Atik la fè pati sijè rechèch "Teknoloji byoremedyasyon avanse ak pwosesis resiklaj konpoze òganik sentetik (SOC)". Gade tout 14 atik yo.
Idrokarbur aromatik polisiklik (HAP) ki gen pwa molekilè ki ba tankou naftalèn ak naftalèn sibstitye (metilnaftalèn, asid naftoik, 1-naftil-N-metilkabamat, elatriye) yo lajman itilize nan divès endistri epi yo jenotoksik, mutajenik ak/oswa kanserojèn pou òganis yo. Konpoze òganik sentetik (SOC) sa yo oswa ksenobyotik yo konsidere kòm polyan priyorite epi yo poze yon menas grav pou anviwònman mondyal la ak sante piblik la. Entansite aktivite imen yo (pa egzanp gazifikasyon chabon, rafinman lwil oliv, emisyon machin ak aplikasyon agrikòl) detèmine konsantrasyon, sò ak transpò konpoze omniprésente ak pèsistan sa yo. Anplis metòd tretman/retire fizik ak chimik yo, teknoloji vèt ak ekolojik tankou byoremedyasyon, ki itilize mikwo-òganis ki kapab degrade POC yo nèt oswa konvèti yo an sou-pwodwi ki pa toksik, te parèt kòm yon altènatif ki an sekirite, ki pa koute chè e ki pwomèt. Plizyè espès bakteri ki fè pati filòm Proteobacteria (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia, ak Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus ak Paenibacillus), ak Actinobacteria (Rhodococcus ak Arthrobacter) nan mikwobyota tè a demontre kapasite yo pou degrade divès konpoze òganik. Etid metabolik, jenomik, ak analiz metajenomik ede nou konprann konpleksite ak divèsite katabolik ki prezan nan fòm lavi senp sa yo, ki ka plis aplike pou yon biodegradasyon efikas. Egzistans alontèm PAH yo lakòz aparisyon nouvo fenotip degradasyon atravè transfè jèn orizontal lè l sèvi avèk eleman jenetik tankou plasmid, transpozon, bakteriofaj, zile jenomik, ak eleman konjigatif entegratif. Biyoloji sistèm ak jeni jenetik izolat espesifik oswa kominote modèl (konsòsyòm) ka pèmèt yon bioremedyasyon konplè, rapid ak efikas pou PAH sa yo atravè efè sinèjik. Nan revizyon sa a, nou konsantre sou diferan chemen metabolik yo ak divèsite yo, konpozisyon ak divèsite jenetik, ak repons/adaptasyon selilè bakteri naftalèn ak bakteri ki degrade naftalèn sibstitye yo. Sa ap bay enfòmasyon ekolojik pou aplikasyon sou teren ak optimize souch pou byoremedyasyon efikas.
Devlopman rapid endistri yo (pwodui petwochimik, agrikilti, famasi, koloran twal, pwodui kosmetik, elatriye) kontribye nan pwosperite ekonomik mondyal la ak amelyorasyon nivo lavi. Devlopman eksponansyèl sa a lakòz pwodiksyon yon gwo kantite konpoze òganik sentetik (SOC), ki itilize pou fabrike divès pwodui. Konpoze etranje sa yo oswa SOC yo enkli idrokarbur aromatik polisiklik (HAP), pestisid, èbisid, plastifyan, koloran, famasi, òganofosfat, ignifuje, solvang òganik temèt, elatriye. Yo emèt nan atmosfè a, ekosistèm akwatik ak terès kote yo gen enpak miltidimansyonèl, sa ki lakòz efè danjere sou divès byofòm atravè modifikasyon pwopriyete fizikochimik ak estrikti kominote a (Petrie et al., 2015; Bernhardt et al., 2017; Sarkar et al., 2020). Anpil polyan aromatik gen enpak fò ak destriktif sou anpil ekosistèm/pwen cho byodiversite entak (pa egzanp resif koray, kouch glas Aktik/Antatik, lak mòn wo, sediman nan fon lanmè, elatriye) (Jones 2010; Beyer et al. 2020; Nordborg et al. 2020). Etid jeomikrobyolojik resan yo montre ke depo matyè òganik sentetik (pa egzanp polyan aromatik) ak dérivés yo sou sifas estrikti atifisyèl (anviwònman bati) (pa egzanp sit eritaj kiltirèl ak moniman ki fèt ak granit, wòch, bwa ak metal) akselere degradasyon yo (Gadd 2017; Liu et al. 2018). Aktivite imen yo ka entansifye epi vin agrave degradasyon byolojik moniman ak bilding yo atravè polisyon lè ak chanjman klimatik (Liu et al. 2020). Kontaminan òganik sa yo reyaji ak vapè dlo nan atmosfè a epi yo depoze sou estrikti a, sa ki lakòz degradasyon fizik ak chimik materyèl la. Byodegradasyon lajman rekonèt kòm chanjman endezirab nan aparans ak pwopriyete materyèl yo ki koze pa òganis vivan ki afekte prezèvasyon yo (Pochon ak Jaton, 1967). Plis aksyon mikwòb (metabolis) konpoze sa yo ka diminye entegrite estriktirèl, efikasite konsèvasyon ak valè kiltirèl (Gadd, 2017; Liu et al., 2018). Yon lòt bò, nan kèk ka, yo te jwenn adaptasyon ak repons mikwòb a estrikti sa yo benefik paske yo fòme byofilm ak lòt kwout pwoteksyon ki diminye vitès pouri/dekonpozisyon (Martino, 2016). Se poutèt sa, devlopman estrateji konsèvasyon dirab alontèm efikas pou moniman wòch, metal ak bwa mande yon konpreyansyon apwofondi sou pwosesis kle ki enplike nan pwosesis sa a. Konpare ak pwosesis natirèl yo (pwosesis jeolojik, dife forè, eripsyon vòlkanik, reyaksyon plant ak bakteri), aktivite imen lakòz liberasyon gwo volim idrokarbur aromatik polisiklik (HAP) ak lòt kabòn òganik (OC) nan ekosistèm yo. Anpil HAP yo itilize nan agrikilti (ensèktisid ak pestisid tankou DDT, atrazin, karbaril, pentaklorofenol, elatriye), endistri (lwil brit, labou/dechè lwil oliv, plastik ki sòti nan petwòl, PCB, plastifyan, detèjan, dezenfektan, fumigan, pafen ak préservatif), pwodui swen pèsonèl (krèm kont solèy, dezenfektan, pwodui pou chase ensèk ak misk polisiklik) ak minisyon (eksplozif tankou 2,4,6-TNT) se ksenobyotik potansyèl ki ka gen enpak sou sante planèt la (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna ak Phale, 2008; Petrie et al., 2015). Lis sa a ka elaji pou enkli konpoze ki sòti nan petwòl (mazout, lubrifyan, asfaltèn), byoplastik ki gen gwo pwa molekilè, ak likid iyonik (Amde et al., 2015). Tablo 1 bay lis divès polyan aromatik ak aplikasyon yo nan divès endistri. Nan dènye ane sa yo, emisyon antropojèn konpoze òganik temèt yo, ansanm ak diyoksid kabòn ak lòt gaz ki lakòz efè tèmik, te kòmanse ogmante (Dvorak et al., 2017). Sepandan, enpak antropojèn yo depase enpak natirèl yo anpil. Anplis de sa, nou te jwenn ke yon kantite SOC pèsiste nan anpil anviwònman epi yo te idantifye kòm polyan émergentes ki gen efè negatif sou byòm yo (Figi 1). Ajans anviwònman tankou Ajans Pwoteksyon Anviwònman Etazini (USEPA) te enkli anpil nan polyan sa yo nan lis priyorite yo akòz pwopriyete sitotoksik, jenotoksik, mutajenik ak kanserojèn yo. Se poutèt sa, règleman strik sou eliminasyon ak estrateji efikas pou tretman/retire dechè nan ekosistèm ki kontamine yo nesesè. Divès metòd tretman fizik ak chimik tankou piroliz, tretman tèmik oksidatif, aereasyon lè, depotwa, ensinerasyon, elatriye pa efikas e yo koute chè epi yo jenere sou-pwodwi koroziv, toksik ak difisil pou trete. Avèk ogmantasyon konsyantizasyon anviwònman mondyal la, mikwo-òganis ki kapab degrade polyan sa yo ak dérivés yo (tankou alojene, nitro, alkil ak/oswa metil) ap atire plis atansyon (Fennell et al., 2004; Haritash ak Kaushik, 2009; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020; Schwanemann et al., 2020). Itilizasyon mikwo-òganis kandida endijèn sa yo poukont yo oswa nan kilti melanje (koloni) pou retire polyan aromatik yo gen avantaj an tèm de sekirite anviwònman, pri, efikasite, ak dirabilite. Chèchè yo ap eksplore tou entegrasyon pwosesis mikwòb ak metòd redoks elektwochimik, sètadi sistèm byoelektwochimik (BES), kòm yon teknoloji pwomèt pou tretman/retire polyan (Huang et al., 2011). Teknoloji BES la atire plis atansyon akòz gwo efikasite li, pri ki ba li, sekirite anviwònman an, operasyon nan tanperati chanm, materyèl byokonpatib, ak kapasite pou rekipere sou-pwodwi ki gen anpil valè (pa egzanp, elektrisite, gaz, ak pwodui chimik) (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). Avenman sekansaj jenòm wo-debi ak zouti/metòd omik yo te bay yon richès nouvo enfòmasyon sou règleman jenetik, pwoteyomik, ak fluomik reyaksyon divès mikwo-òganis degradan yo. Konbinezon zouti sa yo ak byoloji sistèm yo te amelyore plis konpreyansyon nou sou seleksyon ak ajisteman chemen katabolik sib nan mikwo-òganis yo (sa vle di, konsepsyon metabolik) pou reyalize byodegradasyon efikas ak efektif. Pou konsepsyon estrateji byoremedyasyon efikas lè l sèvi avèk mikwo-òganis kandida ki apwopriye, nou bezwen konprann potansyèl byochimik, divèsite metabolik, konpozisyon jenetik, ak ekoloji (otoekoloji/sinekoloji) mikwo-òganis yo.
Fig. 1. Sous ak chemen PAH ki gen ti molekil nan divès anviwònman ak divès faktè ki afekte byota. Liy tire yo reprezante entèraksyon ant eleman ekosistèm yo.
