Chuyên đề: VI sinh vậT Ứng dụng trong xử LÝ phế thải I. Nguồn gốC phế thảI 1/ Phế thải là gì ?

Ngoài những công việc “thường ngày” của mình như tham gia sản xuất bánh mì, pho mát, bia và rượu; hay tạo ra rất nhiều hóa chất như kháng sinh, chất dẫn xuất nylon và insulin..., vi khuẩn còn làm được rất nhiều việc lạ đời.

Người ta đã lấy dòng vi khuẩn có khả năng phát sáng để sản xuất ra những vật dụng phát sáng trong nhà như ghế, bàn, đèn. Đã có hẳn một dự án về vi khuẩn phát sáng. Ngạc nhiên hơn nữa, vi khuẩn còn có khả năng “chụp ảnh”. Các “máy ảnh sống” này được giới khoa học sử dụng để nghiên cứu về công nghệ gene.

Với những loại vi khuẩn ưa “đánh chén” chất thải phóng xạ thì không có gì tuyệt vời hơn. Trong khi vấn nạn chất thải phóng xạ đang làm đau đầu giới khoa học và làm vơi hầu bao của nhiều quốc gia giàu có thì các nhà khoa học Mỹ đã phát hiện có tới hàng trăm loại vi khuẩn sống trong bãi rác phóng xạ và ăn dần chất thải đó.

Vi khuẩn biến đổi gene được dùng làm chất nổ tổng hợp để chế tạo tên lửa, làm keo dính (được coi là loại keo dính bền nhất thế giới), pin chạy bằng năng lượng vi khuẩn...(Theo Sức Khỏe & Đời Sống). Việt Báo (Theo_VnExpress.net)

2. Vi sinh vật cứu tinh của môi trường

Vi khuẩn Alcanivorax-borkumensis sinh ra tự nhiên có khả năng ăn hết các vết dầu loang trên biển

Công nghệ vi sinh vật đã và đang là công cụ đắc lực và rẻ tiền nhất, hỗ trợ cho con người trong cuộc chiến cam go: Bảo vệ môi trường. Các vi sinh vật đã nhiều lần "cứu nguy" cho con người trong các đợt ô nhiễm:

Thảm họa ở Lavéra: Một tàu chở dầu neo tại bến để súc rửa khoang đã vô ý làm ô nhiễm 9.000 m2 mặt biển ở cảng Marseille (Pháp). Vụ việc đã làm những nhà chức trách của thành phố đau đầu, bởi đây là loại dầu nặng, rất khó làm sạch bằng các công cụ cổ điển.

Đột nhiên, trong lúc bế tắc, người ta đã nảy ra ý tưởng: Tại sao không nhờ đến các vi sinh vật? Sau khi khảo sát thực địa tình trạng ô nhiễm môi trường khu vực cảng, các chuyên gia đã quyết định cho rải ngay hàng tỷ vi khuẩn xuống vùng nước bị ô nhiễm dầu. Chưa đầy 5 ngày sau, lớp dầu đã biến mất hoàn toàn, cứ như là chưa từng tồn tại.

Sau một hồi tính toán nát óc, các chuyên gia quyết định cầu cứu đến vi sinh vật. Công ty IBS chế tạo một hỗn hợp vi khuẩn có khả năng phân hủy Acrylate éthyle. Nó được đưa xuống đất thông qua các giếng khoan nhỏ dưới đường ray để bảo đảm cho xe lửa vẫn tiếp tục lưu thông. Sau 8 tháng, khu vực ô nhiễm đã được xử lý sạch sẽ với chi phí chỉ 3,5 triệu franc.

