Ev gotar beşek ji mijara lêkolînê ya "Teknolojiyên pêşketî yên biyo-remediation û pêvajoyên vezîvirandina pêkhateyên organîk ên sentetîk (SOC)" e. Hemû 14 gotaran bibînin.
Hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk ên giraniya molekulî ya kêm (PAH) ên wekî naftalen û naftalenên cîgir (metîlnaftalen, asîda naftoîk, 1-naftîl-N-metîlkarbamat, hwd.) bi berfirehî di gelek pîşesaziyan de têne bikar anîn û ji bo organîzmayan genotoksîk, mutagenîk û/an kanserojenîk in. Ev pêkhateyên organîk ên sentetîk (SOC) an ksenobiyotîk wekî gemarên pêşîn têne hesibandin û ji bo jîngeha gerdûnî û tenduristiya giştî gefek cidî çêdikin. Şîdeta çalakiyên mirovan (mînak gazkirina komirê, rafineriya petrolê, emîsyonên wesayîtan û sepanên çandiniyê) kombûn, çarenûs û veguhastina van pêkhateyên her derê û mayînde diyar dike. Ji bilî rêbazên dermankirin/rakirina fîzîkî û kîmyewî, teknolojiyên kesk û hawîrdorparêz ên wekî biyoremediation, ku mîkroorganîzmayên ku dikarin POC-an bi tevahî hilweşînin an jî wan veguherînin berhemên alîgir ên ne-jehrîn bikar tînin, wekî alternatîfek ewledar, lêçûn-bandor û sozdar derketine holê. Cureyên bakterî yên cûrbecûr ên ku aîdî fîla Proteobacteria (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia, û Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus û Paenibacillus), û Actinobacteria (Rhodococcus û Arthrobacter) di mîkrobiotaya axê de şiyana hilweşandina cûrbecûr pêkhateyên organîk nîşan dane. Lêkolînên metabolîk, genomîk, û analîza metagenomîk alîkariya me dikin ku em tevliheviya katabolîk û cihêrengiya ku di van formên jiyanê yên hêsan de heye fam bikin, ku dikarin ji bo biyodegradasyona bi bandor bêtir werin sepandin. Hebûna demdirêj a PAH-an bûye sedema derketina fenotipên hilweşandinê yên nû bi rêya veguhastina gena horizontî bi karanîna hêmanên genetîkî yên wekî plazmîd, transpozon, bakterîyofaj, giravên genomîk, û hêmanên konjugasyonê yên entegratîf. Biyolojiya sîstemê û endezyariya genetîkî ya îzolekirinên taybetî an civakên model (konsorsiyûm) dikarin bi bandorên sînerjîk biyolojîk sererastkirina berfireh, bilez û bi bandor a van PAH-an çalak bikin. Di vê nirxandinê de, em li ser rêyên metabolîk ên cûda û cihêrengiyê, pêkhate û cihêrengiya genetîkî, û bersiv/adapsiyonên hucreyî yên naftalen û bakteriyên ku naftalen-hilweşandin ên cîgir dikin disekinin. Ev ê agahdariya ekolojîk ji bo sepandina zeviyê û çêtirkirina zorê ji bo biyoremediationek bi bandor peyda bike.
