Хар тугалганд тэсвэртэй хөрсний бактерийн судалгаа

Үндэслэл
Хотжилт, үйлдвэржилт зэрэг хүний үйл ажиллагаанаас шалтгаалан хүнд металл, пестицид, химийн бодисын бохирдол ихэсч, хүний эрүүл мэнд, хүрээлэн буй орчинд аюул учруулах түвшинд хүрээд байна1,2. Shengnan Hou нарын судлаачид 2009, 2018 онд Хятадын Бээжин хотын гудамжны 3877 цэгт тоосны шинжилгээ гүйцэтгэхэд үйлдвэрийн бүс, авто замын хөдөлгөөн зэрэг орчин, нөхцөлөөс шалтгаалж агуулагдах хүнд металлын агууламж харилцан адилгүй, хүүхдүүдийн цусанд агуулагдах хар тугалганы хэмжээ насанд хүрэгчдээс өндөр байгааг тогтоосон3. Гана улсын нийслэлд байрлах Кпоне хогийн цэг орчмын хөрсөн дэх хар тугалганы агууламжийг тодорхойлоход дундаж үзүүлэлтээс давсан, бохирдлын индекс өндөр гарсан бөгөөд энэ нь хуримтлагдсан хог хаягдал, машины хөдөлгүүр, дугуй зэргээс эх үүсвэртэй болохыг тогтоожээ4. Бусад оронд хийгдэж буй энэ төрлийн судалгаанаас үзэхэд, ахуйн болон үйлдвэрлэлийн явцад үүссэн химийн бодис, тэдгээрийн нэгдэл хатуу, шингэн, хий хэлбэрээр ялгарч задрах, уусах, шингэх, дэгдэх байдлаар хөрсөнд хуримтлагдсанаар хүнд металлын бохирдол ялангуяа хар тугалганы хуримтлал ихэсч  ургамлын  үндсэнд  шилжих,  ургамлыг
гэмтээх, хоол хүнсний эргэлтэд орох, улмаар аюул учруулах магадлалтайг харуулж байна. Нэгтгэн дүгнэвэл, хөрсний хар тугалганы бохирдол дэлхийн олон оронд тулгарсан асуудал хэвээр байгаа бөгөөд хүнд металлын нэгдэл ба тэдгээрийн ионуудад тэсвэртэй бичил биетнийг илрүүлэх, биохимийн механизмыг судлаж, ашигтай менежмент хэрэгжүүлэх, нөхөн сэргээх зэргээр шийдвэрлэх шаардлагатай байна5-10. Учир нь, хар тугалга нь будаг, бензин, гэр ахуйн олон бүтээгдэхүүний найрлагад ордог бөгөөд хүний биед нэвтэрснээр мэдрэл, нөхөн үржихүй, зүрх судасны тогтолцоо, тархи, бөөрийг гэмтээдэг. Хүүхдүүд хар тугалганы хордлогод өртөмтгий байдаг ба суралцах чадвар, оюуны чадавх, анхаарал төвлөрөл муудах, зан чанарт сөргөөг нөлөөлдөг байна. Мөн хар тугалганы архаг хордлого нь бие махбодод эргэн сэргэшгүй гэмтлийг учруулдаг бол цочмог хордлого нь үхэлд хүргэж болзошгүй байдаг11-13

Хөрсний бактери, түүний үүрэг
Хөрсөнд олон төрлийн бактери оршиж, шим тэжээлийн эргэлт, бодисын задрал, хөрсний бүтэц үүсэх зэрэг олон чухал үйл ажиллагаанд оролцдог14. Хөрсний найрлагаас хамаарч, өөр өөр зүйлийн Bacillus түүнчлэн маш бага тооны Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter,   Brevibacterium,   Caulobacter, Cellulomonas, Clostridium, Corynebacterium, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Pseudomonas, Staphlyococcus, Steptococcus, Xanthomonas -ын төрлийн бактерууд нь нийтлэг олддог. Хөрсөнд ялзруулагч, спор үүсгэдэг, аэроб Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus megatherium, спор үүсгэдэггүй аэроб болон факультатив анаэроб Pseudomonas fluorescens, Proteus vulgaris, Bacterium aquatilis, Bacterium flavum, анаэроб Clostridium perfringens, азот шингээгч, нитрификсацлагч, хүхэр болон төмрийн бактераас гадна сапрофит кокк болох Micrococcus albus, Micrococcus cereus, Sarcina ureae зэрэг олон тооны зүйлүүд тогтмол амьдардаг15,16. Зарим хөрсний бактери нь ургамалтай симбиотик харилцаа үүсгэдэг. Жишээлбэл, Rhizobia бактери нь буурцагт ургамлын үндэс дээр зангилаа үүсгэж, агаар мандлын азотыг ургамлын ашиглах хэлбэр болгон хувиргадаг. Хөрсний бактери нь хөрсний бохирдуулагчийг задлах, улмаар зайлуулах био нөхөн сэргээхэд чухал үүрэгтэй. Pseudomonas putida, Bacillus thuringiensis, Rhodococcus erythropolis, Alcaligenes faecalis, Mycobacterium vanbaalenii нь пестицид, нефтийн бүтээгдэхүүнийг задлах чадвартай байдаг. Гэсэн хэдий ч хөрсний бүх бактери ашигтай байдаггүй. Зарим нь ургамлал, хүн, амьтанд өвчин үүсгэгч эмгэг төрүүлэгчид бий17-19.

