IMONBIO

Rezultate

ETAPA I ETAPA II ETAPA III ETAPA IV

REZUMAT REZULTATE 2014

Realizarea proiectului IMONBIO porneste de la utilizarea versatila a micro-organismelor atat ca si biocatalizatori cat si ca elemente de biorecunoastere, ceea ce inseamna utilizarea lor atat in proiectarea unor tehnologii de bioremediere cat si in constructia de biosenzori pentru monitorizarea gradului de poluare pentru cele doua clase de contaminanti. Obiectivele proiectului IMONBIO de realizare a unui sistem intergat de monitorizare si remediere a arealelor contaminate implica si identificarea unora dintre zonele critice, contaminate cu metale grele si radionuclizi, din Romania, ideea fiind ca determinarea gradului real de contaminare din respectivele zone sa se faca utilizand instrumentele analitice dezvoltate in cadrul proiectului

Activitatile specifice etapei I de raportare pentru proiectul IMONBIO au fost:

A1.1. Selectarea micro-organismelor si enzimelor pentru determinare selectiva si sensibila a metalelor grele si radionuclizilor;

A1.2. Imobilizarea materialului biologic;

A 1.3. Dezvoltarea de biosenzori-partea 1;

A1.4. Studiul nivelului de contaminare a habitatelor cu metale grele si radionuclizi-partea 1.

Ca urmare a activitatilor de CD realizate in aceasta etapa s-au stabilit ipotezele de lucru IMONBIO privind micro-organismele si enzimele utilizabile.

Au fost selectate micro-organismele care vor fi folosite in elaborarea strategiei de bioremediere precum si enzimele care, alaturi de micro-organismele selectate, vor fi utilizate in constructia unitatilor individuale de biosenzori pentru monitorizarea gradului de contaminare cu metale grele si radionuclizi.

Micro-organismele selectate pentru elaborarea strategiei de bioremediere si pentru contructia unor senzori microbieni :

a. Pseudomonas aeruginosa.;

b. Pseudomonas fluorescens ;

c. Pseudomonas putida;

d. Clostridium spp.

Aceste optiuni au rezultat ca urmare a activitatilor efectuate de partenerii P2, P3 si P1 din consortiu.

Enzime selectate pentru constructia de bio- senzori electrochimici pentru monitorizarea gradului de contaminare cu metale grele:

a. polifenol oxidaze: lacaza (din Trametes versicolor); tirozinaza (ciuperci);

b. fosfataza alcalina;

c.colinesteraze: acetilcolinesteraza.

Au fost elaborate 4 protocoale de imobilizare a materialului biologic pe diferite materiale suport conductive, demosntrandu-se ca se mentine activitatea enzimatica in urma imoblizarii si ca urmare si sensibilitatea, ceea ce face posibila aplicatia ulerioara in dezvoltarea de biosenzori pentru monitorizarea contaminantilor de tip metal greu prin reactii de inhibitie.

Au fost dezvoltati primii biosenzori de inhibitie pe baza de lacaza pentru determinarea Zn, Cd, Pb, rezultatele obtinute demonstrand fezabilitatea monitorizarii gradului de contaminare cu metale grele utilizand biosenzori enzimatici pe baza de polifenol oxidaze (cum este lacaza). In etapele urmatoare de realizare a proiectului vor fi determinate caracteristicile de performanta ale biosenzorilor de inhibitie construiti.

Raspunsul de inhibitie al biosenzorilor C-SPE/Lacc/Nafion in prezenta Zn (II), Cd(II), Pb(II)

S-au prelevat in luna octombrie 2014 probe de apa, vegetatie si sol din zona miniera Baita Plai si Nucet. Datele privind contaminarea cu metale grele a apelor din zona Baita plai si Nucet au fost comparate cu datele istorice existente in arhiva INCDMRR ICPMRR, rezultand o prima imagine a evolutiei poluarii in ultimii 2 ani in aceste areale miniere.