Pêşveçûna bilez a pîşesaziyan (petrokîmya, çandinî, dermansazî, boyaxên tekstîlê, kozmetîk, û hwd.) beşdarî geşbûna aboriya cîhanî û baştirkirina standardên jiyanê bûye. Ev pêşveçûna eksponansiyel bûye sedema hilberîna hejmareke mezin ji pêkhateyên organîk ên sentetîk (SOC), ku ji bo çêkirina hilberên cûrbecûr têne bikar anîn. Ev pêkhateyên biyanî an SOC hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH), dermanên kêzikan, herbisîdan, plastîkîzer, boyax, dermansazî, organofosfat, astengkerên agir, çareserkerên organîk ên bêaram, û hwd. Ew di atmosferê, ekosîstemên avî û bejayî de têne berdan ku li wir bandorên wan ên piralî hene, û bi guhertina taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî û avahiya civakê bandorên neyînî li ser biyoformên cûrbecûr dikin (Petrie et al., 2015; Bernhardt et al., 2017; Sarkar et al., 2020). Gelek gemarên aromatîk bandorên xurt û wêranker li ser gelek ekosîstem/cihên germ ên cûrbecûrîya biyolojîk ên saxlem dikin (mînak refên koralan, qeşayên Arktîk/Antarktîk, golên çiyayên bilind, rûniştgehên deryayên kûr, hwd.) (Jones 2010; Beyer et al. 2020; Nordborg et al. 2020). Lêkolînên jeomîkrobiolojîk ên vê dawiyê nîşan dane ku danîna madeya organîk a sentetîk (mînak gemarên aromatîk) û derivatîfên wan li ser rûyên avahiyên çêkirî (jîngeha avahîkirî) (mînak cihên mîrateya çandî û abîdeyên ji granit, kevir, dar û metal hatine çêkirin) hilweşîna wan lez dike (Gadd 2017; Liu et al. 2018). Çalakiyên mirovan dikarin hilweşîna biyolojîk a abîdeyan û avahiyan bi rêya qirêjiya hewayê û guherîna avhewayê zêde û xirabtir bikin (Liu et al. 2020). Ev gemarên organîk bi buhara avê ya di atmosferê de reaksiyonê nîşan didin û li ser avahiyê rûdinin, dibin sedema hilweşîna fîzîkî û kîmyewî ya materyalê. Biyodegradasyon bi berfirehî wekî guhertinên nexwestî di xuyang û taybetmendiyên materyalan de ku ji hêla organîzmayên zindî ve têne çêkirin û bandorê li parastina wan dikin tê nas kirin (Pochon û Jaton, 1967). Çalakiya mîkrobî ya zêdetir (metabolîzma) van pêkhateyan dikare yekparebûna avahî, bandora parastinê û nirxa çandî kêm bike (Gadd, 2017; Liu et al., 2018). Ji aliyekî din ve, di hin rewşan de, adaptebûna mîkrobî û bersiva van avahiyan sûdmend hatiye dîtin ji ber ku ew biyofîlm û qalikên din ên parastinê çêdikin ku rêjeya rizîbûn/hilweşînê kêm dikin (Martino, 2016). Ji ber vê yekê, pêşxistina stratejiyên parastinê yên domdar ên demdirêj ên bi bandor ji bo abîdeyên kevir, metal û darîn têgihîştinek kûr a pêvajoyên sereke yên di vê pêvajoyê de hewce dike. Li gorî pêvajoyên xwezayî (pêvajoyên jeolojîk, şewatên daristanan, teqînên volkanîk, reaksiyonên nebatan û bakteriyan), çalakiyên mirovan dibin sedema berdana mîqdarên mezin ên hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) û karbona organîk a din (OC) di nav ekosîsteman de. Gelek PAH-ên ku di çandiniyê de têne bikar anîn (kêzikkuj û dermanên kêzikan ên wekî DDT, atrazine, carbaryl, pentachlorophenol, û hwd.), pîşesaziyê (petrola xav, bermayiyên petrolê, plastîkên ji petrolê hatine wergirtin, PCB, plastîkîzer, deterjan, dezenfektan, fumigant, bîhnxweş û parêzker), hilberên lênêrîna kesane (kremên rojê, dezenfektan, dûrxistina kêzikan û miskên polîsîklîk) û cebilxane (teqemeniyên wekî 2,4,6-TNT) ksenobiotîkên potansiyel in ku dikarin bandorê li tenduristiya gerstêrkê bikin (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna û Phale, 2008; Petrie et al., 2015). Ev lîste dikare were berfireh kirin da ku pêkhateyên ji petrolê hatine wergirtin (rûnên sotemeniyê, rûnên rûn, asfalten), biyoplastîkên giraniya molekulî ya bilind, û şilekên îyonîk jî tê de bin (Amde et al., 2015). Tabloya 1 cûrbecûr gemarên aromatîk û serîlêdanên wan di pîşesaziyên cûda de navnîş dike. Di salên dawî de, belavbûna antropojenîk a pêkhateyên organîk ên bêaram, û her weha karbondîoksît û gazên din ên serayê, dest bi zêdebûnê kiriye (Dvorak et al., 2017). Lêbelê, bandorên antropojenîk ji yên xwezayî pir zêdetir in. Wekî din, me dît ku hejmarek SOC di gelek jîngehên jîngehê de berdewam dikin û wekî gemarên nû yên bi bandorên neyînî li ser biyoman hatine destnîşankirin (Wêne 1). Ajansên jîngehê yên wekî Ajansa Parastina Jîngehê ya Dewletên Yekbûyî (USEPA) gelek ji van gemaran di navnîşa xwe ya pêşîniyê de ji ber taybetmendiyên wan ên sîtotoksîk, genotoksîk, mutagenîk û kanserojenîk xistine. Ji ber vê yekê, rêziknameyên avêtina hişk û stratejiyên bibandor ji bo dermankirin/rakirina bermayiyan ji ekosîstemên qirêj hewce ne. Rêbazên cûrbecûr ên dermankirina fîzîkî û kîmyewî yên wekî pîrolîz, dermankirina germî ya oksîdatîf, hewakirina hewayê, depokirina çopê, şewitandin, û hwd. bêbandor û biha ne û hilberên alîgir ên korozîf, jehrîn û dijwar-dermankirinê çêdikin. Bi zêdebûna hişmendiya jîngehê ya cîhanî re, mîkroorganîzmayên ku dikarin van gemarî û derivatîfên wan (wek halojenkirî, nîtro, alkîl û/an metîl) hilweşînin, bala her ku diçe zêdetir dikişînin (Fennell et al., 2004; Haritash û Kaushik, 2009; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020; Schwanemann et al., 2020). Bikaranîna van mîkroorganîzmayên namzed ên xwecihî bi tena serê xwe an jî di çandên tevlihev (kolonî) de ji bo rakirina gemarîyên aromatîk di warê ewlehiya jîngehê, lêçûn, karîgerî, bandor û domdariyê de xwedî avantajên e. Lêkolîner her wiha entegrasyona pêvajoyên mîkrobî bi rêbazên redoks ên elektroşîmyayî, ango pergalên biyoelektroşîmyayî (BES), wekî teknolojiyek sozdar ji bo dermankirin/rakirina gemarî vedikolin (Huang et al., 2011). Teknolojiya BES ji ber karîgeriya xwe ya bilind, lêçûna xwe ya kêm, ewlehiya jîngehê, xebitandina di germahiya odeyê de, materyalên biyo-hevhatî, û şiyana vegerandina berhemên hêja (mînak, elektrîk, sotemenî, û kîmyewî) bala her ku diçe zêdetir dikişîne (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). Derketina holê ya amûr/rêbazên rêzkirina genomê ya bi rêjeya bilind û amûr/rêbazên omîksê gelek agahdariyên nû li ser rêziknameya genetîkî, proteomîk, û fluksomîkên reaksiyonên mîkroorganîzmayên cihêreng ên hilweşîner peyda kiriye. Hevgirtina van amûran bi biyolojiya pergalan re têgihîştina me ya hilbijartin û mîhengkirina rêyên katabolîk ên hedef di mîkroorganîzmayan de (ango, sêwirana metabolîk) ji bo bidestxistina biyodegradasyonek bi bandor û bikêrhatî bêtir zêde kiriye. Ji bo sêwirandina stratejiyên biyo-rehabîlîtasyonê yên bi bandor bi karanîna mîkroorganîzmayên namzet ên guncaw, divê em potansiyela biyokîmyayî, cihêrengiya metabolîk, pêkhateya genetîkî, û ekolojiyê (otoekolojî/sînekoloji) ya mîkroorganîzmayan fam bikin.
Wêne 1. Çavkanî û rêyên derbasbûna PAH-ên molekul-kêm bi rêya jîngehên hawîrdorê yên cûrbecûr û faktorên cûrbecûr ên ku bandorê li bîotayê dikin. Xetên qutkirî têkiliyên di navbera hêmanên ekosîstemê de temsîl dikin.