Hiện nay ở Anh, Mỹ, Pháp, Đức, Hà Lan... có hàng trăm phòng thí nghiệm của cả nhà nước và tư nhân nỗ lực nghiên cứu về việc dùng vi sinh vật làm sạch môi trường. Còn tại Mỹ, phải sau khi chứng tỏ có thể chống vết dầu loang hiệu quả mà vô hại đối với thiên nhiên trong thảm họa tàu chở dầu Exxon Valdex tại các bãi biển ở Alaska, chúng mới được ủng hộ. Đến nay, đã có hàng trăm địa điểm ô nhiễm ở Mỹ được phục hồi nhờ nấm và vi khuẩn.

Có hai cách sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường. Cách thứ nhất là sử dụng các vi sinh vật hiện diện tự nhiên trong vùng đất bị ô nhiễm. Để làm được điều này, người ta bơm ôxy và cung cấp một hỗn hợp dinh dưỡng để làm gia tăng nhanh chóng số lượng vi khuẩn. Cách thứ hai khó thực thi nhưng lại hiệu quả hơn, là bơm vào khu vực ô nhiễm các siêu vi khuẩn đã được tuyển lựa ở phòng thí nghiệm.

Lúc đầu, vi sinh vật chủ yếu được sử dụng trong các vụ ô nhiễm dầu nhưng càng về sau, nó càng được mở rộng sang nhiều lĩnh vực mới. Chẳng hạn như ở San Francisco (Mỹ), người ta đã thành công trong việc dùng vi khuẩn để chống ô nhiễm chất trichloréthylène trên mặt biển. Ở bang Michigan, một phòng thí nghiệm khẳng định đã cô lập được loại vi khuẩn có khả năng “tiêu hóa” chất pyralène của các máy biến áp.

Các nhà khoa học Đức cho hay đã nắm giữ được công thức hỗn hợp vi khuẩn và nấm có khả năng làm phân rã chất độc đioxin. Người Nhật phát hiện ra một loại nấm biết “nhấm nháp” cao su. Hay ở Hà Lan, người ta đã tìm thấy một loại vi khuẩn có khả năng loại bỏ các chất nitrates ở nước giếng.

Tất cả “nghệ thuật” khử ô nhiễm bằng vi sinh vật nằm ở việc tuyển chọn các vi khuẩn thích hợp. Điều đó đã buộc một số nhà khoa học đi khắp thế giới để tìm kiếm các loại vi khuẩn mới. Ở Pháp, trong 5 năm tồn tại, công ty Bionergie đã có được “số vốn” gần 150 lớp vi khuẩn hữu ích.

Ông Jacques Faudin, Tổng giám đốc, cho biết: “Do bị cấm thực hiện các kết hợp di truyền nên ở phòng thí nghiệm, chúng tôi chỉ làm cho vi khuẩn của mình hiệu quả hơn gấp 500 lần so với ngoài tự nhiên”. Hợp đồng bay đến như mưa. Chẳng hạn với hãng Kodak, công ty đảm trách việc thu hồi muối bạc ở các ống cống. Còn với một hãng sản xuất vỏ máy bay, công ty đã chế tạo thành công chất tẩy rửa có gốc enzym do vi khuẩn tiết ra.

Ủy ban Năng lượng hạt nhân CEA của Pháp hiện đang nghiên cứu các loại nấm có sợi có khả năng hấp thụ nhiều kim loại nặng như cadmi, kẽm, niken, chì bạc vàng và cả một số chất phóng xạ.

Tuy vậy, vi sinh vật không thể làm được gì đối với các chất vô cơ gây ô nhiễm. Chúng cũng khó lòng phát huy hiệu quả ở các vùng đất sét. Mặt khác, người ta phải tính toán kỹ lưỡng để phòng tránh cảnh “gậy ông đập lưng ông”, chẳng hạn phải kiểm tra xem liệu vi khuẩn có phân hủy chất ô nhiễm thành các sản phẩm phụ cũng nguy hiểm hay không. (Theo Sức Khỏe & Đời Sống) . Việt Báo (Theo_VnExpress.net)

TS. Hồ Thị Hồng Nhung - Viện Pasteur TP.HCM cùng các cộng sự vừa nghiên cứu thành công một loại chế phẩm vi sinh học từ chủng vi khuẩn có tác dụng diệt trừ được lăng quăng trong nhiều điều kiện sống khác nhau. Chỉ cần 200g chế phẩm này, với giá thành khoảng 300.000 đồng có thể bảo vệ được một khu vực có diện tích 1 ha khỏi nạn lăng quăng.