Nan revizyon sa a, nou te eseye rezime done yo sou degradasyon PAH senp tankou naftalèn ak naftalèn sibstitue pa divès izolat bakteri ki kouvri chemen metabolik ak divèsite, anzim ki enplike nan degradasyon, konpozisyon/kontni ak divèsite jèn, repons selilè ak divès aspè byoremedyasyon. Konprann nivo byochimik ak molekilè yo ap ede nan idantifye souch lame ki apwopriye ak plis jeni jenetik yo pou byoremedyasyon efikas pou polyan priyoritè sa yo. Sa ap ede nan devlope estrateji pou etablisman konsòsyòm bakteri espesifik pou sit pou byoremedyasyon efikas.
Prezans yon gwo kantite konpoze aromatik toksik ak danjere (ki satisfè règ Huckel 4n + 2π elektwon, n = 1, 2, 3, …) poze yon menas grav pou divès anviwònman tankou lè, tè, sediman, ak dlo sifas ak dlo anba tè (Puglisi et al., 2007). Konpoze sa yo gen bag benzèn sèl (monosiklik) oswa plizyè bag benzèn (polisiklik) ki ranje nan fòm lineyè, angilè oswa gwoup epi yo montre estabilite (estabilite/enstabilite) nan anviwònman an akòz gwo enèji rezonans negatif ak inèsi (inerti), ki ka eksplike pa idrofobisite yo ak eta redwi yo. Lè bag aromatik la ranplase plis pa gwoup metil (-CH3), karboksil (-COOH), idroksil (-OH), oswa sulfonat (-HSO3), li vin pi estab, li gen yon afinite pi fò pou makromolekil, epi li bioakimilatif nan sistèm byolojik (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). Gen kèk idrokarbur aromatik polisiklik ki gen pwa molekilè ki ba (LMWAH), tankou naftalèn ak dérivés li yo [metilnaftalèn, asid naftoik, naftalènsulfonat, ak 1-naftil N-metilkabamat (kabaril)], ki te enkli nan lis polyan òganik priyoritè yo pa Ajans Pwoteksyon Anviwònman Etazini kòm jenotoksik, mutajenik, ak/oswa kanserojèn (Cerniglia, 1984). Liberasyon klas NM-PAH sa a nan anviwònman an ka lakòz byoakimilasyon konpoze sa yo nan tout nivo chèn alimantè a, kidonk afekte sante ekosistèm yo (Binkova et al., 2000; Srogi, 2007; Quinn et al., 2009).
Sous ak chemen PAH yo pou rive nan byota yo se prensipalman atravè migrasyon ak entèraksyon ant diferan konpozan ekosistèm tankou tè, dlo anba tè, dlo sifas, rekòt ak atmosfè a (Arey ak Atkinson, 2003). Figi 1 montre entèraksyon ak distribisyon diferan PAH ki gen pwa molekilè ki ba nan ekosistèm yo ak chemen yo pou rive nan byota/ekspozisyon moun. PAH yo depoze sou sifas yo kòm rezilta polisyon lè a ak atravè migrasyon (drive) emisyon machin yo, gaz echapman endistriyèl yo (gazifikasyon chabon, konbisyon ak pwodiksyon kok) ak depo yo. Aktivite endistriyèl tankou fabrikasyon twal sentetik, koloran ak penti; prezèvasyon bwa; pwosesis kawoutchou; aktivite fabrikasyon siman; pwodiksyon pestisid; ak aplikasyon agrikòl yo se sous prensipal PAH nan sistèm terès ak akwatik (Bamforth ak Singleton, 2005; Wick et al., 2011). Etid yo montre ke tè nan zòn banlye ak iben, toupre gran wout, ak nan gwo vil yo pi sansib a idrokarbur aromatik polisiklik (HAP) akòz emisyon ki soti nan santral elektrik, chofaj rezidansyèl, chaj trafik lè ak wout, ak aktivite konstriksyon (Suman et al., 2016). (2008) te montre ke HAP nan tè toupre wout nan Nouvèl Oleans, Lwizyana, Etazini te rive jiska 7189 μg/kg, tandiske nan espas ouvè, yo te sèlman 2404 μg/kg. Menm jan an tou, yo rapòte nivo HAP ki rive jiska 300 μg/kg nan zòn toupre sit gazifikasyon chabon nan plizyè vil Etazini (Kanaly ak Harayama, 2000; Bamforth ak Singleton, 2005). Tè ki soti nan plizyè vil Endyen tankou Delhi (Sharma et al., 2008), Agra (Dubey et al., 2014), Mumbai (Kulkarni ak Venkataraman, 2000) ak Visakhapatnam (Kulkarni et al., 2014) yo rapòte ke yo gen gwo konsantrasyon PAH. Konpoze aromatik yo pi fasil pou absòbe sou patikil tè, matyè òganik ak mineral ajil, kidonk yo vin gwo sous kabòn nan ekosistèm yo (Srogi, 2007; Peng et al., 2008). Sous prensipal PAH nan ekosistèm akwatik yo se presipitasyon (presipitasyon mouye/sèk ak vapè dlo), ekoulman iben, egzeyat dlo ize, rechaje dlo anba tè elatriye (Srogi, 2007). Yo estime ke anviwon 80% PAH nan ekosistèm maren yo sòti nan presipitasyon, sedimantasyon, ak egzeyat dechè (Motelay-Massei et al., 2006; Srogi, 2007). Konsantrasyon ki pi wo nan PAH nan dlo sifas oswa lesivaj ki soti nan sit jete dechè solid yo evantyèlman koule nan dlo anba tè, sa ki poze yon gwo menas pou sante piblik piske plis pase 70% nan popilasyon an nan Sid ak Sidès Lazi bwè dlo anba tè (Duttagupta et al., 2019). Yon etid resan pa Duttagupta et al. (2020) sou analiz rivyè (32) ak dlo anba tè (235) ki soti nan West Bengal, peyi Zend, te jwenn ke apeprè 53% nan rezidan iben yo ak 44% nan rezidan riral yo (ki totalize 20 milyon rezidan) ka ekspoze a naftalèn (4.9–10.6 μg/L) ak dérivés li yo. Modèl itilizasyon tè diferan ak ogmantasyon ekstraksyon dlo anba tè yo konsidere kòm faktè prensipal yo ki kontwole transpò vètikal (adveksyon) PAH ki gen pwa molekilè ki ba nan anba tè a. Yo te jwenn ke dlo ekoulman agrikòl, egzeyat dlo ize minisipal ak endistriyèl, ak egzeyat dechè solid/fatra afekte pa PAH nan basen rivyè ak sediman anba tè. Presipitasyon atmosferik agrave polisyon PAH plis toujou. Yo rapòte gwo konsantrasyon PAH ak dérivés alkil yo (51 an total) nan rivyè/basen vèsan atravè lemond, tankou Rivyè Fraser, Rivyè Louan, Rivyè Denso, Rivyè Missouri, Rivyè Anacostia, Rivyè Ebro, ak Rivyè Delaware (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018). Nan sediman basen Rivyè Ganges la, yo te jwenn naftalèn ak fenantrenn kòm pi enpòtan yo (detekte nan 70% echantiyon yo) (Duttagupta et al., 2019). Anplis de sa, etid yo montre ke klorinasyon dlo potab ka mennen nan fòmasyon PAH oksijene ak klorine ki pi toksik (Manoli ak Samara, 1999). PAH yo akimile nan sereyal, fwi ak legim kòm rezilta absòpsyon pa plant yo nan tè ki kontamine, dlo anba tè ak presipitasyon (Fismes et al., 2002). Anpil òganis akwatik tankou pwason, moul, paloud ak kribich kontamine ak PAH atravè konsomasyon manje ak dlo lanmè ki kontamine, osi byen ke atravè tisi ak po (Mackay ak Fraser, 2000). Metòd pou kwit manje/pwosesis tankou griye, boukannen, fimen, fri, seche, boulanje ak kwit manje sou chabon kapab mennen tou nan kantite siyifikatif PAH nan manje. Sa depann anpil de chwa materyèl pou fimen an, kontni idrokarbur fenolik/aromat, pwosedi pou kwit manje, kalite aparèy chofaj, kontni imidite, rezèv oksijèn ak tanperati konbisyon (Guillén et al., 2000; Gomes et al., 2013). Yo te detekte idrokarbur aromatik polisiklik (PAH) tou nan lèt nan divès konsantrasyon (0.75–2.1 mg/L) (Girelli et al., 2014). Akimilasyon PAH sa yo nan manje depann tou de pwopriyete fizikochimik manje a, alòske efè toksik yo gen rapò ak fonksyon fizyolojik, aktivite metabolik, absòpsyon, distribisyon ak distribisyon nan kò a (Mechini et al., 2011).
Toksisite ak efè danjere idrokarbur aromatik polisiklik (HAP) yo te konnen depi lontan (Cherniglia, 1984). Idrokarbur aromatik polisiklik ki gen pwa molekilè ki ba (HAP-LMW) (de a twa bag) ka mare kovalan ak divès makromolekil tankou ADN, ARN ak pwoteyin epi yo kanserojèn (Santarelli et al., 2008). Akòz nati idrofob yo, yo separe pa manbràn lipid. Nan moun, monooksijenaz sitokrom P450 yo okside HAP yo an epoksid, kèk ladan yo trè reyaktif (pa egzanp, epoksid bediol) epi yo ka mennen nan transfòmasyon selil nòmal an selil malfezan (Marston et al., 2001). Anplis de sa, pwodwi transfòmasyon HAP yo tankou kinòn, fenòl, epoksid, dyòl, elatriye yo pi toksik pase konpoze paran yo. Gen kèk HAP ak entèmedyè metabolik yo ki ka afekte òmòn ak divès anzim nan metabolis, kidonk afekte negativman kwasans, sistèm nève santral la, sistèm repwodiktif ak iminitè a (Swetha ak Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008). Yo rapòte ke ekspozisyon kout tèm a HAP ki gen pwa molekilè ki ba lakòz pwoblèm nan fonksyon poumon ak tronboz nan moun ki gen asma epi ogmante risk pou kansè po, poumon, blad pipi ak gastwoentestinal (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Etid sou bèt yo montre tou ke ekspozisyon a HAP ka gen efè negatif sou fonksyon ak devlopman repwodiktif epi li ka lakòz katarak, domaj nan ren ak nan fwa, ak lajònis. Yo montre ke plizyè pwodui byotransfòmasyon HAP tankou dyòl, epoksid, kinòn ak radikal lib (kasyon) fòme addik ADN. Yo montre ke aduk ki estab yo modifye machin replikasyon ADN nan, alòske aduk ki enstab yo ka depurine ADN (sitou an adenin epi pafwa an guanin); tou de ka jenere erè ki mennen nan mitasyon (Schweigert et al. 2001). Anplis de sa, kinòn (benzo-/pan-) ka jenere espès oksijèn reyaktif (ROS), sa ki lakòz domaj fatal nan ADN ak lòt makromolekil, kidonk afekte fonksyon/viabilite tisi yo (Ewa ak Danuta 2017). Yo rapòte ke ekspozisyon kwonik a konsantrasyon ki ba nan pirèn, bifenil ak naftalèn lakòz kansè nan bèt eksperimantal (Diggs et al. 2012). Akòz toksisite letal yo, netwayaj/retire PAH sa yo nan sit ki afekte/kontamine yo se yon priyorite.