Хөрсний хар тугалганы бохирдолт
Байгаль дахь хүнд металлын эргэлт нь тэдгээрийн исэл, давс, нийлмэл металл, органик нэгдлүүдийн найрлагад оролцон, нэг бодисоос нөгөөд шилжих замаар явагддаг. Хүнд металлууд хур тунадсаар дамжин гадаргын болон гүний усанд шилждэг. Байгаль дээрх хүнд металлууд газрын царцдас, чулуун мандалд хуримтлагдах ба гипергенезийн процессоор шилжих хөдөлгөөнд орж, амьд биетээр дамжин шим мандлын эргэлтэд оролцдог. Аж үйлдвэр, тээврийн хэрэгсэл, хөдөө аж ахуй, газар тариалан, ахуйн хэрэглээ зэрэг хүний үйл ажиллагаанаас шалтгаалан байгалийн хэвийн эргэлт алдагддаг байна20,21. Агаар, устай харьцуулахад газрын хөрс хөдөлгөөн багатай байгалийн орчин учраас бохирдуулж буй бодисын шилжилт харьцангуй удаан явагддаг. Пакистан улсын эрдэмтдийн судалгаагаар, авто зам, үйлдвэр, уурхайн хөрс, ургамалд хүнд металл хуримтлагдаж, хар тугалганы дундаж хэмжээ ургамалд 0.08–3.98 мг/кг, хөрсөнд 1.95–4.74 мг/кг илэрсэн байна22. Бусад оронд хийгдсэн судалгаанаас харахад, том хотын зам дагуух хөрс, ургамал хар тугалганы бохирдолт илүү өртдөг ба бохирдол замаас алслагдахын хирээр буурдаг нийтлэг байдал ажиглагдсан. АНУ-ын Байгаль орчныг хамгаалах агентлаг (EPA) 1996 онд үндэсний хэмжээнд хөрсний хар тугалганы агууламж тогтоох судалгааг явуулахад хөрсний дээжийн 25% EPA-ын зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс (400 ppm) давсан байгааг тогтоожээ. Тус агентлаг дахин 2014 онд орон сууцны хорооллын хөрсний хар    тугалганы    агууламжийг    тогтооход        16% зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс давсан байна23. Их Британийн    эрдэмтдийн        2010        онд        хийсэн судалгаагаар хот суурин газрын үйлдвэрийн үйл ажиллагаа явуулж байсан газрууд хар тугалгын бохирдол ихтэй, 400 ppm-ээс давсан байгааг тогтоожээ24. Хөрсөн дэх хар тугалга нь ургамлын үндсээр дамжин шилжиж ургамлыг гэмтээх, фотосинтезийн        гол        ферментүүд            болох рибулезобифосфат-карбоксилаза, енолпировниград-карбоксилаза зэргийг идэвхгүй болгож, ургамлаар дамжин хоол хүнсний аюулгүй байдалд нөлөөлнө. Мөн бичил биетний эсэд нэвтэрснээр        хуримтлагдаж        улмаар    өсөлтийн ингибитор            болж    эсийн            метаболизмыг дарангуйлдаг байна25.