Raportul de activitate in extenso - RST_etapaI-IMONBIO_2014_publicabil.pdf

REZUMAT REZULTATE 2015

Activitatile specifice etapei a II -a de raportare pentru proiectul IMONBIO au fost:
  • Dezvoltarea de biosenzori. Determinarea caracteristicilor de performanta ale biosenzorilor dezvoltati
  • Optimizarea biosenzorilor
  • Studiul nivelului de contaminare a habitatelor cu metale grele si radionuclizi
  • Alegerea tulpinilor microbiene pentru decontaminarea eficienta a metalelor grele si radionuclizilor
  • Realizarea proiectului IMONBIO porneste de la ideea utilizarii versatile a micro-organismelor si enzimelor atat ca si biocatalizatori cat si ca elemente de biorecunoastere. In termenii proiectului aceasta inseamna utilizarea micro-organismelor, respectiv enzimelor pe de o parte in proiectarea unor tehnologii de bioremediere si, pe de alta parte, in constructia de biosenzori pentru monitorizarea gradului de poluare pentru cele doua clase de contaminanti. Obiectivele proiectului IMONBIO de realizare a unui sistem integrat de monitorizare si remediere a arealelor contaminate implica si identificarea unora dintre zonele critice, contaminate cu metale grele si radionuclizi, din Romania, incercandu-se prin acest proiect introducerea unor noi instrumente analitice de monitorizare, dezvoltate dezvoltate in cadrul proiectului.

    Ca urmare a activitatilor de CD realizate in aceasta etapa a fost demonstrata eficienta in anumite cazuri de contaminare a micro-organismelor selectate (Pseudomonas aeruginosa) pentru elaborarea strategiei de bioremediere.

    Au fost dezvoltati, caracterizati si optimizati partial noi biosenzori pentru determinarea metalelor grele si radionuclizilor: Au-SPE/ALP; C-SPE/ALP; AcP-RG-ITO care s-au dovedit aplicabili pentru monitorizarea nivelelor de Zn (II), Hg (II), Cr (III). Cele mai bune rezultate s-au obtinut pentru Hg(II).

    Rezultatele obtinute au fost validate partial, inter-laborator, biosenzorii pe baza de ALP dovedindu-se sensibili si precisi in determinarea continutului de Hg(II). Pentru Hg (II) regasirea din proba cu biosenzorul Au-SPE/ALP a fost de 101,87%, dovedindu-se acuratetea raspunsului biosenzorului.

    Au fost structurate primele modele de bioreactoare utilizabile in testarea strategiilor de bioremediere.

    S-a demonstrat potentialul utilizarii spectroscopiei laser fotoacustice in evaluarea randamentului de metabolizare a metalelor grele, astfel inct sa se obtina informatii de mare acuratete cu privire la impactul contaminantilor metalici asupra habitatelor.

    Raportul de activitate in extenso - RST_etapaII-IMONBIO_2015_web.pdf

    REZUMAT REZULTATE 2016

    Activitatile specifice etapei a III-a de raportare pentru proiectul IMONBIO au fost:

    A3.1 Optimizarea biosenzorilor (partea 2-a); validarea raspunsului biosenzorilor

    A3.2 Studiul nivelului de contaminare a habitatelor cu metale grele si radionuclizi -partea a 3a

    A3.3. Elaborare documentatie brevet pentru biosenzori microbieni

    A3.4. Alegerea tulpinilor microbiene pentru decontaminarea eficienta a metalelor grele si radionuclizilor-partea 2 a

    A3.5.Studiul randamentelor de absorbtie/desorbtie a metalelor grele si radionuclizilor la nivelul biomasei microbiene

    A3.6 Proiectarea tehnologiei de bioremediere-partea 1

    A3.7 Proiectare bioreactor

    A3.8 Integrarea biosenzorilor enzimatici si microbieni intr-o retea-partea 1

    Ca urmare a activitatilor de CD realizate in aceasta au fost optimizate doua unitati de monitorizare de tip biosenzor si, din punct de vedere al integrarii intr-o retea de biosenzori exista compatibiltate atat ca domeniu aplicabil de potentiale, cat si ca domeniu al valorilor de curent masurate. Aceste unitati rezolva analiza a trei dintre metalele grele, respectiv radionuclizii, tinta ai proiectului si anume Pb (II), Hg (II) si (UO2)2+:

  • unitatea 1 C-SPE_Grafit_Lacc pentru analiza Pb (II) pe domeniul util de concentratii 6.6 ppb pana la 240 ppb. Nivelul de curent masurat este de zeci/sute nA.
  • unitatea 2 Au-SPE/polyMB_ALP pentru analiza Hg(II) si/sau (UO2)2+ pe domeniul util de concentratii 30 ppb pana la 160 ppb. Nivelul de curent masurat este de zeci/sute nA.
  • S-a elaborat documentatia de brevet si a fost depusa cererea de brevet privind -Procedeu de obtinere a unui biosenzor amperometric pentru determinarea mercurului (II)-.

    Utilizand tulpinile microbiene selectionate a fost dezvoltat primul model de bioreactor, de volum 1L, inoculul microbian fiind P aeruginosa fiind fixat pe material ceramic de tip frita cornier de granulatie mare, 5g material la 200 mL suspensie inocul bacterian, modelul fiind testat pentru stabilirea conditiilor optime, in aceasta prima faza, doar pentru pentru bioremedierea cuprului. Rezultatul modelarii a condus la umatoarea concluzie: sistemul de bioremediere dezvoltat pentru bioremedierea cuprului utilizand P aeruginosa fixata pe material ceramic este functional la randament maxim in urmatoarele conditii: pH=7.00, timp de adsorbtie 24h, eficienta maxima fiind atinsa chiar pentru concentratii mari, de 100 ppm Cu in sistem.

    S-au propus doua scheme de flux tehnologic pentru sistemul de bioremediere.

    S-a demonstrat potentialul spectroscopiei laser fotoacustice in evaluarea randamentului de metabolizare a metalelor grele prin monitorizarea etilenei si a amoniacului din semintele de grau comun, grau Spelta, mazare, lucerna si porumb germinate ca raspuns in timp. Rezultatele experimentale demonstreaza ca semintele /boabele germinate cu metale grele, determina o crestere a vaporilor de amoniac in respiratia plantelor (in timp), precum si o scadere a vaporilor de etilena in respiratia vegetatiei. Experimentele au demonstrat ca se pot utiliza culturile de grau, lucerna, mazare, porumb pentru concentrarea/metabolizarea metalelor grele existand, intr-o oarecare masura un raspuns specific al plantelor pentru anumite metale.

    Raportul de activitate in extenso - RST_etapaIII-IMONBIO_2016_web.pdf

    REZUMAT REZULTATE 2017

    Activitatile specifice etapei a IV-a de raportare pentru proiectul IMONBIO au fost:

    A4.1 Proiectarea tehnologiei de bioremediere-partea a 2-a

    A4.2 Integrarea biosenzorilor enzimatici si microbieni intr-o retea

    A4.3. Comparari inter-laborator (transfer din 2016).

    A4.4. Realizare demonstrator (transfer din 2016)

    A4.5.Diseminare rezultate

    S-a realizat modelul demonstrator si s-a validat functionalitatea acestuia; in acest scop a fost construit un prototip de laborator pentru bioreactor, au fost testate conditiile specifice tehnologiei de bioremediere utilizand P. Aeruginosa tulpina ATCC 27853 si s-au validat ipotezele de lucru utilizand ca model bioremedierea unei solutii de Cu(II) de concentratie 100ppm. S-a demonstrat aplicabilitatea tehnologiei pe un domeniu mai larg de concentratii, cuprins intre 5 ppm si 286 ppm, eficienta procesului de bioremediere fiind foarte buna pana la 180 ppm. A fost dezvoltata a treia unitate de senzori electrochimici, pe baza de film de bismut, pentru determinarea Zn(II) si au fost stabiliti parametrii optimi de lucru

    Raportul de activitate in extenso - RST_etapaIV-IMONBIO_2017.pdf