Di vê nirxandinê de, me hewl da ku daneyên li ser hilweşandina PAH-ên hêsan ên wekî naftalen û naftalenên cîgir ji hêla cûrbecûr îzolasyonên bakterî ve ku rêyên metabolîk û cihêrengiyê, enzîmên ku di hilweşandinê de beşdar in, pêkhate/naverok û cihêrengiya genan, bersivên hucreyî û aliyên cihêreng ên biyolojîk-paqijkirinê vedihewîne, kurt bikin. Fêmkirina astên biyokîmyayî û molekulî dê di destnîşankirina şaneyên mêvandar ên guncaw û endezyariya wan a genetîkî ya din de ji bo biyolojîk-paqijkirina bi bandor a van gemarên pêşîn de bibe alîkar. Ev ê di pêşxistina stratejiyan de ji bo avakirina konsorsiyûmên bakterî yên taybetî yên cihan ji bo biyolojîk-paqijkirina bi bandor bibe alîkar.
Hebûna hejmareke mezin ji pêkhateyên aromatîk ên jehrîn û xeternak (ku qaîdeya Huckel 4n + 2π elektron, n = 1, 2, 3, ... têr dike) gefek cidî li ser cûrbecûr medyayên jîngehê yên wekî hewa, ax, sedîment, û ava rûberî û binê erdê çêdike (Puglisi et al., 2007). Van pêkhateyan zengilên benzenê yên yekane (monosîklîk) an jî zengilên benzenê yên pirjimar (polîsîklîk) hene ku bi şiklê xêzikî, goşeyî an komî hatine rêzkirin û ji ber enerjiya rezonansa neyînî ya bilind û bêçalaktiyê (bêçalaktî) di jîngehê de aramiyê (îstîqrar/nearamiyê) nîşan didin, ku dikare bi hîdrofobîtî û rewşa wan a kêmkirî were ravekirin. Dema ku zengila aromatîk bêtir bi komên metil (-CH3), karboksîl (-COOH), hîdroksîl (-OH), an sulfonat (-HSO3) ve tê guheztin, ew aramtir dibe, xwedan eleqeyek xurttir ji bo makromolekulan e, û di pergalên biyolojîkî de biyoakûmulasyonî ye (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). Hin hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk ên giraniya molekulî ya kêm (LMWAH), wek naftalen û derivatên wê [metîlnaftalen, asîda naftoîk, naftalensulfonat, û 1-naftîl N-metîlkarbamat (karbarîl)], ji hêla Ajansa Parastina Jîngehê ya Dewletên Yekbûyî ve di navnîşa qirêjkerên organîk ên pêşîn de wekî genotoksîk, mutajenîk, û/an kanserojenîk hatine zêdekirin (Cerniglia, 1984). Berdana vê çîna NM-PAH-an di jîngehê de dibe ku bibe sedema biyoakûmûlasyona van pêkhateyan di hemî astên zincîra xwarinê de, bi vî rengî bandorê li tenduristiya ekosîsteman dike (Binkova et al., 2000; Srogi, 2007; Quinn et al., 2009).