Бактерийн    хар    тугалганы    үйлчлэлийн тэсвэрлэлт
Эрдэмтэд маш олон зүйлийн микроорганизм байгаль дээрх химийн нэгдлүүдтэй бодисын солилцоо, биозадрал явуулах чадавхийг эрчимтэй судлаж байна. Хар тугалгыг тэсвэрлэх чадвартай бактериудын физиологи биохими, молекул биологийн судалгаа биологийн нөхөн сэргээлтийн үйл ажиллагаатай холбоотойгоор эрчимтэй хийгдэж байна. Зарим бактери хар тугалгын хорт нөлөөг тэсвэрлэх механизмаар ионуудын хоруу чанарыг бууруулах, хар тугалгаар бохирдсон газрыг цэвэрлэхэд хэмнэлттэй, байгаль орчинд ээлтэй стратеги боловсруулахад чухал нөлөөтэй26.
Өмнөд Африкийн судлаачдын баттерейг дахин боловсруулах үйлдвэрийн хөрснөөс ялган авсан Pseudomonas putida бактери 600 ppm, Хятадын уурхайн хөрснөөс ялган авсан Bacillus Pumilus хар тугалганы давсны 500 ppm, Колумбын Антиокиа мужийн Жирардота хотын аж үйлдвэрийн бүсээс ялган авсан Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas nitroreducens, Pseudomonas alcaligenes зэрэг зүйлүүд 50 ppm- ээс их хэмжээний хар тугалгын концентрацийг тэсвэрлэх чадвартай байсан бөгөөд P.aeruginosa (P16) нь экзополисахаридын хамгийн их шингээх чадварыг хэмжсэн омог байсан27,28. Хятад улсын эрдэмтэд  хар  тугалгаар  бохирдсон  хөрсний биоремитаторын судалгаагаар Bacillus subtilis CGMCC5515 нь хар тугалганы давсны үйлчлэлд тэсвэртэй, биологийн хяналтын агент болохыг мөн тогтоосон29. Bacillus sp., Pseudomonas sp., Corynebacterium sp. төрлийн бактериуд, Brassica napus нь хар тугалганы хоруу чанарыг бууруулдаг, Bacillus subtilis X3 хар тугалганы давсны 2000 ppm , Bacillus firmus 1103 ppm концентрацийг тус тус тэсвэрлэдэг байна30,31.
 Энэтхэгийн судлаач Lakshmipathy, Deepika нарын хөрснөөс ялгаж явсан Ralstonia metallidurans CH34 омог хөрсөн дэхь хар тугалганы концентрацийг 3.5 ppm-ээс 0.2 ppm хүртэл бууруулж байсан32. Мөн түүнчлэн Pseudomonas aeruginosa, Bervibacillius choshinensis 625.8 ppm, Gemella sp. 1350 ppm, Micrococcus sp. 1100 ppm концентрацийг тэсвэрлэсэн байна. Судалгааны зарим үр дүнг нэгтгэн Хүснэгт 1-ээр үзүүлэв 33,34.
 

Хар тугалганы үйлчлэлд тэсвэртэй бактерийн плазмид
Зарим бактерийн хүнд металлын үйлчлэлийг тэсвэрлэх чадварыг плазмидын ген хянадаг. Энэхүү шинж чанар бүхий плазмидыг R-плазмид гэх бөгөөд хүнд металлын үйлчлэлд тэсвэртэй бактери болгонд энэхүү плазмид байдаггүй. Жишээ нь: Pseudomonas sp. (Canada Centre for Inland Waters and the University of Guelph–ийн судлаачдын тогтоосноор) нь хар тугалганы 1000 ppm, концентрацийг тэсвэрлэхийн зэрэгцээ олон антибиотикийн эсрэг тэсвэрлэлттэй байсныг тогтоосон35. Бактерийн плазмидууд нь ДНХ молекулууд бөгөөд хар тугалга зэрэг хүнд металлын үйлчлэл, хүрээлэн буй орчны янз бүрийн стресст тэсвэртэй генийг зөөвөрлөх чадвартай (Хүснэгт 2).
