Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fytoremediace – technologie využívající zelené rostliny nebo rostliny ve spojení s mikroorganismy k rozkladu, fixaci nebo akumulaci různých látek znečišťujících půdu, vodu a vzduch.
Studium fytoremediace na Ústavu experimentální botaniky
V naší Laboratoři rostlinných biotechnologií se studiem metabolismu odbourávání organických xenobiotik a akumulace kovů a radionuklidů v rostlinách zabýváme již od roku 1993. Některé studované oblasti jsou detailně popsány v dalším textu.
Těžké kovy
V oblasti anorganických sloučenin se naše laboratoř zaměřuje na akumulaci těžkých kovů i radionuklidů. V oblasti těžkých kovů jde především o akumulaci kadmia, olova, zinku, mědi a niklu. V poslední době jsme se zaměřili také na prvky vzácných zemin, které mají široké využití v moderní elektronice a součástkách přístrojů pro využití alternativních zdrojů energie. Pomocí námi vyvinuté metodiky autoradiografi e sledujeme distribuci těžkých kovů v rostlině, protože naším cílem je akumulace především v nadzemní části. Dále sledujeme vliv těžkých kovů na fyziologické a morfologické parametry rostlin, což jsou důležité indikátory rostlinného stresu. Oxidativní stres významně ovlivňuje příjem kontaminantů rostlinami a je tak přímo zodpovědný za účinnost celého systému. Ve svých experimentech sledujeme také cestu úpravy a zlepšení kultivačních podmínek. Jednou z testovaných možností je např. přídavek dřevěného uhlí, které má za následek vyšší odolnost rostlin proti patogenům a proti vyšším koncentracím kontaminantů.
Radionuklidy
Specifickou částí studia anorganických sloučenin jsou radionuklidy. Z chemického hlediska se neliší od příslušných neradioaktivních prvků, proto je rostliny nedokáží rozeznat. Důležitou vlastností radionuklidů je jejich vyzařování radioaktivního záření. Proto jsou pro životní prostředí nebezpečné v mnohem nižších koncentracích. Jejich odstranění z půdy je problematické, proto se naše laboratoř zaměřuje především na jejich stabilizaci v půdě. Sledujeme jejich transport rostlinami a možnosti opětovné kontaminace povrchových vrstev půdy. V laboratoři se náš hlavní zájem soustřeďuje především na akumulaci uranu a thoria, prvků v současnosti hojně využívaných v jaderné energetice. Testujeme schopnost rostlin přijímat tyto prvky, ukládat je ve svém těle a reagovat na změnu podmínek kultivace. V dalším kroku se zaměřujeme na vliv uranu a thoria na tvorbu oxidativního stresu, který je zkoumán až na úrovni genů regulujících tyto procesy.
Výbušniny
Výbušniny jsou chemické sloučeniny nebo jejich směsi, které jsou schopny velmi prudce zreagovat ve zlomku vteřiny za vývoje velkého množství plynů a tepla. Chemicky se jedná převážně o organické molekuly bohaté dusíkem vázaným v různých formách. Běžné jsou organické nitráty různých alkoholů, jako je např. nitroglycerin (glyceroltrinitrát, GTN) nebo pentaerythritoltetranitrát (PETN). Další skupinou jsou aromatické sloučeniny obsahující v molekule několik nitroskupin, např. výbušniny trinitrotoluen (TNT) nebo kyselina pikrová (2,4,6-trinitrofenol, TNF).
Mezi běžné výbušniny patří dále skupina cyklických nitraminů, které mají nitroskupinu vázanou na dusík heterocyklu. Příkladem takovéto výbušniny je RDX neboli hexogen (hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazin). Všechny tyto látky mají sice výborné výbušné vlastnosti, avšak na živé organismy působí toxicky. Nebezpečí hrozí zejména v souvislosti s jejich rozšířením jako vojenské nebo průmyslové výbušniny. Nejčastěji jsou kontaminovány prostory kolem současných či bývalých továren na výbušniny, kolem vojenských skladů, dále vojenské výcvikové prostory a prostory dobývané s použitím výbušnin.
Řada těchto lokalit se nachází i v České republice, protože látky tohoto typu zde byly a jsou vyráběny již od dob rakousko-uherské monarchie. Z těchto důvodů byl v naší laboratoři studován jak jejich metabolismus v těle rostlin, tak i možnosti rostlin při jejich odstraňování z půdy a kontaminovaných vod.