Yo itilize plizyè metòd fizik ak chimik pou retire PAH yo nan sit/anviwònman ki kontamine. Pwosesis tankou ensinerasyon, deklorinasyon, oksidasyon UV, fiksasyon, ak ekstraksyon sòlvan gen anpil dezavantaj, tankou fòmasyon sou-pwodwi toksik, konpleksite pwosesis, pwoblèm sekirite ak regilasyon, efikasite ki ba, ak pri ki wo. Sepandan, byodegradasyon mikwòb (yo rele byoremedyasyon) se yon apwòch altènatif pwomèt ki enplike itilizasyon mikwo-òganis sou fòm kilti pi oswa koloni. Konpare ak metòd fizik ak chimik yo, pwosesis sa a respekte anviwònman an, li pa anvayi, li pa koute chè, epi li dirab. Byoremedyasyon ka fèt nan sit ki afekte a (in situ) oswa nan yon sit ki prepare espesyalman (ex situ) e poutèt sa li konsidere kòm yon metòd remèd ki pi dirab pase metòd fizik ak chimik tradisyonèl yo (Juhasz ak Naidu, 2000; Andreoni ak Gianfreda, 2007; Megharaj et al., 2011; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020).
Konprann etap metabolik mikwòb ki enplike nan degradasyon polyan aromatik yo gen gwo enplikasyon syantifik ak ekonomik pou dirabilite ekolojik ak anviwònman an. Yo estime gen 2.1 × 1018 gram kabòn (C) ki estoke nan sediman ak konpoze òganik (tankou lwil, gaz natirèl ak chabon, sa vle di konbistib fosil) atravè lemond, sa ki fè yon kontribisyon enpòtan nan sik kabòn mondyal la. Sepandan, endistriyalizasyon rapid, ekstraksyon konbistib fosil ak aktivite imen ap diminye rezèvwa kabòn litosferik sa yo, sa ki lage apeprè 5.5 × 1015 g kabòn òganik (kòm polyan) nan atmosfè a chak ane (Gonzalez-Gaya et al., 2019). Pifò nan kabòn òganik sa a antre nan ekosistèm terès ak maren yo atravè sedimantasyon, transpò ak ekosistèm. Anplis de sa, nouvo polyan sentetik ki sòti nan konbistib fosil, tankou plastik, plastifyan ak estabilizatè plastik (ftalat ak izomè yo), polye seryezman ekosistèm maren, tè ak akwatik ak byota yo, kidonk agrave risk klima mondyal yo. Diferan kalite mikroplastik, nanoplastik, fragman plastik ak pwodui monomè toksik yo sòti nan tereftalat polietilèn (PET) akimile nan Oseyan Pasifik la ant Amerik di Nò ak Azi Sidès, sa ki fòme "Gran Plak Fatra Pasifik la", sa ki nuizib pou lavi maren (Newell et al., 2020). Etid syantifik yo pwouve ke li pa posib pou retire polyan/dechè sa yo pa okenn metòd fizik oswa chimik. Nan kontèks sa a, mikwo-òganis ki pi itil yo se sa yo ki kapab metabolize polyan yo oksidativman an diyoksid kabòn, enèji chimik ak lòt pwodui ki pa toksik ki evantyèlman antre nan lòt pwosesis sik eleman nitritif (H2, O, N, S, P, Fe, elatriye). Kidonk, konprann ekofizyoloji mikwòb mineralizasyon polyan aromatik ak kontwòl anviwònman li enpòtan anpil pou evalye sik kabòn mikwòb la, bidjè nèt kabòn ak risk klima nan lavni. Etandone bezwen ijan pou retire konpoze sa yo nan anviwònman an, divès eko-endistri ki konsantre sou teknoloji pwòp yo parèt. Yon lòt bò, valorizasyon dechè endistriyèl/pwodui chimik dechè ki akimile nan ekosistèm yo (sa vle di apwòch dechè an richès) konsidere kòm youn nan poto ekonomi sikilè ak objektif devlopman dirab (Close et al., 2012). Se poutèt sa, konprann aspè metabolik, anzimatik ak jenetik kandida degradasyon potansyèl sa yo gen yon enpòtans kapital pou retire ak byoremedyasyon efikas polisyon aromatik sa yo.
Pami anpil polyan aromatik yo, nou peye yon atansyon espesyal sou PAH ki gen ti pwa molekilè tankou naftalèn ak naftalèn sibstitue yo. Konpoze sa yo se eleman prensipal nan konbistib ki sòti nan petwòl, koloran twal, pwodui konsomatè, pestisid (boul naphtalin ak pwodui pou repouse ensèk), plastifyan ak tanin e pakonsekan yo gaye toupatou nan anpil ekosistèm (Preuss et al., 2003). Rapò resan yo mete aksan sou akimilasyon konsantrasyon naftalèn nan sediman akwifè, dlo anba tè ak tè souteren, zòn vadoz ak kabann rivyè, sa ki sijere byoakimilasyon li nan anviwònman an (Duttagupta et al., 2019, 2020). Tablo 2 rezime pwopriyete fizikochimik, aplikasyon ak efè sante naftalèn ak dérivés li yo. Konpare ak lòt PAH ki gen gwo pwa molekilè, naftalèn ak dérivés li yo mwens idrofob, pi idrosolubl epi yo lajman distribye nan ekosistèm yo, kidonk yo souvan itilize kòm substrats modèl pou etidye metabolis, jenetik ak divèsite metabolik PAH yo. Yon gwo kantite mikwo-òganis kapab metabolize naftalèn ak dérivés li yo, epi gen enfòmasyon konplè disponib sou chemen metabolik yo, anzim yo ak karakteristik regilasyon yo (Mallick et al., 2011; Phale et al., 2019, 2020). Anplis de sa, naftalèn ak dérivés li yo deziyen kòm konpoze pwototip pou evalyasyon polisyon anviwònman an akòz gwo abondans ak byodisponibilite yo. Ajans Pwoteksyon Anviwònman Etazini estime ke nivo mwayèn naftalèn yo se 5.19 μg pa mèt kib nan lafimen sigarèt, sitou nan konbisyon enkonplè, ak 7.8 a 46 μg nan lafimen bò, alòske ekspozisyon a kreyozòt ak naftalèn se 100 a 10,000 fwa pi wo (Preuss et al. 2003). An patikilye, yo te jwenn ke naftalèn gen toksisite respiratwa ak kanserojèn espesifik pou espès, rejyon, ak sèks. Baze sou etid sou bèt, Ajans Entènasyonal pou Rechèch sou Kansè (IARC) klase naftalèn kòm yon "kanserojèn posib pou moun" (Gwoup 2B)1. Ekspozisyon a naftalèn sibstitue, sitou pa rale oswa administrasyon parenteral (oral), lakòz domaj nan tisi poumon epi ogmante ensidans timè nan poumon nan rat ak sourit (Pwogram Toksikoloji Nasyonal 2). Efè egi yo enkli kè plen, vomisman, doulè nan vant, dyare, maltèt, konfizyon, swe abondan, lafyèv, takikardi, elatriye. Yon lòt bò, yo rapòte ke ensektisid karbamat laj spectre karbaril (1-naftil N-metilkarbamat) la toksik pou envètebre akwatik, anfibyen, myèl ak moun epi li te montre ke li anpeche asetilkolinesteraz ki lakòz paralizi (Smulders et al., 2003; Bulen ak Distel, 2011). Se poutèt sa, konprann mekanis degradasyon mikwòb, règleman jenetik, reyaksyon anzimatik ak selilè enpòtan pou devlope estrateji byoremedyasyon nan anviwònman ki kontamine.
Tablo 2. Enfòmasyon detaye sou pwopriyete fizikochimik, itilizasyon, metòd idantifikasyon ak maladi ki asosye avèk naftalèn ak dérivés li yo.
Nan nich polye yo, polyan aromatik idrofob ak lipofil yo ka lakòz plizyè efè selilè sou mikwobyòm anviwònman an (kominote a), tankou chanjman nan fluidite manbràn, pèmeyabilite manbràn, anfleman doub kouch lipid, dezòd transfè enèji (chèn transpò elektwon/fòs motè pwoton), ak aktivite pwoteyin ki asosye ak manbràn (Sikkema et al., 1995). Anplis de sa, kèk entèmedyè idrosolubl tankou katechol ak kinòn jenere espès oksijèn reyaktif (ROS) epi fòme aduk ak ADN ak pwoteyin (Penning et al., 1999). Kidonk, abondans konpoze sa yo nan ekosistèm yo egzèse yon presyon selektif sou kominote mikwòb yo pou yo vin degradan efikas nan divès nivo fizyolojik, tankou absòpsyon/transpò, transfòmasyon entraselulè, asimilasyon/itilizasyon, ak konpatimantalizasyon.
Yon rechèch nan Ribosomal Database Project-II (RDP-II) la te revele ke yon total 926 espès bakteri te izole nan medya oswa kilti anrichisman ki kontamine ak naftalèn oswa dérivés li yo. Gwoup Proteobacteria a te gen pi gwo kantite reprezantan (n = 755), ki te swiv pa Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10), ak bakteri ki pa klase (8) (Figi 2). Reprezantan γ-Proteobacteria (Pseudomonadales ak Xanthomonadales) te domine tout gwoup Gram-negatif ki gen yon kontni G+C ki wo (54%), pandan ke Clostridiales ak Bacillales (30%) te gwoup Gram-pozitif ki gen yon kontni G+C ki ba. Yo rapòte ke Pseudomonas (ki gen plis espès, 338 espès) kapab degrade naftalèn ak dérivés metil li yo nan divès ekosistèm polye (goudwon ​​chabon, petwòl, lwil brit, labou, debòdman lwil, dlo ize, dechè òganik ak depotwa) ansanm ak nan ekosistèm entak (tè, rivyè, sediman ak dlo anba tè) (Figi 2). Anplis de sa, etid anrichisman ak analiz metajenomik nan kèk nan rejyon sa yo te revele ke espès Legionella ak Clostridium ki pa kiltive yo ka gen kapasite degradasyon, sa ki endike nesesite pou kiltive bakteri sa yo pou etidye nouvo chemen ak divèsite metabolik.