Xác lăng quăng chết sau khi tiếp xúc với chế phẩm vi sinh vật từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis subsp. israelensis serotype H14. Ảnh: H.Nhung

Nhóm nghiên cứu đã thành công bước đầu trong công nghệ sản xuất ra vi khuẩn B. thuringiensis subsp. israelensis H 14 (Bti) với hiệu năng cao, khoảng 1 tấn/tháng. Loại chế phẩm sinh học chứa vi khuẩn này có tác dụng diệt lăng quăng trong nhiều điều kiện sống khác nhau, từ ao tù nước đọng cho đến nước kênh rạch.

Khi Bti theo nước và thức ăn vào trong ruột của lăng quăng, độc chất của vi khuẩn sẽ gây thủng ruột và diệt lăng quăng.

Tuy nhiên, trước khi đưa ra sử dụng rộng rãi, loại chế phẩm chứa vi khuẩn như nói trên còn phải được thông qua đánh giá của Hội đồng khoa học do Sở Khoa học-Công nghệ TP.HCM lập.

Đáng chú ý là nghiên cứu trên đã được sự đầu tư từ một công ty tư nhân hoạt động trong lĩnh vực công nghệ sinh học, chứ không dùng kinh phí Nhà nước.

Trên thế giới, các nước phát triển như Bắc Mỹ, Châu Âu đã kiểm soát được dịch sốt xuất huyết do hạn chế được lăng quăng. Một trong các biện pháp là sử dụng chế phẩm vi sinh có thành phần Bti rải xuống các khu vực tự nhiên có muỗi sinh sống.

Bti có thể giết được mọi loại lăng quăng muỗi thường cũng như muỗi truyền bệnh sốt xuất huyết, viêm não Nhật Bản, sốt rét, hay loại bệnh mới như viêm não Nipar (Philipine), bệnh viêm não Chikungunya.

Theo nhận định của Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization - WHO), trong 5 - 10 năm tới tất cả các loại bệnh này đều chưa có vắcxin phòng ngừa.

Ông Alan cho biết khi nhiệt độ tăng và thời tiết chuyển từ xuân sang hạ, mùi hôi thối dịu đi và màu của hố chứa phân chuyển từ nâu sang hồng và sang tím. Ông quan sát hiện tượng trên và nghĩ rằng chắc hẳn trong đó phải có một loại vi khuẩn quang hợp.

Vi khuẩn Pseudomonas.

Trường Đại học Iowa đã được cấp bằng sáng chế về loại vi khuẩn này và đang tìm các công ty quan tâm tới việc phát triển một loại vi sinh vật ăn mùi. Chúng chỉ hoạt động khi nhiệt độ trên 15^oC. Nếu nông dân thả vi khuẩn tím vào hố chứa chất thải phân gia súc và giữa ấm hố đó, họ sẽ không phải nghe những lời phàn nàn của láng giềng.

Các hố chất thải có nắp đậy có thể duy trì nhiệt độ quanh năm. Việc khám phá ra loại vi khuẩn hữu ích trên có ý nghĩa quan trọng, mang tính đột phá trong chăn nuôi. Hiện nông dân có thể loại bỏ một số mùi bằng cách đưa chất thải của gia súc qua một một thiết bị ""tiêu hoá"" đặc biệt hoặc bằng cách quạt khí, song những kỹ thuật này rất tốn kém.