Çavkanî û rêyên PAH-an bo biotayê bi giranî bi rêya koçberî û têkiliyên di navbera pêkhateyên ekosîstemê yên cuda yên wekî ax, ava binê erdê, ava rûyê erdê, çandinî û atmosferê de ne (Arey û Atkinson, 2003). Wêne 1 têkilî û belavbûna PAH-ên cuda yên giraniya molekulî ya kêm di ekosîsteman de û rêyên wan ên ber bi biota/rûdana mirovan nîşan dide. PAH di encama qirêjiya hewayê de û bi rêya koçberî (drift) a emisyonên wesayîtan, gazên dûmana pîşesaziyê (gazîkirina komirê, şewitandin û hilberîna kokê) û danîna wan li ser rûyan têne danîn. Çalakiyên pîşesaziyê yên wekî çêkirina tekstîlên sentetîk, boyax û boyaxan; parastina dar; pêvajoya lastîkê; çalakiyên çêkirina çîmentoyê; hilberîna kêzikên jehrîn; û sepanên çandiniyê çavkaniyên sereke yên PAH-an di pergalên bejayî û avî de ne (Bamforth û Singleton, 2005; Wick et al., 2011). Lêkolînan nîşan dane ku axên li deverên derbajarî û bajarî, nêzîkî otobanan, û li bajarên mezin ji ber belavbûna santralên elektrîkê, germkirina malan, barên trafîka hewayî û rê, û çalakiyên avakirinê, ji hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) bêtir hesas in (Suman et al., 2016). (2008) nîşan da ku PAH di axa nêzîkî rêyan de li New Orleans, Louisiana, Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê bi qasî 7189 μg/kg bilind bûn, lê li cîhên vekirî, ew tenê 2404 μg/kg bûn. Bi heman awayî, asta PAH-ê ya bi qasî 300 μg/kg li deverên nêzîkî cihên gazkirina komirê li çend bajarên Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê hatiye ragihandin (Kanaly û Harayama, 2000; Bamforth û Singleton, 2005). Axên ji bajarên cuda yên Hindistanê yên wekî Delhî (Sharma et al., 2008), Agra (Dubey et al., 2014), Mumbaî (Kulkarni û Venkataraman, 2000) û Visakhapatnam (Kulkarni et al., 2014) hatine ragihandin ku PAH-ên pir zêde dihewînin. Têkelên aromatîk bi hêsanî li ser perçeyên axê, madeya organîk û mîneralên gil têne kişandin, bi vî rengî dibin çavkaniyek sereke ya karbonê di ekosîsteman de (Srogi, 2007; Peng et al., 2008). Çavkaniyên sereke yên PAH-an di ekosîstemên avî de barîn (barîna şil/hişk û buhara avê), herikîna bajarî, rijandina ava qirêj, dagirtina ava binê erdê û hwd. ne (Srogi, 2007). Tê texmînkirin ku bi qasî %80-ê PAH-an di ekosîstemên deryayî de ji barîn, rûniştin û rijandina bermayiyan têne wergirtin (Motelay-Massei et al., 2006; Srogi, 2007). PAH-ên bilindtir di ava rûyê erdê an jî rijandina ji cihên avêtina bermayiyên hişk de di dawiyê de diherikin nav binê erdê, ku dibe gefek mezin li ser tenduristiya giştî ji ber ku ji %70 zêdetir nifûsa Başûr û Başûrê Rojhilatê Asyayê ava binê erdê vedixwin (Duttagupta et al., 2019). Lêkolînek vê dawiyê ya Duttagupta et al. (2020) li ser analîzên çem (32) û ava binê erdê (235) ji Bengalaya Rojava, Hindistanê, dît ku bi texmînî %53ê niştecihên bajaran û %44ê niştecihên gundan (bi tevahî 20 mîlyon niştecih) dibe ku rastî naftalenê (4.9-10.6 μg/L) û derivatîfên wê werin. Şêwazên karanîna erdê yên cûda û zêdebûna derxistina ava binê erdê wekî faktorên sereke yên ku veguhastina vertîkal (adveksiyon) a PAH-ên giraniya molekulî ya kêm di binê erdê de kontrol dikin têne hesibandin. Herikîna çandiniyê, rijandina ava qirêj a şaredarî û pîşesaziyê, û rijandina bermayiyên hişk/zibilê hatiye dîtin ku ji hêla PAH-an ve di havzên çeman û sedîmentên binê erdê de bandor dibin. Barîna atmosferîk qirêjiya PAH-ê hîn bêtir xirabtir dike. Li çem/hewzên avê yên cîhanê, wek Çemê Fraser, Çemê Louan, Çemê Denso, Çemê Missouri, Çemê Anacostia, Çemê Ebro, û Çemê Delaware, rêjeyên bilind ên PAH û derivatîfên wan ên alkîl (bi tevahî 51) hatine ragihandin (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018). Di sedîmentên hewza Çemê Ganges de, naftalen û fenantren wekî yên herî girîng hatin dîtin (di %70ê nimûneyan de hatine tespîtkirin) (Duttagupta et al., 2019). Wekî