 

Дүгнэлт
Хүний болон байгалийн нөлөө, бусад хүчин зүйлээс шалтгаалан хөрсөнд хүнд металл, хортой химийн бодис их хэмжээгээр хуримтлагдан гадаргын ус, агаараар зөөгдөн хүрээлэн буй орчныг бохирдуулж, хордуулдаг байна. Хөрсний

Ном зүй
1.    Okereafor U, Makhatha M, Mekuto L, Uche- Okereafor N, Sebola T, Mavumengwana V. Toxic metal implications on agricultural soils, plants, animals, aquatic life and human health. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(7):2204.
2.    Mishra S, Bharagava RN, More N, Yadav A, Zainith S, Mani S, Chowdhary P. Heavy metal contamination: an alarming threat to environment and human health. Environ Biotechnol. 2019;103-125.
3.    Hou S, Zheng N, Tang L, Ji X, Li Y, Hua X. Pollution characteristics, sources, and health risk assessment of human exposure to Cu, Zn, Cd and Pb pollution in urban street dust across China between 2009 and 2018. Environ Int. 2019;128:430-437.
4.    Obiri-Nyarko F, Duah AA, Karikari AY, Agyekum WA, Manu E, Tagoe R. Assessment of heavy metal contamination in soils at the Kpone landfill site, Ghana: Implication for ecological and health risk assessment.    Chemosphere. 2021;282:131007.
5.    Oladipo OG, Awotoye O, Olayinka A, Bezuidenhout C, Maboeta MS. Heavy metal tolerance traits of filamentous fungi isolated from gold and gemstone mining sites. Braz J Microbiol. 2018;49:29-37.
6.    Girdhar M, Tabassum Z, Singh K, Mohan A. A Review on the resistance and accumulation of heavy metals by different microbial   strains.   Biodegradation хүнд металлын агууламж өөрчлөгддөг бөгөөд хүнд металлын үйлчлэлд тэсвэртэй бичил организмууд хүнд металлын хортой нэгдлүүдийг саармагжуулж, хоргүйжүүлэх чадвартай байдаг. Бид бичил биетний энэ чадварыг ашиглан хөрсөнд агуулагдах хүнд металлын хэмжээг бууруулах, арилгах боломжтой талаар тоймлов.
Technology of Organic and Inorganic Pollutants. 2022;219.
7.    Irawati W, Soraya Y, Baskoro AH. A study on mercury-resistant bacteria isolated from a gold mine in Pongkor Village, Bogor, Indonesia. J Biosci. 2012;19(4):197-200.
8.    Ara A, Usmani JA. Lead toxicity: a review. Interdiscip Toxicol. 2015;8(2):55-64.
9.    Boskabady M, Marefati N, Farkhondeh T, Shakeri F, Farshbaf A, Boskabady MH. The effect of environmental lead exposure on human health and the contribution of inflammatory mechanisms, a review. Environ Int. 2018;120:404-420.
10.    Flora SJ. Lead exposure: health effects, prevention and treatment. J Environ Biol. 2002;23(1):25-41.
11.    Christopher ChA, Chioma BCh, Gideo ChO. Bioremediation techniques–classification based on site of application: principles, advantages, limitations and prospects. World J Microbiol Biotechnol. 2016;32(11):180.
12.    Smith E, Thavamani P, Ramadass K, Naidu R, Srivastava P, Megharaj M. Remediation trials for hydrocarbon-contaminated soils in arid environments: evaluation of bioslurry and biopiling techniques. Int Biodeterior Biodegrad. 2015;101:56-65.
13.    Frutos FJ, Escolano O, Garcнa S, Babнn M, Fernбndez MD. Bioventing remediation and ecotoxicity evaluation of phenanthrene- contaminated soil. J Hazard Mater. 2010;183:806-813.
14.    Hemkemeyer M, Schwalb SA, Heinze S,
Joergensen RG, Wichern F. Functions of elements in soil microorganisms. Microbiol Res. 2021;252:126832.
15.    Robert Armon. Soil bacteria and bacteriophages, biocommunication in soil microorganisms. 2011;67-112
16.    Pham VH, Kim J. Cultivation of unculturable soil bacteria. Trends Biotechnol. 2012;475- 484.
17.    Ye M, Sun M, Huang D, Zhang Z, Zhang H, Zhang S, Jiao W. A review of bacteriophage therapy for pathogenic bacteria inactivation in the soil environment. Environ Int. 2019;129:488-496.
