Dřevokazné houby pomáhají regenerovat životní prostředí

Znečistění životního prostředí představuje velký ekologický problém. Jeho zdrojem jsou průmyslové a zemědělské aktivity, vzniklé odpady a následné využívání vyrobených produktů. Výsledkem je kontaminace vody, půdy a vzduchu obtížně rozložitelnými látkami, které se kvůli pomalému rozkladu v prostředí hromadí a poškozují ekosystémy i lidské zdraví. Příkladem jsou ropné uhlovodíky, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), průmyslová barviva, polychlorované bifenyly (PCB), pesticidy, detergenty apod., které shrnujeme pod označení organopolutanty. Schopností mikroorganismů rozkládat polutanty je možné využít pro biologickou dekontaminaci prostředí. Biodegradační procesy mají praktické aplikace a vytvářejí základnu nového oboru bioremediačních technologií.

Jedním z typů organismů účinně degradujících rekalcitrantní polutanty (tj. látky obtížně rozložitelné, přetrvávající v biosféře) jsou dřevokazné houby, respektive skupina hub bílé hniloby. Tyto organismy, někdy označované jako ligninolytické houby, představují skupinu asi 2000 organismů charakterizovaných schopností účinně depolymerizovat a mineralizovat lignin pomocí komplexu extracelulárních enzymů. Patří mezi ně především bazidiomycety (např. rody Pleurotus, Phanerochaete, Trametes, Stereum, Fomes), ale i askomycety (např. zástupci čeledi Xylariaceae). Degradace ligninu má zásadní význam z hlediska uhlíkového cyklu na zeměkouli, neboť většina obnovitelného uhlíku v přírodě existuje ve formě ligninu nebo polymerů celulózy a hemicelulóz. Ligninolytické houby nejúčinněji rozkládají v přírodě lignin, a tím plní ústřední roli v recyklaci uhlíku pocházejícího z rostlinných tkání obsahujících tento polymer.

Extracelulární enzymy ligninolytického komplexu (především lakáza, peroxidázy) a další typy oxidativních enzymů (např. cytochrom P-450 monooxygenázy) jsou relativně nespecifické, což umožňuje oxidaci velké škály substrátů s různou chemickou strukturou včetně mnoha organopolutantů. Další nespecifické složky biodegradačního mechanismu představují různé typy vytvářených radikálů a redox aktivních komplexů (hydroxylový, superoxidový, peroxylový radikál, Mn(III) komplexy), proces peroxidace lipidů ap. Enzymy jsou produkovány spíše ve fázi sekundárního metabolismu a rozkládané polutanty neslouží pro organismus jako zdroj uhlíku a energie, což vyžaduje přítomnost jiného využitelného zdroje uhlíku. Nízké pH optimum enzymů vyžaduje kyselé prostředí, které je nepříznivé pro růst a degradační činnost bakteriálních organismů. V procesu bioaugmentace lze ligninolytické houby použít i pro remediaci kontaminovaných zemin, neboť dokáží půdu kolonizovat a sekretovat do ní enzymy oxidující polutanty. Bylo prokázáno, že tyto houby účinně odstraňují z půdy látky, jako jsou PCB, PAU, kreosot, chlorfenoly nebo TNT odpovědné za rozsáhlé průmyslové znečistění. Aplikace využívající ligninolytických hub a jejich enzymové aktivity jsou šetrné k životnímu prostředí a mají velký potenciál z hlediska využití v environmentálních technologiích likvidace průmyslových polutantů.

Velký biodegradační potenciál ligninolytických hub dosud není adekvátně využíván z důvodů potřeby podrobného poznání a optimalizace složitého degradačního procesu, potřeby vývoje vhodných technologických zařízení a potřeby výběru vhodných kmenů těchto hub. Tyto kmeny musí být schopné účinně a rychle rozkládat polutanty, dobře kolonizovat materiály nosičů a vytvářet na nich trvanlivé a funkční biofilmy, kolonizovat kontaminované půdy obsahující autochtonní mikroorganismy a být odolné k toxickému působení polutantů. Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i., systematicky rozvíjí výzkum v této oblasti již téměř dvě desetiletí. Pomocí screeningu používajícího syntetická barviva byly selektovány kmeny Irpex lacteus, Dichomitus squalens, Pleurotus ostreatus a Phanerochaete chrysosporium, které lze použít k účinnému odstranění barviv a endokrinních disruptorů z vodného prostředí, včetně zpracování tekutých odpadů z textilního průmyslu, a rovněž k remediaci půd znečistěných PAU a PCB. Ve spolupráci s jinými pracovišti jsou vyvíjena zařízení typu biofiltrů a zkrápěných a rotačních reaktorů pro remediaci kontaminované vody a rozvíjeny postupy využití těchto kmenů pro remediaci půdy. Kromě biodegradační účinnosti je systematicky sledován i detoxifikační efekt zmíněných remediačních procesů.