Bacillus türlerinin ağır metal akümülasyonu üzerine çalışmalar

Abstract

Ill ÖZET Bu çalışmada Ergani Bakır İşletmesi' nin atık sularını boşalttığı Dicle Nehri çevresindeki toprak alanların, Cu2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ ve Cr2+ gibi metallerle yüksek ölçüde kontamine edildiği bulundu. Kontamine edilmiş bu topraklarda, bakteri populasyonlarının sayı ve çeşitlilik bakımından büyük zarar gördüğü tespit edildi. İzole edilen ağır metallere dirençli 3 Bacillus türü (EB1, EB4 ve EB6), l6S^ ribozomal RNA genleri kullanılarak teşhis edildi. Buna göre EB1 ve EBö'nın Bacillus circulans ile çok yakın akraba oldukları, EB4'ün de Bacillus cereus alt grubuna dahil olduğu bulundu. Yapılan metal dirençlilik testlerinde her 3 Bacillus türünün de, Cu2+, Co2+, Cd2+, Ni2+, Mn2+ ve Zn2+ metallerine karşı yüksek toleransı tespit edildi. Ayrıca, sıvı kültürlerde bu metallerin konsantrasyonlarında^ artışların, bakterilerin üremelerim üzerine olan etkileri de incelendi. Her 3 bakterinin Mueller-Hinton sıvı besiyerinde., çalkalamalı kültürlerde üretilerek, dirençli oldukları ağır metallere karşı biyosorbsiyon kapasiteleri izlendi. Bacillus EB1 ve EBö'nın, denenen metallerin çoğu için yüksek oranda metal bağlama kapasitesine sahip olduğu, EB4'ün ise yüksek metal dirençliliğine karşı metal akümülasyon kapasitesinin düşük olduğu bulundu. Bacillus EB1 ve EB6, kültür ortamındaki kadmiyumu ilk 8 saat içerisinde sırasıyla % 56 ve % 82 oranında akümüle etmektedirler. Her iki bakteri Mn2+ ve Zn2+ için % 80-90 oranında, yüksek bir akümülasyon kapasitesine sahiptir. Bunların dışında E B 1, Cu2+, Ni2+ ve Co2+ için, EB6 ise Ni2+ için ihmal edilemeyecek oranlarda akümülasyon kapasitesine sahiptirler. EB4 tarafından Mn2+ dışında diğer metallerin akümülasyonunun düşük olması, bu bakterinin yüksek metal konsantrasyonlarına olan dirençliliğinin, metallerin içeri alınmalarının sınırlandırılması ile sağladığını düşündürmüştür. Akümüle edilen metallerin hücre duvarlarına adsorbsiyonlarının incelendiği çalışmalarda, genel olarak metallerin çok düşük miktarlarının hücre dış duvarınaIV bağlandığı tespit edilmiştir. Bacillus EB1 hücrelerinin % 30 oranındaki Cd2+ adsorbsiyonu istisnadır. Bacillus EB1 hücrelerinin >aş biyokütlesinin 1 gramında 9.8 mg, kuru biyokütlesinde ise 26.5 mg Cd2+ tutabildiği tespit edildi. Biyosorbsiyon için optimal pH 7.0 olarak bulundu. Bacillus EB1 hücrelerinde Cd2+ ve Zn2+ transportunun benzer davranışlar göstermesi ve ortamda Zn2+ iyonları varlığında Cd2+ transportunun inhibe olması, bu iki iyonun aynı sistem tarafından hücreye alındığı ve muhtemelen bir CadA ATPaz sistemi olabileceğini düşündürmektedir.

SUMMARY In the present study, it was found that surrounding soils of Tigris River were highly contaminated with Cu, Co`, Ni, Zn and Cr by the wastewater of Ergani Copper Plant. These finding lead us to belive that the population of bacteria both in number and diversity were effected by the damage in the contaminated soils. Three Bacillus strains (EB1, EB4 and EB6) that are resistance to the heavy metals were isolated from heavy metal contaminated area. These strains were identified by using 16S rRNA gene sequences. The results indicate that EB1 and EB6 are closely related with strain of Bacillus circulans and EB4 is related with strains of Bacillus cereus subgroup. From our results, we suggest that all three Bacillus strains (EB1, EB4 and EB6) have high ability of resistance againist Cu2+, Co2+, Cd2+, Ni2+, Mn2+ and Zn2+^ The inhibitory effect of these metals on the growth of bacteria were also investigated in the liquid media. As a result of these experiment, it was found that the bacteria grown in the liquid media were found to be more sensitive to the metals than in the solid media. Tested bacteria were grown in the Mueller-Hinton Broth medium by means of rotary shaker. The metal biosorption capacity of bacteria was investigated with heavy metals. İt was found that Bacillus EB1 and EB6 have high ability of metal binding capacity for most of the metals used in this study. In contrast, EB4 was found to have very low capacity of metal binding ability, but have high resistance ability to the metals. The results indicate that the 56% and 82% of cadmium were accumulated by Bacillus EB1 and EB6 in the culture medium at the first 8 hours, respectively. Both of these bacteria have high accumulation capacity such as 80-90% for Mn and Zn. Except of these metals, it has also been found that EB1 and EB6 have good accumulation capacity for Cu, Ni, Co and Ni, respectively. Except Mn, the^ accumulation ability of other metals by EB4 were found to be low. These result canVI be explained by assuming that the ability of resistance against high concentration of metals by bacteria, therefore these restrict the metals to enter into the cells. In the experiment to investigate the accumulated metals that adsorbed by the cell walls, it was observed that generally very small amount of metals can bind to the outside of the cell wall. 30% of Cd` adsorbtion by Bacillus EB1 cells were found to be extraordinary. It was established that Bacillus EB1 cells can bind 9.8 mg and 26.5 mg Cd2+ in its 1 g wet and dry biomass, respectively. The optimal pH for biosorption was found to be 7.0. It was found that Cd2+ and 2'n2+ showed similar transport behaviour in the-1 Bacillus EB1 cells and Cd2+ transports were inhibited in the presence of Zn2+ ions. This finding provide evidence that these ions enters to the Bacillus EBI cells in the same way and also imply that there may be CacIA ATPase system which are responsible for the transportation of Cd2+ and Zn2+ in the cells.