18.    Santamarнa J, Toranzos GA. Enteric pathogens and soil: a short review. Int Microbiol. 2003;6:5-9.
19.    Prashar P, Shah S. Impact of fertilizers and pesticides on soil microflora in agriculture. Sustainable Agriculture Reviews. 2016;331- 361.
24.    Environment Agency. 2012. Urban Soil and Allotments Survey: Final Report. Retrieved from https://www.gov.uk/government/publication s/urban-soil-and-allotments-survey-final- report
25.    Lodewyckx C, Taghavi S, Mergeay M, Vangronsveld J, Clijsters H, Lelie DV. The effect of recombinant heavy metal-resistant endophytic bacteria on heavy metal uptake by their host plant. Int J Phytoremediation. 2001;3(2):73-187.
26.    Pieper DH, Reineke W. Engineering bacteria for bioremediation. Curr Opin Biotechnol. 2000;11(3):262-270.
27.    Zhang J, Liu X, Wang Y, Chen Q, Xiao L, Zheng Y, Zhou Y. Biosorption of lead by Bacillus pumilus from aqueous solutions: equilibrium, kinetics, and thermodynamics studies. Desalination and Water Treatment. 2015;56(3):639-646.
28.    Okonkwo OC, Adeleye AS, Babalola OO. Isolation, characterization, and assessment of heavy metal tolerance potential of Pseudomonas putida strain from industrial soil. Environ Sci Pollut Res 2019;26(35):35207-35216.
29.    Wang L, Jiang X, Chen H, Liu Y, Gao C, Yang Y, Shen Y. Lead immobilization and bacterial community structures in the remediation of contaminated soil by Bacillus
20.    Abdu N, Abdullahi AA, Abdulkadir A. Heavy metals and soil microbes. Environ Chem Lett. 2017;15(1):65-84.
21.    Lambert M, Leven BA, Green RM. New methods of cleaning up heavy metal in soils and water. Environ Sci Technol. 2000;7(4):133-163.
22.    Khalid N, Hussain M, Young HS, Ashraf M, Hameed M, Ahmad, R. Lead concentrations in soils and some wild plant species along two busy roads in Pakistan. Bull Environ Contam Toxicol. 2018;100(2):250-258.
23.    United States EPA. 2014. National-Scale Air Toxics Assessment (NATA) Lead and Cadmium Modeling Results. Retrieved from https://www.epa.gov/national-scale-air- toxics-assessment/nata-lead-and-cadmium- modeling-results subtilis    CGMCC    5515.    Chemosphere. 2019;217:584-592.
30.    Qiao W, Zhang Y, Xia H, Luo Y, Liu S, Wang S, Wang W. Bioimmobilization of lead by Bacillus subtilis X3 biomass isolated from lead mine soil under promotion of multiple adsorption mechanisms. R Soc Open Sci. 2019;6(2):81701.
31.    Khan MI, Iqbal S, Naeem A. Ameliorative potential of canola (Brassica napus) in heavy metal toxicity: a review. Environ Sci Pollut Res. 2019;26(22):22160-22172.
32.    Lakshmipathy G, Deepika KV. Biosorption of Pb (II) by Streptomyces sp. (MGB-12) isolated from industrial effluent polluted soil. J Environ Chem Eng. 2016;4(4):4304-4313.
33.    Khoramnejadian S, Kariminiaae-Hamedaani HR, Hamedi J, Shabani F, Alishahi M. Isolation and characterization of lead- resistant Pseudomonas aeruginosa strains from soil in Iran. Desalination and Water Treatment, 2017;79:343-350.
34.    Akcil A, Erust C, Ozdemiroglu S, Fonti V, Beolchini F. A review of approaches and techniques used in aquatic contaminated sediments: metal removal and stabilization by chemical and biotechnological processes. J Clean Prod. 2015;86:24-36.
35.    Trevors JT, Oddie KM, Belliveau BH. Metal resistance in bacteria. FEMS, Мicrobiology Reviews 1985;32:39-54.
 
Cудалгааны ажлыг хянан, нийтлэх санал өгсөн: Анагаах ухааны доктор, И.Болормаа
Өгүүлэл хүлээн авсан огноо:2023.03.28 Өгүүлэл засварлаж дууссан огноо: 2023.04.26 Сэтгүүлд хэвлэх зөвшөөрөл авсан огноо: 2023.06.16