V průběhu experimentů byl sledován metabolismus trinitrotoluenu v rostlinách a popsány jeho degradační produkty, stejně tak jako v případě glyceroltrinitrátu a pentaerythritoltetranitrátu. Praktické ověření prokázalo, že studované výbušniny lze pomocí rostlin odstranit z odpadních vod po jejich výrobě.
„Nové“ kontaminanty
Pojmem „nový“ enviromentální polutant se označují antropogenní kontaminanty, které jsou uvolňovány do životního prostředí řádově desítky let, nicméně o jejich osud a působení na přírodu se lidé začali zajímat relativně nedávno. Jedná se především o tzv. perzistentní organické polutanty (POP). Do této skupiny patří již řadu let nechvalně známé DDT, dále např. polychlorované bifenyly (PCB), polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) a také celá řada organických pesticidů. V posledních letech se k novým polutantům přidaly polybromované retardátory hoření (BFR), přípravky pro osobní hygienu, detergenty, léčiva a v diskusích jsou i nanočástice. V naší laboratoři se dlouhodobě zabýváme studiem metabolismu v rostlinách, a to ze dvou hledisek. Jedním je možnost odstraňování těchto látek z kontaminovaného životního prostředí pomocí rostlin, druhým pak potenciální riziko vstupu těchto látek do potravního řetězce.
Léčiva se svým vstupem do životního prostředí poněkud liší od tradičních polutantů. Primárním zdrojem odpadních léčiv a jejich metabolitů jsou pacienti. Aktivní látky jsou po užití léku z těla vylučovány buď v nezměněné podobě, nebo ve formě metabolitů. V čistírnách odpadních vod (ČOV) však nejsou některé z nich dostatečně zachycovány a přecházejí tak dále do recipientu, kde následně mohou působit na říční biocenózu a také se transportovat do dalších částí ekosystému. Není tak vyloučena ani kontaminace podzemních vod a pitných zdrojů, čímž se vlastně pomyslný koloběh těchto látek uzavírá.
Pro studium metabolismu humánních léčiv v rostlinách byla vybrána nejpoužívanější protizánětlivá léčiva (antiflogistika), která jsou běžně aplikována v humánní i veterinární medicíně. Jednalo se o ibuprofen, ketoprofen, naproxen a diklofenak. Jako modelové rostliny byly vybrány rostliny huseníček rolní (Arabidopsis thaliana) a rákos (Phragmites australis). Studium probíhalo napřed v laboratorních podmínkách, kde byla sledována rychlost metabolismu a vzniklé produkty. Například v případě ibuprofenu bylo identifikováno celkem 300 metabolitů. Současně probíhá identifikace genové odezvy rostlin Arabidopsis na přítomnost tohoto léčiva. V dalším kroku pak byla sledována schopnost odstranění těchto látek v reálných podmínkách kořenové čistírny.
Antihelmintika představují rozsáhlou skupinu veterinárních léčiv, a tím i vysoké zatížení životního prostředí. Do životního prostředí vstupují převážně s exkrementy právě léčených zvířat. Mohou způsobovat mnoho nežádoucích účinků v ekosystému, ovlivňovat necílové živočišné organismy, popřípadě se akumulovat v rostlinách. Po opětovné konzumaci těchto rostlin hospodářskými zvířaty na pastvě může u parazitických červů dojít k rozvoji rezistence. Naše práce byla zaměřena mimo jiné na studium biotransformace často používaných antihelmintik flubendazolu, albendazolu, fenbendazolu, ivermektinu a monepantelu v typických lučních květinách zvonku okrouhlolistém (Campanula rotundifolia) a jitroceli kopinatém (Plantago lanceolata), které mohou na pastvách často přijít do kontaktu s antihelmintiky v exkrementech hospodářských zvířat. Jako in vitro modely byly použity buněčné suspenze zvonku okrouhlolistého a jitrocele kopinatého, dále pak in vitro regeneranty jitrocele kopinatého. Nebyl nalezen žádný toxický efekt antihelmintik na rostliny.
Rostliny byly schopny metabolizovat antihelmintika do široké škály různých metabolitů, z nichž část může být opět rozložena na aktivní látky, které mohou negativně ovlivnit ekosystém. V současnosti je studována stresová odpověď rostlin na přítomnost antihelmintik, aktivita antioxidativních proteinů, obsah prolinu, obsah fotosynteticky aktivních pigmentů a změny na úrovni proteomu a genomu.
Tento text je úryvkem z knihy:
Petr Soudek a kolektiv: Fytoremediace a možnosti její aplikace
Academia 2017