(Minh Sơn - Theo Nature). Việt Báo (Theo_VietNamNet)

5. Vi sinh vật khử kim loại trong đất làm nguồn nước ngầm nhiễm asen

Các vi sinh vật khử kim loại trong đất làm nguồn nước ngầm nhiễm asen (arsenic), đầu độc hàng triệu người tại Bangladesh và bang Tây Bengal của Ấn Độ. Đây là kết luận do một nhóm nghiên cứu quốc tế đưa ra.

Cảnh khoan giếng tại Bangladesh.

Các nhà khoa học hy vọng nghiên cứu trên sẽ làm sáng tỏ nguyên nhân tại sao nước uống bị nhiễm asen nhiều như vậy và giúp họ tìm ra phương pháp làm giảm mức độc tố này. Bị Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) coi là sự nhiễm độc hàng loạt và tồi tệ nhất trong lịch sử loài người, hàng triệu giếng nước ở Ấn Độ và Bangladesh đã bị ô nhiễm asen vào đầu những năm 1990. Tình trạng này vẫn là mối đe doạ nghiêm trọng đối với những người tiếp tục uống và sử dụng nước nhiễm asen để canh tác ngày nay.

Nhiễm asen ở mức cao có thể gây ung thư da, bàng quang, thận, phổi, các bệnh liên quan tới mạch máu ở chân và bàn chân. Nó cũng có thể "đóng góp" vào bệnh tiểu đường, áp huyết cao và rối loạn sinh sản. GS khoa học môi trường Willard Chappell tại ĐH Colorado (Mỹ), đồng thời là chuyên gia về asen, cho biết: ""Một số nhà nghiên cứu ước tính rằng 2/3 dân số ở Bangladesh có nguy cơ bị nhiễm độc asen mạn tính"".

Trong thập kỷ vừa qua, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã cố xác định tại sao asen lại tồn tại ở mức cao đến vậy trong tầng ngập nước tại Bangladesh và bang Tây Bengal. Hiểu biết đó sẽ giúp họ nhận dạng các khu vực có nguy cơ cao cũng như hoạch định chiến lược giảm nhẹ tác động. Giờ thì một nhóm nghiên cứu quốc tế đã phát hiện ra rằng vi khuẩn là thủ phạm làm tăng mức asen trong nước. John Lloyd, nhà vi sinh vật thuộc ĐH Manchester (Anh) đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: ""Khi chúng tôi tìm thấy tỷ lệ mức asen tối đa, chúng tôi cũng tìm thấy các vi khuẩn khử kim loại"".

Vi khuẩn khử kim loại ""hít"" các kim loại như sắt để lấy năng lượng từ thức ăn của chúng. Điều đó giống như việc con người hít oxy để phân huỷ thức ăn. Chúng hít thở bằng cách chuyển các electron sang kim loại, làm thay đổi đặc tính của kim loại đó. Các nhà khoa học gọi điều này là khử kim loại. Derek Lovley, nhà vi sinh vật tại ĐH Massachusetts, nói: ""Nghiên cứu mới đã chỉ ra điều mà nhiều nhà khoa học nghi ngờ"". Nhóm nghiên cứu quốc tế phát hiện ra rằng khử và giải phóng asen xảy ra sau khi vi khuẩn khử và giải phóng sắt. Đây là hai tiến trình tách rời.

Nghiên cứu trước kia của Lovley và đồng nghiệp cho thấy acetat là một loại thức ăn ưa thích của vi khuẩn khử kim loại và làm cho số lượng của chúng bùng nổ. Nhóm nghiên cứu quốc tế đã cho acetat vào mẫu để bắt chước dòng carbon hữu cơ chảy vào trầm tích nơi vi khuẩn khử kim loại sinh sống. Kết quả là acetat kích thích quá trình khử sắt và tiếp sau đó là giải phóng asen. Theo các chuyên gia, việc acetat kích thích khử sắt và giải phóng asen chỉ ra rằng mức carbon hữu cơ kiểm soát lượng asen mà vi khuẩn khử và giải phóng vào nguồn nước ngầm.