Fig. 2. Divèsite taksonomik ak distribisyon ekolojik reprezantan bakteri nan anviwònman ki kontamine ak naftalèn ak dérivés naftalèn.
Pami divès mikwo-òganis ki degrade idrokarbur aromatik yo, pifò nan yo kapab degrade naftalèn kòm sèl sous kabòn ak enèji. Yo dekri sekans evènman ki enplike nan metabolis naftalèn pou Pseudomonas sp. (souch: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 ak CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 ak lòt souch (ND6 ak AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1996; Annweiler et al., 2000; Basu et al., 2003; Dennis ak Zylstra, 2004; Sota et al., 2006; Metabolis la inisye pa yon dioksijenaz miltikonpozan [naftalèn dioksijenaz (NDO), yon dioksijenaz idroksilasyon bag] ki katalize oksidasyon youn nan bag aromatik naftalèn yo lè l sèvi avèk oksijèn molekilè kòm lòt substrat la, konvèti naftalèn an cis-naftalènedyòl (Figi 3). Cis-diidrodyòl konvèti an 1,2-diidroksinaftalèn pa yon dezidrogenaz. A Dioksijenaz ki fann bag la, 1,2-diidwoksinaftalèn dioksijenaz (12DHNDO), konvèti 1,2-diidwoksinaftalèn an asid 2-idroksikwòm-2-karboksilik. Izomerizasyon anzimatik cis-trans pwodui trans-o-idroksibenzilidènpiruvat, ki fann pa aldolaz idrataz an aldeid salisilik ak piruvat. Piruvat asid òganik la te premye konpoze C3 ki sòti nan skelèt kabòn naftalèn nan epi ki dirije nan chemen kabòn santral la. Anplis de sa, dezidrojenaz salisilaldeid ki depann de NAD+ konvèti salisilaldeid an asid salisilik. Metabolis nan etap sa a rele "chemen siperyè" nan degradasyon naftalèn. Chemen sa a trè komen nan pifò bakteri ki degrade naftalèn. Sepandan, gen kèk eksepsyon; pa egzanp, nan Bacillus hamburgii 2 ki tèmofilik la, degradasyon naftalèn inisye pa naftalèn 2,3-dioksijenaz pou fòme 2,3-dihydroxynaphthalene (Annweiler et al., 2000).
Figi 3. Chemen degradasyon naftalèn, metilnaftalèn, asid naftoik, ak karbaril. Nimewo ki antoure yo reprezante anzim ki responsab pou konvèsyon sekansyèl naftalèn ak dérivés li yo an pwodwi ki vin apre. 1 — naftalèn dioksijenaz (NDO); 2, cis-diidrodyòl dezidrogenaz; 3, 1,2-diidwoksinaftalèn dioksijenaz; 4, izomeraz asid 2-idroksikwòm-2-karboksilik; 5, trans-O-idroksibenzilidenypiruvat idrataz aldolaz; 6, salisilaldeyid dezidrogenaz; 7, salisilat 1-idroksilaz; 8, katekol 2,3-dioksijenaz (C23DO); 9, 2-idroksimukonat semialdeyid dezidrogenaz; 10, 2-oksopent-4-enoat idrataz; 11, 4-idroksi-2-oksopentanoat aldolaz; 12, asetaldeyid dezidrogenaz; 13, katekol-1,2-dioksigenaz (C12DO); 14, mukonat sikloizomeraz; 15, mukonolakton delta-izomeraz; 16, β-ketoadipatenollacton idrolaz; 17, β-ketoadipat siksinil-CoA transferaz; 18, β-ketoadipat-CoA tiolaz; 19, siksinil-CoA: asetil-CoA siksiniltransferaz; 20, salisilat 5-idroksilaz; 21 – jantisat 1,2-dioksigenaz (GDO); 22, maleilpiruvat izomeraz; 23, fumarilpiruvat idrolaz; 24, metilnaftalèn idroksilaz (NDO); 25, idroksimetilnaftalèn dezidrogenaz; 26, naftalaldeyid dezidrogenaz; 27, 3-formilsalisilik asid oksidaz; 28, idroksiizoftalat dekarboksilaz; 29, karbaril idrolaz (CH); 30, 1-naftol-2-idroksilaz.
Tou depan de òganis lan ak konpozisyon jenetik li, asid salisilik ki sòti a metabolize plis swa atravè chemen katechol la lè l sèvi avèk salisilat 1-idroksilaz (S1H) oswa atravè chemen jantisat la lè l sèvi avèk salisilat 5-idroksilaz (S5H) (Figi 3). Piske asid salisilik se prensipal entèmedyè nan metabolis naftalèn (chemen siperyè), etap ki soti nan asid salisilik rive nan entèmedyè TCA a souvan refere yo kòm chemen enferyè a, epi jèn yo òganize nan yon sèl operon. Li komen pou wè ke jèn ki nan operon chemen siperyè a (nah) ak operon chemen enferyè a (sal) yo reglemante pa faktè regilasyon komen; pa egzanp, NahR ak asid salisilik aji kòm endiktè, sa ki pèmèt tou de operon yo metabolize naftalèn nèt (Phale et al., 2019, 2020).
Anplis de sa, katechòl la divize siklikman an 2-idroksimukonat semialdeyid atravè chemen meta a pa katechòl 2,3-dioksijenaz (C23DO) (Yen et al., 1988) epi li idrolize plis pa 2-idroksimukonat semialdeyid idrolaz pou fòme asid 2-idroksipent-2,4-dienoik. 2-idroksipent-2,4-dienoat la konvèti an piruvat ak asetaldeyid pa yon idrataz (2-oksopent-4-enoat idrataz) ak yon aldolaz (4-idroksi-2-oksopentanoat aldolaz) epi answit antre nan chemen kabòn santral la (Figi 3). Altènativman, katechòl la divize siklikman an cis,cis-mukonat atravè chemen orto a pa katechòl 1,2-oksijenaz (C12DO). Sikloizomeraz mukonat, izomeraz mukonolakton, ak β-ketoadipat-nollakton idrolaz konvèti cis, cis-mukonat an 3-oxoadipat, ki antre nan chemen kabòn santral la atravè suksinil-CoA ak asetil-CoA (Nozaki et al., 1968) (Figi 3).
Nan chemen jantisat (2,5-diidroksibenzoat) la, bag aromatik la fann pa jantisat 1,2-dioksijenaz (GDO) pou fòme maleilpiruvat. Pwodui sa a ka idrolize dirèkteman an piruvat ak malat, oubyen li ka izomerize pou fòme fumarilpiruvat, ki ka idrolize apre sa an piruvat ak fumarat (Larkin ak Day, 1986). Yo obsève chwa chemen altènatif la nan bakteri Gram-negatif ak Gram-pozitif nan nivo byochimik ak jenetik (Morawski et al., 1997; Whyte et al., 1997). Bakteri Gram-negatif (Pseudomonas) prefere itilize asid salisilik, ki se yon endiktè metabolis naftalèn, dekarboksile li an katechol lè l sèvi avèk salisilat 1-idroksilaz (Gibson ak Subramanian, 1984). Yon lòt bò, nan bakteri Gram-pozitif (Rhodococcus), salisilat 5-idwoksilaz konvèti asid salisilik an asid jantizik, tandiske asid salisilik pa gen okenn efè endiktif sou transkripsyon jèn naftalèn yo (Grund et al., 1992) (Figi 3).
Yo rapòte ke espès tankou Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, espès Pseudomonas ak Mycobacterium ka degrade monometilnaftalèn oswa dimetilnaftalèn (Dean-Raymond ak Bartha, 1975; Cane ak Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999). Pami yo, chemen degradasyon 1-metilnaftalèn ak 2-metilnaftalèn Pseudomonas sp. CSV86 la te byen etidye nan nivo byochimik ak anzimatik (Mahajan et al., 1994). 1-Metilnaftalèn metabolize atravè de chemen. Premyèman, bag aromatik la idroksile (bag metilnaftalèn ki pa sibstitye a) pou fòme cis-1,2-diidroksi-1,2-diidro-8-metilnaftalèn, ki plis okside an metil salisilat ak metilkatekòl, epi answit antre nan chemen kabòn santral la apre klivaj bag la (Figi 3). Chemen sa a rele "chemen sous kabòn". Nan dezyèm "chemen dezentoksikasyon" an, gwoup metil la ka idroksile pa NDO pou fòme 1-idroksimetilnaftalèn, ki plis okside an asid 1-naftoik epi elimine nan medyòm kilti a kòm yon pwodwi san fen. Etid yo montre ke souch CSV86 la pa kapab grandi sou asid 1- ak 2-naftoik kòm sèl sous kabòn ak enèji, sa ki konfime chemen dezentoksikasyon li (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). Nan 2-metilnaftalèn, gwoup metil la sibi idroksilasyon pa idroksilaz pou fòme 2-idroksimetilnaftalèn. Anplis de sa, bag ki pa sibstitye nan bag naftalèn lan sibi idroksilasyon bag pou fòme yon diidrodyòl, ki okside an 4-idroksimetilkatekòl nan yon seri reyaksyon katalize pa anzim epi antre nan chemen kabòn santral la atravè chemen klivaj meta-bag la. Menm jan an tou, yo te rapòte ke S. paucimobilis 2322 itilize NDO pou idroksile 2-metilnaftalèn, ki plis okside pou fòme metil salisilat ak metilkatekòl (Dutta et al., 1998).
Asid naftoik (ranplase/pa ranplase) se sou-pwodwi dezentoksikasyon/biotransfòmasyon ki fòme pandan degradasyon metilnaftalèn, fenantren ak antrasèn epi ki lage nan medyòm kilti ki itilize a. Yo rapòte ke izolat tè Stenotrophomonas maltophilia CSV89 la kapab metabolize asid 1-naftoik kòm yon sous kabòn (Phale et al., 1995). Metabolis kòmanse ak diidwoksilasyon bag aromatik la pou fòme 1,2-diidroksi-8-karboksinaftalèn. Dyòl ki sòti a okside an katekol atravè 2-idroksi-3-karboksibenzilidènpiruvat, asid 3-formilsalisilik, asid 2-idroksiizoftalik ak asid salisilik epi li antre nan chemen kabòn santral la atravè chemen klivaj meta-bag la (Figi 3).