din, lêkolînan nîşan dane ku klorkirina ava vexwarinê dikare bibe sedema çêbûna PAH-ên oksîjenkirî û klorkirî yên jehrîntir (Manoli û Samara, 1999). PAH di encama wergirtina nebatan ji axên qirêj, ava binê erdê û baranê de di genim, fêkî û sebzeyan de kom dibin (Fismes et al., 2002). Gelek organîzmayên avî yên wekî masî, mîdye, kêzik û mişk bi rêya xwarina xwarinên qirêj û ava deryayê, û her weha bi rêya tevn û çerm bi PAH-an qirêj dibin (Mackay û Fraser, 2000). Rêbazên pijandin/pêvajoyê yên wekî pijandin, biraştin, dûmankirin, sorkirin, zuwakirin, pijandin û pijandina bi komirê jî dikarin bibin sedema mîqdarên girîng ên PAH-an di xwarinê de. Ev bi giranî bi hilbijartina materyalê dûmankirinê, naveroka hîdrokarbonên fenolîk/aromatîk, prosedûra pijandinê, celebê germkerê, naveroka şilbûnê, dabînkirina oksîjenê û germahiya şewitandinê ve girêdayî ye (Guillén et al., 2000; Gomes et al., 2013). Hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) jî di şîr de bi rêjeyên cûda (0.75–2.1 mg/L) hatine tespît kirin (Girelli et al., 2014). Berhevkirina van PAH-an di xwarinê de bi taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî yên xwarinê ve jî girêdayî ye, di heman demê de bandorên wan ên jehrî bi fonksiyonên fîzyolojîk, çalakiya metabolîk, vegirtin, belavkirin û belavbûna laş ve girêdayî ne (Mechini et al., 2011).
Jehrbûn û bandorên zirardar ên hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) demek dirêj e ku têne zanîn (Cherniglia, 1984). Hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk ên giraniya molekulî ya kêm (LMW-PAH) (du heta sê xelek) dikarin bi awayekî kovalent bi makromolekulên cûrbecûr ên wekî DNA, RNA û proteînan ve girêbidin û kanserojen in (Santarelli et al., 2008). Ji ber xwezaya wan a hîdrofobîk, ew bi membranên lîpîd ve têne veqetandin. Di mirovan de, monooksîjenazên sîtokrom P450 PAH-an vediguherînin epoksîdan, ku hin ji wan pir reaktîf in (mînak, epoksîda baediol) û dikarin bibin sedema veguherîna hucreyên normal bo yên xerab (Marston et al., 2001). Wekî din, berhemên veguherînê yên PAH-an ên wekî kînonan, fenol, epoksîd, dîol, û hwd. ji pêkhateyên bingehîn jehrîntir in. Hin PAH û navbeynkarên wan ên metabolîk dikarin bandorê li hormonan û enzîmên cûrbecûr di metabolîzmê de bikin, bi vî rengî bandorek neyînî li ser mezinbûn, pergala demarî ya navendî, pergalên hilberandinê û parastinê dikin (Swetha û Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008). Hat ragihandin ku têkiliya demkurt bi PAH-ên giraniya molekulî ya kêm re dibe sedema xirabûna fonksiyona pişikê û trombozê di astimê de û rîska kansera çerm, pişik, mîzdank û gastrointestinal zêde dike (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Lêkolînên li ser heywanan jî nîşan dane ku têkiliya bi PAH-ê re dikare bandorên neyînî li ser fonksiyona hilberandinê û pêşveçûnê bike û dikare bibe sedema katarakt, zirara gurçik û kezebê, û zerikê. Hatiye nîşandan ku cûrbecûr hilberên biyotransformasyona PAH-ê yên wekî dîol, epoksîd, kînones û radîkalên azad (katyon) adduktên DNA-yê çêdikin. Hatiye nîşandan ku adduktên stabîl makîneya dubarebûna DNAyê diguherînin, lê adduktên nestabîl dikarin DNAyê paqij bikin (bi piranî bo adenîn û carinan bo guanîn); her du jî dikarin xeletiyên ku dibin sedema mutasyonan çêbikin (Schweigert et al. 2001). Wekî din, kînones (benzo-/pan-) dikarin cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) çêbikin, ku dibin sedema zirara kujer a DNAyê û makromolekulên din, bi vî rengî bandorê li fonksiyon/jiyandariya tevnê dikin (Ewa û Danuta 2017). Hatiye ragihandin ku rûbirûbûna kronîk a bi konsantrasyonên kêm ên pîren, bîfenîl û naftalenê re di heywanên ceribandinê de dibe sedema penceşêrê (Diggs et al. 2012). Ji ber jehrîbûna wan a kujer, paqijkirin/rakirina van PAHan ji deverên bandorkirî/qirêjbûyî pêşîniyek e.