Lloyd cho biết: ""Những trầm tích này đói chất hữu cơ và electron. Nếu chất hữu cơ xâm nhập vào lớp đất cận bề mặt, nó sẽ kích thích hoạt động của những vi sinh vật khử kim loại. Các dòng carbon hữu cơ xuất hiện khi các giếng khoan tưới tiêu được tạo ra, làm cho một số nhà nghiên cứu cho rằng carbon hữu cơ, xâm nhập vào đất do hoạt động khoan giếng lấy nước tưới, có thể là một nhân tố làm tăng mức arsen hoà tan trong nguồn nước ngầm tại Bangladesh và Tây Bengal".

Lý thuyết trên được ủng hộ bởi nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học quốc tế. Do các nhà nghiên cứu hiện hiểu rõ hơn về các tiến trình kiểm soát việc giải phóng asen vào nước ngầm trong khu vực này nên họ đang tìm cách đảo lộn chúng để làm cho nước uống an toàn.

Theo Chappell, giới khoa học nghiên cứu asen vẫn chưa thống nhất về các cơ chế gây ngộ độc asen. Ông khuyến cáo nghiên cứu trên vẫn chưa phải là lời giải thích cuối cùng. Ông nói: ""Ngộ độc asen là vấn đề rất tồi tệ. Mặc dù nó tồi tệ hơn ở Bangladesh và Tây Bengal so với bất kỳ nơi nào khác song ngày càng có nhiều quốc gia phát hiện ra vấn đề này, bao gồm Nepal, Campuchia, Lào, Việt Nam và Trung Quốc nơi các giếng khoang được tạo ra để cung cấp nước sạch"".

Minh Sơn (Theo National Geographic) . Việt Báo (Theo_VietNamNet)

6. Nấm tạo ethanol từ chất thải nông nghiệp

Các loại nấm tí hon có thể giúp giảm lượng xăng dầu mà thế giới tiêu thụ bằng cách biến hàng chục tỷ tấn chất thải nông nghiệp thành nhiên liệu. Ngoài ra, giải pháp này còn giúp giảm lượng khí nhà kính.

Để tạo ra ethanol từ cellulose, các nhà nghiên cứu trên thế giới đang sử dụng các enzymes do nấm tạo ra để phân huỷ chất cellulose từ các phần sợi của cây, chẳng hạn như thân, thành đường. Sau đó, họ lên men loại đường này.

Còn đối với phương pháp sản xuất ethanol truyền thống, men được sử dụng để phân huỷ đường từ các phần chứa tinh bột của cây, chẳng hạn như hạt ngô. Như vậy, phương pháp dùng nấm và vi khuẩn tận dụng được các phế thải nông nghiệp mà phương pháp truyền thống không làm được.

Một trạm bán nhiên liệu hỗn hợp gồn xăng pha lẫn ethanol tại Mỹ

Theo Mark Emalfarb, Chủ tịch Hãng Dyadic International Inc tại Florida, nấm là những kẻ ăn xác thối trong tự nhiên. Chúng phân huỷ cellulose. Các loại nấm mà Hãng Dyadic sử dụng để làm mềm và sáng quần áo bò màu xanh có thể phân huỷ thân cây ngô, bã mía, mảnh gỗ nhỏ, cỏ và rơm thành nhiên liệu.

Chính phủ Mỹ ước tính hiện nước này có hơn 1 tỷ tấn chất thải nông, lâm nghiệp. Lượng phế thải này có tiềm năng tạo ra chừng 300 tỷ tấn ethanol, đáp ứng khoảng 1/3 nhu cầu xăng dầu ở Mỹ.

Brazil đã giảm mạnh lượng dầu nhập khẩu từ Trung Đông bằng cách mở rộng chương trình sản xuất ethanol bằng phương pháp thông thường. Nếu có thể chuyển đổi gien của nấm và vi khuẩn để chúng phân huỷ bã mía, nước này thậm chí không phải phục thuộc vào nguồn dầu mỏ nội địa.