Karbaril se yon pestisid naftil karbamat. Depi Revolisyon Vèt la nan peyi Zend nan ane 1970 yo, itilizasyon angrè ak pestisid chimik yo te lakòz yon ogmantasyon nan emisyon idrokarbur aromatik polisiklik (HAP) ki soti nan sous agrikòl difikil (Pingali, 2012; Duttagupta et al., 2020). Yo estime ke 55% (85,722,000 ekta) nan total tè agrikòl nan peyi Zend trete ak pestisid chimik. Pandan senk dènye ane yo (2015–2020), sektè agrikòl Endyen an te itilize an mwayèn 55,000 a 60,000 tòn pestisid chak ane (Depatman Koperativ ak Byennèt Kiltivatè, Ministè Agrikilti, Gouvènman peyi Zend, Out 2020). Nan plèn Gangetik nò ak santral yo (eta ki gen pi gwo popilasyon ak dansite popilasyon), itilizasyon pestisid sou rekòt yo gaye toupatou, ak ensektisid ki dominan. Karbaril (1-naftil-N-metilkarbamat) se yon ensektisid karbamat ki gen yon spectre laj, ki modere pou rive trè toksik, yo itilize li nan agrikilti Endyen an an mwayèn 100-110 tòn. Li souvan vann sou non komèsyal Sevin epi yo itilize li pou kontwole ensèk (afid, foumi dife, pis, akaryen, arenyen ak anpil lòt ensèk nuizib deyò) ki afekte yon varyete rekòt (mayi, soya, koton, fwi ak legim). Gen kèk mikwo-òganis tankou Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus ak Arthrobacter ki kapab itilize tou pou kontwole lòt ensèk nuizib. Yo rapòte ke RC100 ka degrade karbaril (Larkin ak Day, 1986; Chapalamadugu ak Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha ak Phale, 2005; Trivedi et al., 2017). Yo etidye chemen degradasyon karbaril la anpil nan nivo byochimik, anzimatik ak jenetik nan izolat tè Pseudomonas sp. Souch C4, C5 ak C6 (Swetha ak Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (Fig. 3). Chemen metabolik la kòmanse ak idwoliz lyezon estè a pa idrolaz karbaril (CH4) pou fòme 1-naftol, metilamin ak diyoksid kabòn. Apre sa, 1-naftol konvèti an 1,2-diidwoksinaftalèn pa 1-naftol idroksilaz (1-NH), ki metabolize plis atravè chemen kabòn santral la atravè salisilat ak jantisat. Gen kèk bakteri ki degrade karbaril ki rapòte ki metabolize li an asid salisilik atravè fann bag orto katekol la (Larkin ak Day, 1986; Chapalamadugu ak Chaudhry, 1991). Li enpòtan pou note ke bakteri ki degrade naftalèn metabolize prensipalman asid salisilik atravè katekol, tandiske bakteri ki degrade karbaril prefere metabolize asid salisilik atravè chemen jantisat la.
Asid naftalènsilfonik/asid disilfonik ak dérivés asid naftilaminsilfonik yo ka itilize kòm entèmedyè nan pwodiksyon koloran azoik, ajan mouyan, dispèsan, elatriye. Malgre ke konpoze sa yo gen yon toksisite ki ba pou moun, evalyasyon sitotoksisite yo montre ke yo letal pou pwason, dafni ak alg (Greim et al., 1994). Reprezantan genus Pseudomonas (souch A3, C22) yo te rapòte ki inisye metabolis pa doub idroksilasyon bag aromatik ki gen gwoup asid silfonik la pou fòme yon diidrodyòl, ki konvèti plis an 1,2-diidwoksinaftalèn pa klivaj espontane gwoup silfit la (Brilon et al., 1981). 1,2-diidwoksinaftalèn ki rezilte a katabolize atravè chemen naftalèn klasik la, sa vle di, chemen katekol oswa jantisat (Figi 4). Li te montre ke asid aminonaftalènsilfonik ak asid idroksinaftalènsilfonik ka degrade nèt pa konsòsyòm bakteri melanje ki gen chemen katabolik konplemantè (Nortemann et al., 1986). Li te montre ke yon manm nan konsòsyòm nan desulfurize asid aminonaftalènsilfonik oswa asid idroksinaftalènsilfonik pa 1,2-dioksijenasyon, pandan ke aminosalisilat oswa idroksisalisilat lage nan medyòm kilti a kòm yon metabolit san fen epi apre sa lòt manm nan konsòsyòm nan absòbe li. Asid naftalèndisilfonik relativman polè men li pa biodégradab e pakonsekan li ka metabolize atravè diferan chemen. Premye desulfurasyon an fèt pandan diidwoksilasyon rejyoselektif bag aromatik la ak gwoup asid silfonik la; dezyèm desulfurasyon an fèt pandan idroksilasyon asid 5-silfosalisilik pa asid salisilik 5-idwoksilaz pou fòme asid jantizik, ki antre nan chemen kabòn santral la (Brilon et al., 1981) (Figi 4). Anzim ki responsab pou degradasyon naftalèn yo responsab tou pou metabolis naftalèn sulfonat (Brilon et al., 1981; Keck et al., 2006).
Figi 4. Chemen metabolik pou degradasyon naftalèn sulfonat. Nimewo ki andedan sèk yo reprezante anzim ki responsab pou metabolis naftil sulfonat, menm jan/idantik ak anzim ki dekri nan FIG. 3.
PAH ki gen pwa molekilè ki ba (PAH-LMW) yo ka redwi, idrofob epi yo pa ka fonn byen, kidonk yo pa sansib a degradasyon/degradasyon natirèl. Sepandan, mikwo-òganis aerobik yo kapab okside yo lè yo absòbe oksijèn molekilè (O2). Anzim sa yo sitou fè pati klas oksidoreduktaz yo epi yo ka fè divès reyaksyon tankou idroksilasyon bag aromatik (mono- oswa diidwoksilasyon), dezidrojenasyon ak klivaj bag aromatik. Pwodwi yo jwenn nan reyaksyon sa yo nan yon eta oksidasyon ki pi wo epi yo metabolize pi fasil atravè chemen kabòn santral la (Phale et al., 2020). Yo rapòte ke anzim ki nan chemen degradasyon an yo ka pwovoke. Aktivite anzim sa yo trè ba oswa neglijab lè selil yo grandi sou sous kabòn senp tankou glikoz oswa asid òganik. Tablo 3 rezime divès anzim yo (oksijenaz, idrolaz, dezidrojenaz, oksidaz, elatriye) ki enplike nan metabolis naftalèn ak dérivés li yo.
Tablo 3. Karakteristik byochimik anzim ki responsab degradasyon naftalèn ak dérivés li yo.
Etid radyoizotop (18O2) yo montre ke enkòporasyon molekilè O2 nan bag aromatik pa oksijenaz se etap ki pi enpòtan nan aktive plis biodegradasyon yon konpoze (Hayaishi et al., 1955; Mason et al., 1955). Enkòporasyon yon atòm oksijèn (O) soti nan oksijèn molekilè (O2) nan substra a inisye pa monooksijenaz andojèn oswa ekzojèn (yo rele tou idroksilaz). Yon lòt atòm oksijèn redwi an dlo. Monooksijenaz ekzojèn yo diminye flavin ak NADH oswa NADPH, tandiske nan andomonooksijenaz yo flavin redwi pa substra a. Pozisyon idroksilasyon an lakòz divèsite nan fòmasyon pwodwi a. Pa egzanp, salisilat 1-idwoksilaz idroksile asid salisilik nan pozisyon C1 a, sa ki fòme katekol. Yon lòt bò, salisilat 5-idwoksilaz miltikonpozan an (ki gen sou-inite reduktaz, feredoksin, ak oksijenaz) idroksile asid salisilik nan pozisyon C5 la, pou fòme asid jantisik (Yamamoto et al., 1965).
Dioksijenaz yo enkòpore de atòm O2 nan substrat la. Selon pwodwi yo fòme, yo divize an dioksijenaz idroksilatè bag ak dioksijenaz fann bag. Dioksijenaz idroksilatè bag yo konvèti substrat aromatik an cis-diidrodyòl (pa egzanp, naftalèn) epi yo gaye anpil nan mitan bakteri yo. Jiska prezan, yo montre ke òganis ki gen dioksijenaz idroksilatè bag yo kapab grandi sou divès sous kabòn aromatik, epi anzim sa yo klase kòm NDO (naftalèn), toluèn dioksijenaz (TDO, toluèn), ak bifenil dioksijenaz (BPDO, bifenil). Tou de NDO ak BPDO ka katalize doub oksidasyon ak idroksilasyon chèn lateral plizyè idrokarbur aromatik polisiklik (toluèn, nitrotoluèn, ksilèn, etilbenzèn, naftalèn, bifenil, fliyòren, endòl, metilnaftalèn, naftalènsulfonat, fenantren, antrasèn, asetofenòn, elatriye) (Boyd ak Sheldrake, 1998; Phale et al., 2020). NDO se yon sistèm milti-konpozan ki gen yon oksidorediktaz, yon feredoksin, ak yon konpozan oksijenaz ki gen yon sit aktif (Gibson ak Subramanian, 1984; Resnick et al., 1996). Inite katalitik NDO a konsiste de yon gwo sou-inite α ak yon ti sou-inite β ki ranje nan yon konfigirasyon α3β3. NDO fè pati yon gwo fanmi oksijenaz epi sou-inite α li a gen yon sit Rieske [2Fe-2S] ak yon fè mononikleyè ki pa èmik, ki detèmine espesifikite substrat NDO a (Parales et al., 1998). Tipikman, nan yon sik katalitik, de elektwon ki soti nan rediksyon nikleotid piridin yo transfere nan iyon Fe(II) nan sit aktif la atravè yon reduktaz, yon feredoksin ak yon sit Rieske. Ekivalan reduktè yo aktive oksijèn molekilè, ki se yon kondisyon pou diidwoksilasyon substrat (Ferraro et al., 2005). Jiska prezan, se sèlman kèk NDO ki te pirifye ak karakterize an detay nan diferan souch epi kontwòl jenetik chemen ki enplike nan degradasyon naftalèn te etidye an detay (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003). Dioksijenaz ki fann bag yo (anzim ki fann bag anndo oswa òto ak anzim ki fann bag ègzodyòl oswa meta) aji sou konpoze aromatik idroksile. Pa egzanp, dioksijenaz ki fann bag an òto a se katekol-1,2-dioksijenaz, alòske dioksijenaz ki fann bag meta a se katekol-2,3-dioksijenaz (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). Anplis plizyè oksijenaz, genyen tou plizyè dezidrojenaz ki responsab pou dezidrojenasyon diidrodyòl aromatik, alkòl ak aldeid epi ki itilize NAD+/NADP+ kòm akseptè elektwon, ki se kèk nan anzim enpòtan ki enplike nan metabolis (Gibson ak Subramanian, 1984; Shaw ak Harayama, 1990; Fahle et al., 2020).
