Sert Çekirdekli Bakteri
Sert Çekirdekli Bakteri
Delaware Üniversitesinden (UD) araştırmacı Julie Maresca ve ortakları, bakteri topluluklarının betonda nasıl yaşadığını ve değiştiğini gösteriyor.
Julie Maresca ve laboratuvarındaki öğrenciler, bu pek de olası olmayan habitatta devam eden yaşamı inceliyorlar.
Evet, sert, kuru, tuzlu ortamına ve tipik pH değeri yaklaşık 12,5’e ulaşmasına rağmen beton içinde yaşam mümkün.
Bazı sert çekirdekli bakteriler, Antarktika buzunda ve diğer zorlu yerlerde bulunan Psychrobacter gibi en zorlu şartlarda bile yaşam mücadelesini sürdürmektedir.
Beton hemen her yerde olduğu için, binaların, yolların, köprülerin ve diğer beton yapıların sağlığıyla ilgilenen herkes bu mikrobiyal kütleleri de dikkate almalıdır.
Amerikan Mikrobiyoloji Derneği tarafından yayımlanan yeni bir çalışmada, inşaat ve çevre mühendisliği doçenti Maresca ve öğrencileri, sert bir beton habitatta bile bakteri topluluklarının hayatta kalabileceğini, gelişebileceğini ve değişebileceğini gösteriyor. Bu tür bir değişikliğin, hasara uğrayan beton yapıların potansiyel onarımı için önemli etkileri olabilir.
Araştırmacılar, mikropların ve betonun bir aşk-nefret ilişkisi içinde olduğunu uzun zamandır biliyorlar, ancak çalışmalar çoğunlukla, beton döküldükten sonra ortaya çıkan tür olan yüzey bakterileriyle ilgiliydi.
Maresca’nın çalışmaları yüzeyin ötesine geçerek içerideki bakterileri, ya beton karışımına dahil edilen çakıl ve kum üzerinde gezinen ya da çatlaklardan içeri sızan mikropları inceledi. Laboratuvarının önceki araştırması, az sayıda bakterinin orada olduğunu ve DNA’larının çıkarılabileceğini göstermişti.
Şimdiki çalışma, zamanın ve havanın betonda yaşayan bakteri topluluklarını nasıl etkilediğini gösteriyor.
Ekibin bulguları arasında aşağıdakiler yer alıyor:
• Bakterilerin çeşitliliği zamanla azaldı, ancak bazılarında mevsimsel sıçramalar oldu.
• Beton içindeki bakteri toplulukları, betonu bozan ancak tespit edilmesi zor olan alkali-silika reaksiyonları için erken uyarı sağlayabilir. Tipik olarak, bu reaksiyonlar yalnızca betonda çatlaklar oluştuğunda fark edilir.
• Bakteriler, betonun “biyo-onarımını” sağlama potansiyeline sahiptir, ancak hangi türler görevi yerine getirebilir? Kimisi betondaki çatlakları ve gözenekleri doldurabilen bir madde olan kalsiyum karbonat üretir. Bu süreçle ilgili önceki araştırmalar, biyolojik olarak onarabilen birçok bakterinin betonda yalnızca bir veya iki ay yaşayabildiğini gösteriyor.
Maresca, betonda var olan yaşamın oldukça düşük bir biyokütleye sahip olduğunu belirtti.
Peki ya orada hangi tür bakterilerin hayatta kaldığını ve geliştiğini ve hangilerinin dünyanın altyapısını iyileştirme çabası adına kullanılabileceğini bilseydik?
Betonun bakım ve onarımına yönelik yeni yaklaşımlara duyulan ihtiyaç ortadadır.
2020 tarihli bir raporda, Karayolları İdaresi ülkedeki 618.456 köprünün 45.000’den fazlasının durumunu “kötü” olarak listeledi. Bu köprüler, yapısal olarak eksik olarak nitelendiriliyor, yani önemli bakım, rehabilitasyon veya değiştirme ihtiyacı güdüyor.
Diğer beton yapıların durumu, özellikle Miami, Florida yakınlarındaki bir sahil apartmanının 24 Haziran’da 98 kişinin hayatını kaybettiği bir felaketin yıkıcı kısmi çöküşünden bu yana, büyük endişe kaynağı oldu. Nedeni henüz belirlenmemiş olsa da müfettişler üç yıl önce hasarlı betonu dikkat edilmesi gereken önemli bir yapısal sorun olarak tanımlamışlardı.
Hiç kimse (henüz) bakterilerin bu tür sorunları çözmeye yardımcı olacağını söylemiyor. Bir gün yapabilirler ama çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç var.
Bu beton temelli bakteri topluluklarını incelemek için Maresca’nın öğrencileri, her biri yaklaşık bir litrelik şişe boyutunda olan 40 silindire beton numuneler döktüler. Araştırma kapsamında iki çeşit karışım kullanıldı. Bazı silindirler, yalnızca alkali-silika reaksiyonlarından bozunmaya eğilimli standart beton karışımları içeriyordu. Bazıları bu tür reaksiyonları azaltmak için uçucu kül içeren karışımlar ile dolduruldu. Kontrol numuneleri sterilize edilmiş cam boncuklarla yapıldı ve araştırmacıların laboratuvara ne kadar kontamine edici DNA geldiğini görmelerini sağladı.