Tổng thống Bush hy vọng giảm lượng dầu nhập khẩu từ các quốc gia không ổn định về chính trị, một phần bằng cách làm cho việc sản xuất ethanol từ cellulose trở nên cạnh tranh trong vòng 6 năm tới. Kế hoạch này có thể gây đau đầu cho Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC). Sản lượng dầu của OPEC đang tăng lên trong khi sản lượng ở các nơi khác đang giảm. OPEC hiện sản xuất 40% sản lượng dầu thế giới và dự kiến con số này sẽ tăng lên 60% vào năm 2030.

Glenn Nedwin, Chủ tịch công ty sản xuất enzymes Novozymes của Đan Mạch, cho biết giá hiện tại của ethanol sản xuất từ cellulose vẫn còn cao, chừng 2-3 đôla/galon (3,78lit) so với 1,07 đôla/galon đối với ethanol bình thường. Tuy nhiên, khi các nhà máy thương mại đầu tiên được xây dựng và quy trình sản xuất được hoàn thiện, giá thành sẽ nhanh chóng được hạ thấp.

Dự kiến nhà máy đầu tiên sản xuất ethanol thương mại từ cellulose sẽ đi vào hoạt động trong năm nay tại Tây Ban Nha, do công ty SunOpta sở hữu. Còn hãng Iogen dự định xây dựng một nhà máy thương mại trị giá 350 triệu đôla tại vùng Trung Tây nước Mỹ hoặc Canada vào năm tới. Đầu tuần này, Bộ trưởng Năng lượng Mỹ San Bodman đã tuyên bố Washington sẽ chi 160 triệu đôla để xây dựng ba nhà máy lọc ethanol sản xuất từ cellulose.

Minh Sơn (Theo Reuters). Việt Báo (Theo_VietNamNet)

7.Vi sinh vật có khả năng phát hiện chất độc

Đại học Bách khoa Nanyang (Singapore) và công ty Crown Vision Systems của Anh đang nghiên cứu để tạo ra các vi sinh vật phát sáng có khả năng trở nên mờ hơn khi chúng phát hiện chất độc.

Vi sinh vật này được biến đổi gen, để chúng có thể sáng lên như bóng đèn. Ánh sáng của chúng giảm bớt khi chúng tiếp xúc với các vi khuẩn có hại cũng như các chất độc gây ra ung thư.

Bác sĩ Li Xingmin, phụ trách dự án này, nói: "Chúng tôi đang tạo ra những vi sinh vật mới có các đặc tính độc đáo là phản ứng lại nhiều lọai chất độc có hại”. Ông giải thích rằng thực phẩm, dược phẩm và môi trường hiện đang đầy dẫy các chất ô nhiễm, như thuốc trừ sâu, các chất độc do nấm và vi khuẩn tiết ra là những thứ có thể gây ra các chứng ung thư và các loại bệnh khác nhau.

Crown Vision Systems sẽ biến đổi DNA của các tế bào sống để tạo ra các tế bào nhạy cảm với chất độc. Các nhà khoa học dự kiến đưa gen có khả năng phản ứng nhanh với các chất độc, để các tế bào có thể cho kết qủa trong vòng vài giờ thay vì vài ngày như phương pháp hiện nay, và có thể được dùng cho một lượng lớn sản phẩm với giá rẻ.

Q.HƯƠNG (Theo Straitstimes).Việt Báo (Theo_TuoiTre)

Nguồn:http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Tao-ra-vi-sinh-vat-co-kha-nang-phat-hien-chat-doc/40041354/188/

Mỏ uranium lộ thiên lớn nhất thế giới tại Mỹ.