Ji bo rakirina PAH-an ji cih/jîngehên qirêj, rêbazên cûrbecûr ên fîzîkî û kîmyewî hatine bikar anîn. Pêvajoyên wekî şewitandin, bêklorkirin, oksîdasyona UV, sabîtkirin û derxistina çareserker gelek dezavantajên wan hene, di nav de çêbûna berhemên jehrîn, tevliheviya pêvajoyê, pirsgirêkên ewlehî û rêziknameyê, karîgeriya kêm û lêçûna bilind. Lêbelê, biyodegradasyona mîkrobî (ku jê re biyorespaşvebirin tê gotin) rêbazek alternatîf a sozdar e ku karanîna mîkroorganîzmayan di forma çandên paqij an koloniyan de vedihewîne. Li gorî rêbazên fîzîkî û kîmyewî, ev pêvajo dostane ji bo jîngehê, ne-dagirker, lêçûn-bandor û domdar e. Biyorespaşvebirin dikare li cîhê bandorkirî (in situ) an li cîhek bi taybetî hatî amadekirin (ex situ) were kirin û ji ber vê yekê wekî rêbazek sererastkirinê ya domdartir ji rêbazên fîzîkî û kîmyewî yên kevneşopî tê hesibandin (Juhasz û Naidu, 2000; Andreoni û Gianfreda, 2007; Megharaj et al., 2011; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020).
Têgihîştina gavên metabolîzma mîkrobî yên di hilweşandina gemarên aromatîk de bandorên zanistî û aborî yên mezin li ser domdariya ekolojîk û jîngehê dike. Tê texmînkirin ku 2.1×1018 gram karbon (C) li seranserê cîhanê di sedîment û pêkhateyên organîk (ango, petrol, gaza xwezayî û komir, ango sotemeniyên fosîl) de tê hilanîn, ku beşdariyek girîng di çerxa karbonê ya gerdûnî de dike. Lêbelê, pîşesazîbûna bilez, derxistina sotemeniyên fosîl û çalakiyên mirovan van rezervuarên karbonê yên lîtosferê kêm dikin, ku salane bi qasî 5.5×1015 g karbona organîk (wek gemar) berdidin atmosferê (Gonzalez-Gaya et al., 2019). Piraniya vê karbona organîk bi rêya sedîmentasyon, veguhastin û herikînê dikeve ekosîstemên bejahî û deryayî. Wekî din, gemarên sentetîk ên nû yên ji sotemeniyên fosîl têne wergirtin, wekî plastîk, plastîkîzer û stabîlîzatorên plastîk (ftalatan û îzomerên wan), ekosîstemên deryayî, ax û avî û biotaya wan bi giranî gemarî dikin, bi vî rengî xetereyên avhewayê yên gerdûnî zêde dikin. Cûrbecûr cureyên mîkroplastîk, nanoplastîk, perçeyên plastîk û berhemên wan ên monomer ên jehrîn ên ji polîetîlen tereftalat (PET) hatine wergirtin, li Okyanûsa Pasîfîk a di navbera Amerîkaya Bakur û Başûrrojhilatê Asyayê de kom bûne û "Çîçeka Mezin a Pasîfîk a Zibil" pêk anîne, ku zirarê didin jiyana deryayî (Newell et al., 2020). Lêkolînên zanistî îspat kirine ku ne mimkûn e ku van gemar/bermayiyan bi tu rêbazên fîzîkî an kîmyewî werin rakirin. Di vê çarçoveyê de, mîkroorganîzmayên herî bikêrhatî ew in ku dikarin gemaran bi awayekî oksîdatîf veguherînin karbondîoksît, enerjiya kîmyewî û berhemên din ên ne-jehrîn ku di dawiyê de dikevin pêvajoyên din ên çerxkirina xurekê (H, O, N, S, P, Fe, hwd.). Ji ber vê