacteria were highly effective for Zinc removal (higher than 82% Zinc removal). On the other hand, Copper removal was not tested because bacteria at acclimation stage in this metal displayed slow growth but also a decrease in their population after seven (7) days of incubation.