Anzim tankou idrolaz (esteraz, amidaz) se yon dezyèm klas anzim enpòtan ki itilize dlo pou fann lyezon kovalan epi ki montre yon gwo espesifikasyon pou substrat la. Yo konsidere idrolaz karbaril ak lòt idrolaz kòm konpozan periplasm (transmembran) nan manm bakteri Gram-negatif yo (Kamini et al., 2018). Karbaril gen yon lyezon amid ak yon lyezon estè; kidonk, li ka idrolize swa pa esteraz oswa amidaz pou fòme 1-naftol. Yo rapòte ke karbaril nan souch Rhizobium rhizobium AC10023 ak souch Arthrobacter RC100 fonksyone respektivman kòm yon esteraz ak amidaz. Karbaril nan souch Arthrobacter RC100 fonksyone tou kòm yon amidaz. Yo montre ke RC100 idrolize kat ensektisid klas N-metilkarbamat tankou karbaril, metomil, asid mefenamik ak XMC (Hayaatsu et al., 2001). Yo rapòte ke CH nan Pseudomonas sp. C5pp ka aji sou karbaril (100% aktivite) ak 1-naftil asetat (36% aktivite), men li pa ka aji sou 1-naftilasetamid, sa ki endike ke li se yon esteraz (Trivedi et al., 2016).
Etid byochimik, modèl regilasyon anzim, ak analiz jenetik montre ke jèn degradasyon naftalèn yo konsiste de de inite regilasyon endiksib oswa "operon": nah ("chemen an amon", ki konvèti naftalèn an asid salisilik) ak sal ("chemen aval", ki konvèti asid salisilik an chemen kabòn santral la atravè katekol). Asid salisilik ak analog li yo ka aji kòm endiktè (Shamsuzzaman ak Barnsley, 1974). An prezans glikoz oswa asid òganik, operon an reprime. Figi 5 montre òganizasyon jenetik konplè degradasyon naftalèn (nan fòm operon). Plizyè varyant/fòm jèn nah la (ndo/pah/dox) yo te dekri epi yo te jwenn ke yo gen yon omoloji sekans ki wo (90%) pami tout espès Pseudomonas (Abbasian et al., 2016). Jèn chemen amon naftalèn yo te jeneralman ranje nan yon lòd konsansis jan yo montre nan Figi 5A. Yo te rapòte yon lòt jèn, nahQ, ki enplike nan metabolis naftalèn epi li te anjeneral sitiye ant nahC ak nahE, men fonksyon reyèl li rete pou klarifye. Menm jan an tou, yo te jwenn jèn nahY a, ki responsab pou chimotaksi sansib a naftalèn, nan fen distal operon nah la nan kèk manm. Nan Ralstonia sp., yo te jwenn jèn U2 ki kode glutatyon S-transferaz (gsh) la sitiye ant nahAa ak nahAb men li pa t afekte karakteristik itilizasyon naftalèn yo (Zylstra et al., 1997).
Figi 5. Òganizasyon jenetik ak divèsite obsève pandan degradasyon naftalèn nan mitan espès bakteri yo; (A) Chemen naftalèn siperyè, metabolis naftalèn an asid salisilik; (B) Chemen naftalèn enferyè, asid salisilik atravè katekol pou rive nan chemen kabòn santral la; (C) asid salisilik atravè jantisat pou rive nan chemen kabòn santral la.
"Chemen ki pi ba a" (operon sal) tipikman konsiste de nahGTHINLMOKJ epi li konvèti salisilat an piruvat ak asetaldeyid atravè chemen klivaj metaring katechol la. Yo te jwenn jèn nahG la (ki kode idroksilaz salisilat) konsève nan fen proksimal operon an (Fig. 5B). Konpare ak lòt souch ki degrade naftalèn, nan P. putida CSV86 operon nah ak sal yo tandem epi yo trè pre (anviwon 7.5 kb). Nan kèk bakteri Gram-negatif, tankou Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, ak P. putida AK5, naftalèn metabolize kòm yon metabolit kabòn santral atravè chemen jantisat la (sou fòm operon sgp/nag la). Kasèt jèn lan tipikman reprezante sou fòm nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI, kote nagR (ki kode yon regilatè tip LysR) sitiye nan bout siperyè a (Figi 5C).
Karbaril antre nan sik kabòn santral la atravè metabolis 1-naftol, 1,2-diidwoksinaftalèn, asid salisilik, ak asid jantizik (Figi 3). Baze sou etid jenetik ak metabolik, yo te pwopoze pou divize chemen sa a an "an amon" (konvèsyon karbaril an asid salisilik), "mitan" (konvèsyon asid salisilik an asid jantizik), ak "an aval" (konvèsyon asid jantizik an entèmedyè chemen kabòn santral) (Singh et al., 2013). Analiz jenomik C5pp (supercontig A, 76.3 kb) te revele ke jèn mcbACBDEF la enplike nan konvèsyon karbaril an asid salisilik, apre sa mcbIJKL nan konvèsyon asid salisilik an asid jantizik, epi mcbOQP nan konvèsyon asid jantizik an entèmedyè kabòn santral (fumarat ak piruvat, Trivedi et al., 2016) (Figi 6).
Yo rapòte ke anzim ki enplike nan degradasyon idrokarbur aromatik (tankou naftalèn ak asid salisilik) ka pwovoke pa konpoze korespondan yo epi inibi pa sous kabòn senp tankou glikoz oswa asid òganik (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020). Pami divès chemen metabolik naftalèn ak dérivés li yo, yo te etidye karakteristik regilasyon naftalèn ak karbaril nan yon sèten mezi. Pou naftalèn, jèn nan tou de chemen amon ak aval yo regle pa NahR, yon regilatè pozitif trans-aktif tip LysR. Li nesesè pou endiksyon jèn nah la pa asid salisilik ak ekspresyon wo nivo ki vin apre a (Yen ak Gunsalus, 1982). Anplis de sa, etid yo montre ke faktè lame entegratif (IHF) ak XylR (regilatè transkripsyonèl depandan sigma 54) yo enpòtan tou pou aktivasyon transkripsyonèl jèn nan metabolis naftalèn (Ramos et al., 1997). Etid yo montre ke anzim nan chemen ouvèti meta-bag katechol la, sètadi katechol 2,3-dioksijenaz, yo pwovoke an prezans naftalèn ak/oswa asid salisilik (Basu et al., 2006). Etid yo montre ke anzim nan chemen ouvèti orto-bag katechol la, sètadi katechol 1,2-dioksijenaz, yo pwovoke an prezans asid benzoik ak cis,cis-mukonat (Parsek et al., 1994; Tover et al., 2001).
Nan souch C5pp, senk jèn, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR ak mcbS, kode regilatè ki fè pati fanmi regilatè transkripsyon LysR/TetR ki responsab pou kontwole degradasyon karbaril la. Yo te jwenn jèn omolog mcbG a gen rapò ki pi pre ak regilatè tip LysR PhnS (58% idantite asid amine) ki enplike nan metabolis fenantren nan Burkholderia RP00725 (Trivedi et al., 2016). Yo te jwenn jèn mcbH a enplike nan chemen entèmedyè a (konvèsyon asid salisilik an asid jantizik) epi li fè pati regilatè transkripsyon tip LysR NagR/DntR/NahR nan Pseudomonas ak Burkholderia. Yo te rapòte ke manm fanmi sa a rekonèt asid salisilik kòm yon molekil efèktè espesifik pou endiksyon jèn degradasyon yo. Yon lòt bò, twa jèn, mcbN, mcbR ak mcbS, ki fè pati regilatè transkripsyonèl tip LysR ak TetR, yo te idantifye nan chemen en aval la (metabolit chemen kabòn santral jantisat la).