Vào năm 1987, Derek Lovley, một nhà vi sinh vật tại ĐH Massachusetts Amherst, đã phát hiện Geobacter sử dụng sắt oxide - đặc biệt là gỉ sắt - để tồn tại. Kể từ đó, ông đã tìm ra khoảng 30 loài vi sinh vật khác nhau cũng như phương pháp kích thích chúng ""hít thở"" mọi kim loại. Cùng với Bộ Năng lượng Mỹ, Lovley và đồng nghiệp đang triển khai một sự án làm cho Geobacter phát triển mạnh và chuyển hoá uranium trong nước ngầm ô nhiễm.

Teresa Fryberger, giám đốc Cơ quan Khoa học Môi trường thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, cho biết phương pháp sử dụng Geobacter để làm sạch nước ngầm ô nhiễm ưu việt hơn so với các công nghệ hiện nay. Hiện Bộ Năng lượng phải bơm nước ô nhiễm lên bề mặt, xử lý nó để tách chất gây ô nhiễm rồi lại bơm nước trở lại lòng đất. Tuy nhiên, phương pháp đó không thể loại bỏ hoàn toàn ô nhiễm cũng như không thể giải quyết vấn đề nước ngầm bị nhiễm uranium tại nhiều địa điểm do Bộ quản lý.

Vấn đề nước ngầm nhiễm uranium có từ thời kỳ Chiến tranh lạnh, khi các mỏ và nhà máy nghiền trên toàn nước Mỹ sản xuất hàng triệu tấn uranium oxide để chế tạo bom hạt nhân. Khi các mỏ bị đóng cửa vào những năm 1970, chất thải phóng xạ vẫn nằm tại đó. Chúng ngấm xuống đất và làm ô nhiễm nước ngầm. Mọi người uống phải thứ nước này có nguy cơ bị hỏng gan và ung thư. Tình trạng đất và nước ngầm bị nhiễm uranium lan rộng bởi chất phóng xạ này được khai thác, nghiền, tinh lọc, làm giàu, và được tái xử lý ở các địa điểm riêng. Khó có thể đưa ra con số chính xác về mức độ ô nhiễm song nó rất lớn.

Nơi chứa chất thải phóng xạ.

Geobacter.

  Hình . Siderophore

      Hầu như tất cả vi sinh vật đều cần sử dụng sắt (Fe) để cấu tạo nên các Cytochrome và nhiều enzym. Sắt rất khó hấp thụ vì ion sắt (Fe³⁺) và các dẫn xuất của chúng rất khó hòa tan, trong môi trường thường có rất ít các hợp chất sắt dễ hòa tan để có thể vcận chuyển vào tế bào. Việc hấp thu sắt của vi sinh vật là hết sức khó khăn. Nhiều vi khuẩn và nấm phải khắc phục khó khăn này bằng cách thông qua thể mang sắt (siderophore). Đó là những phân tử có phân tử lượng thấp lại liên kết với sắt và chuyển vận được vào tế bào, thường đó là các muối hydroxamates hoặc phenolates-catecholates. Ferrichrome là một loại hydroxamate được sinh ra bởi nhiều nấm; enterobactin là loại catecholate được sinh ra bởi E.coli... Trong hình bên ta thấy 3 loại thể mang sắt dưới các dạng khác nhau.

      Khi môi trường có chứa với hàm lượng thấp các sắt có thể sử dụng vi sinh vật sẽ tiết ra các thể mang sắt (siderophones) để kết hợp với sắt và chuyển đến màng tế bào. Lúc đó sẽ kết hợp tiếp với protein thụ thể (receptor-protein) để chuyển sắt vào trong tế bào, hoặc toàn bộ phức thể Sắt-siderophone được chuyển vào trong nhờ một protein vận chuyển ABC (ATP-binding cassette transporter). Ở vi khuẩn E.coli thụ thể siderophone nằm màng ngoài (outer membrane), sau khi Fe³⁺ được chuyển đến khe chu chất (periplasmic space) thì với sự hỗ trợ của protein vận chuyển sắt sẽ được chuyển qua màng sinh chất (plasma membrane), sau đó Fe³⁺ sẽ được khử thành Fe²⁺. Vì sắt rất cần cho quá trình sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật cho nên vi sinh vật cần sử dụng nhiều phương thức hấp thu khác nhau để đáp ứng nhu cầu này. 

