Pittsburgh’de Kirliliği Yiyen Bakteriler: Endüstriyel Atıkların Altında Evrilen Mikroorganizmaların Keşfi

Pittsburgh’de, eski çelik fabrikalarının ve sanayi alanlarının yeniden düzenlenmesinin yanı sıra, bu toprakların altında on yıllardır süregelen bir evrim deneyi de gerçekleşiyor. Carnegie Mellon Üniversitesi’nde mikrobiyoloji araştırmacısı olan bir bilim insanı, Hazelwood Green adlı 178 dönümlük eski endüstriyel alanın kirlenmiş toprağında, petrol türevi kimyasalları besin olarak kullanan ve bu kirleticilerle yüzleşerek hayatta kalan bakterilerin nasıl evrildiğini incelemek için toprak örnekleri topluyor. Araştırmacı, bu mikroorganizmaların kirliliği nasıl bertaraf ettiğini anlamak istiyor ve bu deneyimin gelecekteki benzer kirlenmiş alanların temizlenmesinde kullanılabilir bir yol haritası sunabileceğini düşünüyor.

Bu çalışma, bir mikrobiyologun kendi arka bahçesindeki bir brownfield’dan ilham almasıyla başladı. Carnegie Mellon Üniversitesi’ndeki laboratuvarı, Monongahela Nehri kıyısındaki Hazelwood Green’e sadece iki mil mesafede yer alıyor. Bu bölge bir yüzyılı aşkın süredir çelik üretimi faaliyetine ev sahipliği yaptı ve aralarında Jones & Laughlin Steel Co.’nun da bulunduğu işletmelerin merkeziydi. Alanın zirve döneminde binlerce işçi çalıştırılan tesis, Pittsburgh’a “Çelik Şehri” unvanını kazandıran altyapıyı oluşturdu.

Sanayi Mirasının Altında Yaşayan Ekosistem

Brownfield, eski endüstriyel veya ticari alanlara verilen ad. Bu alanların yeniden geliştirilmesi, kirlilik nedeniyle sıkıntılı bir süreçle karşılaşabiliyor. Tanımları genellikle arkalarında bıraktıkları izlerle şekilleniyor: terk edilmiş fabrikalar, boş araziler ve kanserojen bileşiklerle kirlenmiş topraklar. Ancak yerin altında, brownfield’lar yaşayan ekosistemler olmaya devam ediyor. Bu toprakların milyarlarca mikrop barındırdığı biliniyor ve Pittsburgh’daki bazıları, şehrin sanayi geçmişinin bıraktığı kirliliğe on yıllardır yanıt verip uyum sağladı.

Sanayi mirası yalnızca çeliğe değil, kimyasal bir mirasa da damga vurdu. Hazelwood Green gibi pek çok eski endüstriyel alanın toprağı, petrol hidrokarbonları, ağır metaller ve diğer kirleticilerle kirlendi. Bu kirleticiler arasında benzen, tolüen, etilbenzen ve ksilen yer alıyor. Bu petrol türevli bileşiklerin toplu adı BTEX olan grup, insan ve diğer organizmalar için toksik olabilecek ve bazıları bilinen kanserojenler arasında. Bu kimyasalların varlığı, alanın brownfield olarak sınıflandırılmasına yol açtı.

On yıllar boyunca Hazelwood Green’in yeniden geliştirilmesi için ciddi çaba sarf edildi. Düzenlenen alan bugün araştırma, teknoloji ve topluluk katılımı için yeni bir merkez haline geldi. Kirli toprağın temizlenmesi gibi bu çalışmalar, ilginç bir biyolojik soruyu da beraberinde getirdi: Bu topraklarda kirlilik varken yaşayan mikroorganizmaların ne olduğunu ne kadar öğrendik? Ve onlar bunu nasıl başardılar, bu yaklaşımı gelecekteki diğer brownfield’ları temizlemede kullanabilir miyiz?

Kirlilik Bir Evrim Deneyi Olarak

Toprak, olağanüstü bir mikrobiyal çeşitliliğe sahip. Tek bir gram bile, binlerce farklı türden milyarlarca bakteriyel hücre içerebiliyor. Kirleticiler gibi BTEX maddeleri bu ortama girdiğinde, mikropçuklar yeni bir ekolojik zorlukla karşı karşıya kalıyor. Birçok organizma için kirletici zehirli olabilir. Bazı mikropçuklar ise zaten kirleticilere dayanabilmelerini sağlayan metabolik yolları bulunduruyor ya da hatta bunu besin olarak tüketebiliyor. Bu, aynı alandaki diğer bakterilere karşı bir avantaj sağlıyor.

Bu organizmaları tek tek bulmak yavaş bir süreç olduğu için, laboratuvar CMU’nın AI Science Foundry’siyle ortaklık kurdu. Bu otomatik, robotik laboratuvar, Pittsburgh’daki başka bir düzenlenmiş brownfield olan Bakery Square’da yer alıyor. Oradaki robotik sistemler, aynı anda binlerce ayrı bakteri türünü taramaya ve her birinin BTEX gibi kirleticileri ne kadar iyi parçaladığını ölçmeye olanak tanıyor. Aynı zamanda geliştirilen açık kaynaklı araçlar, bakteriyel genomları tarayarak kirleticiyi parçalayabilmelerine yardımcı olabilecek genleri arıyor.

Bu yaklaşım, keşfin normal sırasını tersine çeviriyor. Tek tek bir organizmayı inceleyip faydalı olup olmadığını ummak yerine, önce binlerce genomu tarayıp olası adayları işaretleyebiliyor. Ardından hangilerinin gerçekten laboratuvar ortamında işe yaradığını onaylıyor. Her test turu, bir mikropçuğun DNA’sından yalnızca fonksiyonunu tahmin etme yeteneğini de artırıyor, böylece öğrenildikçe süreç hızlanıyor.

Mikropçuklar Kirliliği Temizleyebilir mi?

Kirlenmiş toprağı temizlemek zor ve pahalı bir iş. Yaygın temizleme yöntemleri, kirlenmiş toprağı kazmak ya da temiz dolgu altında gömmek gibi, araziyi yeniden geliştirme için güvenli hale getirebilir ama kirleticileri gerçekten ortadan kaldırmadan. Bu nedenle sonrasında uzun vadeli izleme gerekebilir.

Çevresel kirleticileri ortadan kaldırmak için mikrobiyalleri kullanmak yeni bir kavram değil. Biyoremediasyon zaten petrol sızıntıları ve atık su arıtması gibi alanlarda kullanılıyor. Birçok durumda mikropçuklar, büyüdükçe bu kirleticileri doğal olarak daha az zararsız bileşiklere dönüştürüyor. Ancak biyoremediasyon her kirleticide veya her kirlenmiş alanda eşit derecede iyi çalışmıyor. Birincil zorluklardan biri, belirli bir kirleticinin parçalanabilen mikropçukları tespit etmek ve bu kirliliğin gerçekten oluştuğu çevresel koşullar altında güçlü kalmalarını sağlamak.

Pittsburgh ve Rust Belt bölgesindeki eski endüstriyel alanların bilimin ve teknolojinin yeni merkezlerine dönüşmesiyle, belki de ihtiyaç duyduğumuz biyolojik yenilikler hepsi bu arada altlarında evrim geçiriyordu. Şimdi yalnızca bu mikropçukların öğrendiklerinin başını keşfetmeye başladık.