Nan prokaryòt yo, pwosesis transfè jèn orizontal (akizisyon, echanj, oswa transfè) atravè plasmid, transpozon, profaj, zile jenomik, ak eleman konjigatif entegratif (ICE) yo se gwo kòz plastisite nan jenòm bakteri yo, sa ki mennen nan genyen oswa pèdi fonksyon/karakteristik espesifik. Li pèmèt bakteri yo adapte rapidman ak diferan kondisyon anviwònman, sa ki bay avantaj metabolik adaptatif potansyèl pou lame a, tankou degradasyon konpoze aromatik yo. Chanjman metabolik yo souvan reyalize atravè ajisteman operon degradasyon yo, mekanis regilasyon yo, ak espesifikite anzim yo, ki fasilite degradasyon yon pi gwo seri konpoze aromatik (Nojiri et al., 2004; Phale et al., 2019, 2020). Yo te jwenn kasèt jèn pou degradasyon naftalèn yo sitiye sou yon varyete eleman mobil tankou plasmid (konjigatif ak non-konjigatif), transpozon, jenòm, ICE, ak konbinezon diferan espès bakteri (Figi 5). Nan Pseudomonas G7, operon nah ak sal nan plasmid NAH7 yo transkri nan menm oryantasyon an epi yo fè pati yon transpozon defektye ki bezwen transposaz Tn4653 pou mobilizasyon (Sota et al., 2006). Nan souch Pseudomonas NCIB9816-4, yo te jwenn jèn nan sou plasmid konjigatif pDTG1 la kòm de operon (apeprè 15 kb apa) ki te transkri nan direksyon opoze (Dennis ak Zylstra, 2004). Nan souch Pseudomonas putida AK5, plasmid ki pa konjigatif pAK5 la kode anzim ki responsab degradasyon naftalèn atravè chemen jantisat la (Izmalkova et al., 2013). Nan souch Pseudomonas PMD-1, operon nah la sitiye sou kwomozòm nan, tandiske operon sal la sitiye sou plasmid konjigatif pMWD-1 la (Zuniga et al., 1981). Sepandan, nan Pseudomonas stutzeri AN10, tout jèn degradasyon naftalèn yo (operon nah ak sal) sitiye sou kwomozòm nan epi yo prezimableman rekrite atravè evènman transpozisyon, rekombinasyon, ak rearanjman (Bosch et al., 2000). Nan Pseudomonas sp. CSV86, operon nah ak sal yo sitiye nan jenòm nan sou fòm ICE (ICECSV86). Estrikti a pwoteje pa tRNAGly ki te swiv pa repetisyon dirèk ki endike sit rekombinasyon/atachman (attR ak attL) ak yon entegraz ki sanble ak faj ki sitiye nan tou de bout tRNAGly, kidonk estriktirèlman menm jan ak eleman ICEclc la (ICEclcB13 nan Pseudomonas knackmusii pou degradasyon klorokokatekòl). Yo rapòte ke jèn ki sou ICE yo ka transfere pa konjigezon avèk yon frekans transfè ki ba anpil (10-8), kidonk transfere pwopriyete degradasyon bay moun k ap resevwa a (Basu ak Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Pifò nan jèn ki responsab pou degradasyon karbaril yo sitiye sou plasmid yo. Arthrobacter sp. RC100 gen twa plasmid (pRC1, pRC2 ak pRC300) pami yo de plasmid konjigatif, pRC1 ak pRC2, kode anzim ki konvèti karbaril an jantisat. Nan lòt men an, anzim ki enplike nan konvèsyon jantisat an metabolit kabòn santral yo sitiye sou kwomozòm nan (Hayaatsu et al., 1999). Bakteri nan genus Rhizobium. Souch AC100, ki itilize pou konvèsyon karbaril an 1-naftol, gen plasmid pAC200, ki pote jèn cehA ki kode CH kòm yon pati nan transpozon Tnceh ki antoure pa sekans ki sanble ak eleman ensèsyon (istA ak istB) (Hashimoto et al., 2002). Nan souch Sphingomonas CF06 la, yo kwè jèn degradasyon karbaril la prezan nan senk plasmid: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, ak pCF05. Omoloji ADN plasmid sa yo wo, sa ki endike egzistans yon evènman diplikasyon jèn (Feng et al., 1997). Nan yon senbyont ki degrade karbaril ki konpoze de de espès Pseudomonas, souch 50581 la gen yon plasmid konjigatif pCD1 (50 kb) ki kode jèn mcd karbaril idrolaz la, tandiske plasmid konjigatif nan souch 50552 la kode yon anzim ki degrade 1-naftol (Chapalamadugu ak Chaudhry, 1991). Nan souch Achromobacter WM111 la, jèn mcd furadan idrolaz la sitiye sou yon plasmid 100 kb (pPDL11). Yo montre jèn sa a prezan sou diferan plasmid (100, 105, 115 oswa 124 kb) nan diferan bakteri ki soti nan diferan rejyon jewografik (Parekh et al., 1995). Nan Pseudomonas sp. C5pp, tout jèn ki responsab degradasyon karbaril yo sitiye nan yon jenòm ki gen yon sekans 76.3 kb (Trivedi et al., 2016). Analiz jenòm (6.15 Mb) te revele prezans 42 MGE ak 36 GEI, pami yo 17 MGE te sitiye nan supercontig A (76.3 kb) ak yon kontni G+C asimetrik mwayèn (54-60 mol%), ki sijere posib evènman transfè jèn orizontal (Trivedi et al., 2016). P. putida XWY-1 montre yon aranjman menm jan an nan jèn ki degradan karbaril, men jèn sa yo sitiye sou yon plasmid (Zhu et al., 2019).
Anplis efikasite metabolik nan nivo byochimik ak jenomik, mikwo-òganis yo montre tou lòt pwopriyete oswa repons tankou chimotaksi, pwopriyete modifikasyon sifas selilè, konpatimantasyon, itilizasyon preferansyèl, pwodiksyon byosiraktif, elatriye, ki ede yo metabolize polisyon aromatik nan anviwònman ki kontamine pi efikasman (Figi 7).
Figi 7. Diferan estrateji repons selilè bakteri ideyal ki degrade idrokarbur aromatik pou biodegradasyon efikas konpoze polyan etranje yo.
Repons chimiotaktik yo konsidere kòm faktè ki amelyore degradasyon polyan òganik nan ekosistèm ki polye yon fason eterogèn. (2002) te demontre ke chimiotaksi Pseudomonas sp. G7 anvè naftalèn ogmante vitès degradasyon naftalèn nan sistèm akwatik yo. Souch sovaj G7 la te degrade naftalèn pi vit pase yon souch mutant ki pa gen chimiotaksi. Yo te jwenn pwoteyin NahY a (538 asid amine ak topoloji manbràn) ko-transkri ak jèn chemen metakleyaj sou plasmid NAH7 la, epi menm jan ak transducteur chimiotaksi yo, pwoteyin sa a sanble fonksyone kòm yon chimiotaksi pou degradasyon naftalèn (Grimm ak Harwood 1997). Yon lòt etid pa Hansel et al. (2009) te montre ke pwoteyin nan chimiotaktik, men vitès degradasyon li wo. (2011) te demontre yon repons chimiotaktik Pseudomonas (P. putida) anvè naftalèn gazez, kote difizyon faz gaz la te lakòz yon koule naftalèn fiks nan selil yo, ki te kontwole repons chimiotaktik selil yo. Chèchè yo te eksplwate konpòtman chemotaktik sa a pou kreye mikwòb ki ta ogmante vitès degradasyon an. Etid yo montre ke chemen chemosansoryèl yo kontwole tou lòt fonksyon selilè tankou divizyon selilè, règleman sik selilè, ak fòmasyon byofilm, kidonk ede kontwole vitès degradasyon an. Sepandan, plizyè blokaj anpeche itilizasyon pwopriyete sa a (chemotaksi) pou yon degradasyon efikas. Pi gwo obstak yo se: (a) diferan reseptè paralog rekonèt menm konpoze/ligand yo; (b) egzistans reseptè altènatif, sa vle di, tropism enèjik; (c) diferans sekans siyifikatif nan domèn sansoryèl menm fanmi reseptè a; ak (d) mank enfòmasyon sou prensipal pwoteyin detèktè bakteri yo (Ortega et al., 2017; Martin-Mora et al., 2018). Pafwa, biodegradasyon idrokarbur aromatik yo pwodui plizyè metabolit/entèmedyè, ki ka chemotaktik pou yon gwoup bakteri men repouse pou lòt moun, sa ki konplike pwosesis la plis toujou. Pou idantifye entèraksyon ligand yo (idrokarbur aromatik) ak reseptè chimik yo, nou te konstwi pwoteyin detèktè ibrid (PcaY, McfR, ak NahY) lè nou fizyone domèn detèktè ak siyalizasyon Pseudomonas putida ak Escherichia coli, ki vize reseptè pou asid aromatik, entèmedyè TCA, ak naftalèn, respektivman (Luu et al., 2019).
Anba enfliyans naftalèn ak lòt idrokarbur aromatik polisiklik (HAP), estrikti manbràn bakteri a ak entegrite mikwo-òganis yo sibi chanjman enpòtan. Etid yo montre ke naftalèn entèfere ak entèraksyon chèn asil la atravè entèraksyon idrofob, kidonk ogmante anfle ak fluidite manbràn lan (Sikkema et al., 1995). Pou konbat efè danjere sa a, bakteri yo kontwole fluidite manbràn lan lè yo chanje rapò ak konpozisyon asid gra ant asid gra chèn branche izo/anteizo yo epi izomerize asid gra cis-ensature yo an izomè trans korespondan yo (Heipieper ak de Bont, 1994). Nan Pseudomonas stutzeri ki grandi sou tretman naftalèn, rapò asid gra satire ak ensature a ogmante soti nan 1.1 a 2.1, tandiske nan Pseudomonas JS150 rapò sa a ogmante soti nan 7.5 a 12.0 (Mrozik et al., 2004). Lè yo te grandi sou naftalèn, selil Achromobacter KAs 3-5 yo te montre yon agregasyon selilè otou kristal naftalèn ak yon diminisyon nan chaj sifas selilè a (soti nan -22.5 a -2.5 mV) akonpaye pa kondansasyon sitoplasmik ak vakyolizasyon, ki endike chanjman nan estrikti selilè ak pwopriyete sifas selilè (Mohapatra et al., 2019). Malgre ke chanjman selilè/sifas yo dirèkteman asosye avèk yon pi bon absòpsyon polyan aromatik, estrateji byo-enjenyè ki enpòtan yo pa te byen optimize. Manipilasyon fòm selilè a raman te itilize pou optimize pwosesis byolojik yo (Volke ak Nikel, 2018). Sipresyon jèn ki afekte divizyon selilè lakòz chanjman nan mòfoloji selilè. Sipresyon jèn ki afekte divizyon selilè lakòz chanjman nan mòfoloji selilè. Nan Bacillus subtilis, pwoteyin septum selilè SepF la te montre li enplike nan fòmasyon septum epi li nesesè pou etap ki vin apre nan divizyon selilè, men li pa yon jèn esansyèl. Sipresyon jèn ki kode idrolaz peptid glikan nan Bacillus subtilis te lakòz elongasyon selilè, ogmantasyon to kwasans espesifik, ak amelyorasyon kapasite pwodiksyon anzim (Cui et al., 2018).
Yo pwopoze konpatmantalizasyon chemen degradasyon karbaril la pou reyalize yon degradasyon efikas souch Pseudomonas C5pp ak C7 (Kamini et al., 2018). Yo pwopoze ke karbaril la transpòte nan espas periplasmik la atravè septòm manbràn ekstèn lan ak/oswa atravè porin difizib yo. CH se yon anzim periplasmik ki katalize idwoliz karbaril la an 1-naftol, ki pi estab, pi idrofob e pi toksik. CH lokalize nan periplasm lan epi li gen yon afinite ki ba pou karbaril, kidonk li kontwole fòmasyon 1-naftol, kidonk anpeche akimilasyon li nan selil yo epi redwi toksisite li pou selil yo (Kamini et al., 2018). 1-naftol ki rezilte a transpòte nan sitoplasm lan atravè manbràn entèn lan pa separasyon ak/oswa difizyon, epi li idroksile an 1,2-diidwoksinaftalèn pa anzim ki gen gwo afinite 1NH pou plis metabolis nan chemen kabòn santral la.