Nếu khai thác đúng cách, vi khuẩn trong nước thải sẽ tạo ra dòng điện, phục vụ cuộc sống.

Ý tưởng chế tạo thiết bị được nảy sinh từ quá trình phân huỷ chất hữu cơ sinh hoạt của vi khuẩn có trong nước thải. Lũ vi khuẩn này "xơi" tất cả mọi thứ, từ chất thải cho tới mảnh bắp cải vụn, và chuyển hóa thành carbon dioxide. Như vậy, trong lúc ôxy hóa nguồn thức ăn của mình, vi khuẩn giải phóng electron từ chất hữu cơ. Kiểm soát nguồn electron này, các nhà khoa học có thể tạo ra được dòng điện phục vụ sinh hoạt gia đình.

Trước đây, thiết bị chuyển hóa năng lượng hữu cơ do vi khuẩn tạo ra thành dòng điện đã từng được sản xuất và ứng dụng vào thực tế. Chúng có tên là pin năng lượng vi khuẩn, và nhiều người hiện nay vẫn đang tiếp tục khai thác nguồn điện rẻ tiền và đầy tiềm năng này, có khi tại những nơi ít ai ngờ tới. Ví dụ: điện cực gắn dưới đáy biển có thể thu được nguồn năng lượng do vi khuẩn sống trong bùn thải ra. Mặc dù nguồn điện sản xuất bằng cách này thường rất bé, chúng vẫn đủ để vận hành thiết bị theo dõi môi trường ngầm dưới nước.

Thiết bị của Logan thực ra chỉ là một loại pin năng lượng như thế, bao gồm một ống nhựa rộng 6,5cm và dài 15cm. Tám thỏi graphit chạy dọc theo ống có chức năng như những điện cực âm. Điện cực dương là một thỏi nằm ở chính giữa, làm bằng nhựa, carbon và platinum. Khi nước thải được bơm qua buồng, vi khuẩn bám vào các thỏi graphit và chuyển electron vào những thỏi này khi chúng ăn chất hữu cơ. Electron đi theo dây dẫn vào thỏi platinum, hoàn tất một mạch điện.

Diện tích bề mặt của các thỏi graphit càng rộng, nguồn điện tạo được càng lớn. Cho đến nay, bằng phương pháp của mình, nhóm nghiên cứu của Logan đã lấy được 150 miliwatt trên mỗi mét vuông diện tích graphit. Tuy nhiên, họ vẫn chưa muốn dừng ở đó: "Chúng tôi tin rằng có thể tăng mức khai thác dòng điện lên tới 1.000 mW trên mỗi mét vuông. Hiện nay, một thiết bị cỡ vừa chỉ tạo được dòng điện đủ để thắp sáng bóng đèn chứ chưa đủ để phục vụ cho toàn gia đình. Chúng tôi sẽ tiếp tục cải tiến thiết bị này."

Nếu có môi trường thuận lợi, vi khuẩn sẽ tiêu huỷ nhiều chất thải hữu cơ hơn, đồng thời giải phóng ra nhiều electron hơn. Nhóm nghiên cứu cho biết: Trong thiết bị tạo điện, vi khuẩn có thể tiêu huỷ tới 80% chất thải hữu cơ trong nước. Với quy mô lớn hơn, thiết bị này sẽ giúp chúng ta tiết kiệm năng lượng và xử lý chất thải cho mỗi gia đình. Điều này đồng nghĩa với tiết kiệm được một khoản tiền khổng lồ: chỉ riêng ở Mỹ, chi phí xử lý chất thải sinh hoạt hàng năm đã lên tới 25 tỉ USD. Khánh Hà (Theo Nature)