Silindirler, UD’nin Spencer Laboratuvarının çatısına yerleştirildi. DNA örnekleri, iki yıllık bir süre boyunca yaklaşık altı haftada bir toplandı. Sonrasında DNA dizilendi ve analiz edildi.
Doğal ve mühendislik ortamlarında bakterileri inceleyen mikrobiyolog Maresca, 2011 yılında UD fakültesine katıldığında üzerinde çalışılacak potansiyel doğal ortamlar içinde betonu düşünmüyordu, ancak neredeyse gelir gelmez, başka bir yeni öğretim üyesi – şu anda Portland eyaletinde bir inşaat mühendisi olan Thomas Schumacher – ofisine uğradı. Köprüler üzerine çalışan Schumacher, bakterilerle yapılan biyolojik onarım deneylerinden haberdardı ve Maresca’ya beraber bir proje yürütme teklifinde bulundu.
Maresca, baştaki düşüncelerini anlatıyor; “Betondaki mikroplar hakkında gerçekten hiçbir şey bilinmiyordu. Dünyada en yaygın kullanılan yapı malzemesi ama orada ne yaşadığı hakkında hiçbir şey bilmiyoruz. Islak ortamlarda, kanalizasyon sistemlerinde, köprü kazıklarında ve yüzeylerdeki mikropların yapısını bozabileceğini biliyoruz ama orada ne var ve bir şey yapıyor mu? Bize bir şey söyleyebilir mi?”
Yine de yararlı bilgiler elde etmek için, araştırmacılar kirleticilerden gelen yabancı verileri taramalı ve analiz edilen bakterilerin betonla ilişkili olduğundan emin olmalıdır. Bu, kirleticilerin tespit edilmesini ve hariç tutulmasını içeriyordu.
Maresca’nın laboratuvarında doktora öğrencisi ve makalenin yazarlarından Anders Kiledal, “DNA birçok farklı yerden gelebilir” dedi. “Hayvanlar, insanlar ve çevre, belirli türdeki kirleticileri bulaştırabilir, ancak kullandığınız gerçek reaktiflerden kaynaklanan kirlilik de vardır. Biz, mümkün olduğunca saf numuneler almaya çalışıyoruz.”
Elbette hiç kimse betonun ham maddelerini sterilize etmez.
Maresca, “Her birinin kendi mikrobiyomu var” dedi. “Betondaki çoğu bakteri, iri agregalar ve çimento ile birlikte geliyor.”
Bakterilerin böylesine misafirperver olmayan bölgelerde nasıl hayatta kaldığı ise merak konusu.
“Onlar ne yiyor?” dedi Maresca. “Ölü mikropları yemeleri mümkün. Yiyecek bir şey yoksa, bazıları spor oluşturabilir veya uykuda hücre tipi oluşturabilir ve yağmur yağana kadar hiçbir şey yapmaz, sonra yiyebildiği kadar yiyip tekrar uykuya dalar.”
Bu bakteri topluluklarını ve hayatta kalma yöntemlerini incelemek, inşaat mühendislerine ve diğerlerine birçok yapının durumu hakkında kritik bilgiler verebilir.
Bu tür bir erken uyarı sistemi ile ulaştırma görevlileri, onarım ve değişimleri önceliklendirebilir ve bütçelerini buna göre şekillendirebilir.
Maresca, “Bir sorunu ne kadar erken tespit edebilirseniz, gerçek bir sorun haline gelmeden önce sorunu çözmek için o kadar çok zamanınız olur ve tüm bu yollar ve köprüler risk altında olduğundan, onlara öncelik vermenin bir yoluna ihtiyacımız var.” dedi.
Bakteriler hasara neden olduğundan değil, onların varlığı hasarın meydana geldiğini gösterdiğinden dolayı teşhis yapılmadan önce, belirli bakteri türleri ile beton hasarı arasındaki ilişkiyi belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç var.
Maresca, “Bildiğimiz kadarıyla mikroplar betona zarar vermiyor. Mikroplar temelleri yemiyor. Mikropları bilgi edinmek için kullanarak potansiyel olarak onarıma yardımcı olmayı umuyoruz.” dedi.
Kiledal, saha örnekleri toplamak için Delaware Ulaştırma Bakanlığı (DelDOT) ve New Jersey Ulaştırma Bakanlığı (NJDOT) ile birlikte çalıştı. Çalışmanın bir sonraki aşamasında Kiledal ve Maresca, Delaware ve New Jersey’deki köprülerden, yollardan ve temellerden alınan DNA’yı analiz ediyor.
Maresca, “Artık bilgilerimiz daha eksiksiz. Yollardan ve köprülerden saha örnekleri aldık ve tüm DNA’ları sıraladık. Bu mikroplar tuzlu ortamlarda hayatta kalır mı? Kuru ortamlar? Ne tür bir karbon kullanıyorlar?” dedi.
Çalışma, Delaware Ulaştırma Bakanlığı ve Delaware Çevre Enstitüsü tarafından sağlanan fonlarla desteklendi.
Benzer çalışmalar için başka birçok potansiyel uygulama alanı var — taş anıtlar, çöl topraklar ve hatta Mars’taki kırmızı kayalar.
Kaynak: https://www.udel.edu/udaily/2021/august/bacteria-concrete-microbiology-civil-engineering/