Malgre ke mikwo-òganis yo gen kapasite jenetik ak metabolik pou degrade sous kabòn ksenobyotik yo, estrikti yerachik itilizasyon yo a (sa vle di, itilizasyon preferansyèl sous kabòn senp pase konplèks) se yon gwo obstak pou byodegradasyon. Prezans ak itilizasyon sous kabòn senp yo diminye jèn ki kode anzim ki degrade sous kabòn konplèks/ki pa preferansyèl tankou PAH yo. Yon egzanp byen etidye se lè glikoz ak laktoz yo bay Escherichia coli ansanm, glikoz itilize pi efikasman pase laktoz (Jacob ak Monod, 1965). Yo rapòte ke Pseudomonas degrade yon varyete PAH ak konpoze ksenobyotik kòm sous kabòn. Yerachi itilizasyon sous kabòn nan Pseudomonas se asid òganik > glikoz > konpoze aromatik (Hylemon ak Phibbs, 1972; Collier et al., 1996). Sepandan, gen yon eksepsyon. Sa ki enteresan, Pseudomonas sp. CSV86 montre yon estrikti yerarchik inik ki itilize preferansyèlman idrokarbur aromatik (asid benzoik, naftalèn, elatriye) olye de glikoz epi li ko-metabolize idrokarbur aromatik ak asid òganik (Basu et al., 2006). Nan bakteri sa a, jèn pou degradasyon ak transpò idrokarbur aromatik yo pa diminye menm lè gen yon dezyèm sous kabòn tankou glikoz oswa asid òganik. Lè yo grandi nan yon mwayen glikoz ak idrokarbur aromatik, yo te obsève ke jèn pou transpò ak metabolis glikoz yo te diminye, idrokarbur aromatik yo te itilize nan premye faz logaritmik la, epi glikoz te itilize nan dezyèm faz logaritmik la (Basu et al., 2006; Choudhary et al., 2017). Nan lòt men an, prezans asid òganik yo pa t afekte ekspresyon metabolis idrokarbur aromatik, kidonk yo prevwa bakteri sa a se yon souch kandida pou etid biodegradasyon (Phale et al., 2020).
Li byen koni ke biotransfòmasyon idrokarbur ka lakòz strès oksidatif ak ogmantasyon nan anzim antioksidan nan mikwo-òganis yo. Biodegradasyon naftalèn ki pa efikas ni nan selil faz estasyonè ni an prezans konpoze toksik mennen nan fòmasyon espès oksijèn reyaktif (ROS) (Kang et al. 2006). Piske anzim ki degrade naftalèn yo genyen gwoup fè-souf, anba strès oksidatif, fè ki nan pwoteyin èm ak fè-souf yo pral okside, sa ki mennen nan inaktivasyon pwoteyin. Feredoxin-NADP+ reduktaz (Fpr), ansanm ak siperoksid dismitaz (SOD), medyatè reyaksyon redoks revèsib ant NADP+/NADPH ak de molekil feredoxin oswa flavodoxin, kidonk elimine ROS epi restore sant fè-souf la anba strès oksidatif (Li et al. 2006). Yo rapòte ke tou de Fpr ak SodA (SOD) nan Pseudomonas ka pwovoke pa estrès oksidatif, epi yo te obsève yon ogmantasyon nan aktivite SOD ak katalaz nan kat souch Pseudomonas (O1, W1, As1, ak G1) pandan kwasans anba kondisyon naftalèn ajoute (Kang et al., 2006). Etid yo montre ke adisyon antioksidan tankou asid ascorbic oswa fè fereuz (Fe2+) ka ogmante to kwasans naftalèn. Lè Rhodococcus erythropolis te grandi nan mwayen naftalèn, transkripsyon jèn sitokrom P450 ki gen rapò ak estrès oksidatif, tankou sodA (Fe/Mn superoksid dismutaz), sodC (Cu/Zn superoksid dismutaz), ak recA, te ogmante (Sazykin et al., 2019). Analiz pwoteyomik kantitatif konparatif nan selil Pseudomonas kiltive nan naftalèn te montre ke ogmantasyon divès pwoteyin ki asosye ak repons estrès oksidatif la se yon estrateji pou fè fas ak estrès (Herbst et al., 2013).
Yo rapòte mikwo-òganis ki pwodui byosiraktif anba aksyon sous kabòn idrofob. Tensioaktif sa yo se konpoze sifas aktif anfifilik ki ka fòme agregasyon nan entèfas lwil oliv-dlo oswa lè-dlo. Sa ankouraje pseudo-solubilizasyon epi fasilite adsorpsyon idrokarbur aromatik, sa ki lakòz yon byodegradasyon efikas (Rahman et al., 2002). Akòz pwopriyete sa yo, byosiraktif yo lajman itilize nan divès endistri. Ajoute tensioaktif chimik oswa byosiraktif nan kilti bakteri yo ka amelyore efikasite ak vitès degradasyon idrokarbur yo. Pami byosiraktif yo, rhamnolipid ki pwodui pa Pseudomonas aeruginosa yo te etidye ak karakterize anpil (Hisatsuka et al., 1971; Rahman et al., 2002). Anplis de sa, lòt kalite biotensioaktif yo enkli lipopeptid (misin ki soti nan Pseudomonas fluorescens), emulsifyan 378 (ki soti nan Pseudomonas fluorescens) (Rosenberg ak Ron, 1999), lipid disakarid trehaloz ki soti nan Rhodococcus (Ramdahl, 1985), lichenin ki soti nan Bacillus (Saraswathy ak Hallberg, 2002), ak tensioaktif ki soti nan Bacillus subtilis (Siegmund ak Wagner, 1991) ak Bacillus amyloliquefaciens (Zhi et al., 2017). Tensioaktif puisan sa yo te montre yo diminye tansyon sifas la soti nan 72 din/cm pou rive nan mwens pase 30 din/cm, sa ki pèmèt yon pi bon absòpsyon idrokarbur. Yo rapòte ke Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia ak lòt espès bakteri ka pwodui divès biosurfaktan ki baze sou rhamnolipid ak glikolipid lè yo grandi nan medya naftalèn ak metilnaftalèn (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 ka pwodui biosurfaktan ekstraselilè Biosur-Pm lè yo grandi sou konpoze aromatik tankou asid naftoik (Phale et al., 1995). Sinetik fòmasyon Biosur-Pm te montre ke sentèz li se yon pwosesis ki depann de kwasans ak pH. Yo te jwenn ke kantite Biosur-Pm ki pwodui pa selil yo nan pH net te pi wo pase sa ki nan pH 8.5. Selil ki grandi nan pH 8.5 te pi idrofob epi yo te gen plis afinite pou konpoze aromatik ak alifatik pase selil ki grandi nan pH 7.0. Nan Rhodococcus spp. N6, yon rapò kabòn ak azòt (C:N) ki pi wo ak yon limitasyon fè se kondisyon optimal pou pwodiksyon byosiraktif ekstraselilè (Mutalik et al., 2008). Yo te fè tantativ pou amelyore byosentèz byosiraktif yo (surfaktin) lè yo optimize souch yo ak fèmantasyon an. Sepandan, tit surfaktif nan medyòm kilti a ba (1.0 g/L), sa ki poze yon defi pou pwodiksyon sou gwo echèl (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Se poutèt sa, yo te itilize metòd jeni jenetik pou amelyore byosentèz li. Sepandan, modifikasyon jeni li difisil akòz gwo gwosè operon an (∼25 kb) ak règleman byosentèz konplèks sistèm deteksyon kowòm lan (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Yo te fè yon kantite modifikasyon jenetik nan bakteri Bacillus, sitou pou ogmante pwodiksyon surfactin lè yo ranplase pwomotè a (operon srfA), lè yo twòp eksprime pwoteyin ekspòtasyon surfactin YerP ak faktè regilatè ComX ak PhrC yo (Jiao et al., 2017). Sepandan, metòd jenetik sa yo sèlman reyalize youn oubyen kèk modifikasyon jenetik e yo poko rive nan pwodiksyon komèsyal. Se poutèt sa, li nesesè pou plis etid sou metòd optimize ki baze sou konesans.
Etid sou biodegradasyon PAH yo fèt sitou nan kondisyon laboratwa estanda. Sepandan, nan sit ki kontamine oswa nan anviwònman ki kontamine, anpil faktè abyotik ak byotik (tanperati, pH, oksijèn, disponiblite eleman nitritif, biodisponibilite substrati, lòt ksenobyotik, inibisyon pwodwi final, elatriye) yo montre yo modifye epi enfliyanse kapasite degradasyon mikwo-òganis yo.
Tanperati gen yon efè siyifikatif sou biodegradasyon PAH yo. Lè tanperati a ogmante, konsantrasyon oksijèn ki fonn nan diminye, sa ki afekte metabolis mikwo-òganis aerobik yo, piske yo bezwen oksijèn molekilè kòm youn nan substrats pou oksijenaz ki fè reyaksyon idroksilasyon oswa klivaj bag. Souvan yo remake ke tanperati ki wo konvèti PAH paran yo an konpoze ki pi toksik, kidonk li anpeche biodegradasyon (Muller et al., 1998).
Yo remake anpil sit ki kontamine ak PAH gen valè pH ekstrèm, tankou sit ki kontamine ak drenaj asid min (pH 1-4) ak sit gazifikasyon gaz natirèl/chabon ki kontamine ak lesiva alkalin (pH 8-12). Kondisyon sa yo ka afekte pwosesis byodegradasyon an seryezman. Se poutèt sa, anvan ou itilize mikwo-òganis pou byoremedyasyon, li rekòmande pou ajiste pH la lè w ajoute pwodui chimik apwopriye (ki gen yon potansyèl oksidasyon-rediksyon modere pou rive trè ba) tankou silfat amonyòm oswa nitrat amonyòm pou tè alkalin oswa lacho ak kabonat kalsyòm oswa kabonat mayezyòm pou sit asid (Bowlen et al. 1995; Gupta ak Sar 2020).
Pwovizyon oksijèn nan zòn ki afekte a se faktè ki limite vitès biodegradasyon PAH la. Akòz kondisyon redoks anviwònman an, pwosesis byoremedyasyon in situ yo anjeneral mande pou entwodiksyon oksijèn ki soti nan sous ekstèn (labouraj, ekspansyon lè, ak adisyon pwodui chimik) (Pardieck et al., 1992). Odenkranz et al. (1996) te demontre ke adisyon oksijene mayezyòm (yon konpoze ki libere oksijèn) nan yon akwifè ki kontamine te kapab efektivman byoremedye konpoze BTEX yo. Yon lòt etid te envestige degradasyon in situ fenòl ak BTEX nan yon akwifè ki kontamine lè yo te enjekte nitrat sodyòm epi konstwi pi ekstraksyon pou reyalize byoremedyasyon efikas (Bewley ak Webb, 2001).