yekê, têgihîştina ekofîzyolojiya mîkrobî ya mîneralîzasyona gemarên aromatîk û kontrola wê ya jîngehê ji bo nirxandina çerxa karbona mîkrobî, budceya karbona net û xetereyên avhewayê yên pêşerojê girîng e. Ji ber hewcedariya lezgîn a rakirina van pêkhateyan ji jîngehê, gelek eko-pîşesaziyên ku li ser teknolojiyên paqij disekinin derketine holê. Bi awayekî din, nirxandina bermayiyên pîşesaziyê/kîmyewiyên bermayî yên di ekosîsteman de kom bûne (ango nêzîkatiya ji bermayiyê ber bi dewlemendiyê ve) wekî yek ji stûnên armancên aboriya dorhêlî û pêşkeftina domdar tê hesibandin (Close et al., 2012). Ji ber vê yekê, têgihîştina aliyên metabolîk, enzîmatîk û genetîkî yên van namzetên hilweşîna potansiyel ji bo rakirina bi bandor û biyo-remediationa van gemarên aromatîk pir girîng e.
Di nav gelek gemarên aromatîk de, em girîngiyek taybetî didin PAH-ên giraniya molekulî ya kêm wekî naftalen û naftalenên cîgir. Ev pêkhate pêkhateyên sereke yên sotemeniyên ji petrolê, boyaxên tekstîlê, hilberên xerîdar, dermanên kêzikan (galokên perperok û dûrxistina kêzikan), plastîkîzer û tanîn in û ji ber vê yekê di gelek ekosîsteman de belav in (Preuss et al., 2003). Raportên dawî balê dikişînin ser kombûna konsantrasyonên naftalenê di sedimentên avîfer, avên binê erdê û axên binê erdê, deverên vadozê û nivînên çeman de, ku biyokombûna wê di jîngehê de pêşniyar dike (Duttagupta et al., 2019, 2020). Tabloya 2 taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî, sepandin û bandorên tenduristiyê yên naftalen û derivatên wê kurte dike. Li gorî PAH-ên din ên giraniya molekulî ya bilind, naftalen û derivatên wê kêmtir hîdrofobîk, bêtir di avê de çareser dibin û di ekosîsteman de bi berfirehî belav dibin, ji ber vê yekê ew pir caran wekî substratên model têne bikar anîn da ku metabolîzm, genetîk û cûrbecûr metabolîk a PAH-an lêkolîn bikin. Hejmareke mezin ji mîkroorganîzmayan dikarin naftalen û derivatên wê metabolîze bikin, û agahdariyên berfireh li ser rêyên metabolîk, enzîm û taybetmendiyên wan ên rêkûpêk hene (Mallick et al., 2011; Phale et al., 2019, 2020). Wekî din, naftalen û derivatên wê wekî pêkhateyên prototîp ji bo nirxandina qirêjiya jîngehê têne destnîşankirin ji ber pirbûna wan a zêde û biyoyarîbûna wan. Ajansa Parastina Jîngehê ya Dewletên Yekbûyî texmîn dike ku asta navînî ya naftalenê ji dûmana cixareyê, bi giranî ji şewitandina netemam, 5.19 μg serê metrekupî ye, û ji dûmana herikîna alî 7.8 heta 46 μg e, di heman demê de têkiliya bi kreozot û naftalenê re 100 heta 10,000 carî zêdetir e (Preuss et al. 2003). Bi taybetî naftalen hatiye dîtin ku jehrîbûna nefesê û kanserojenîtiya taybetî ya cure, herêm û zayendê heye. Li ser bingeha lêkolînên heywanan, Ajansa Navneteweyî ya Lêkolînên li ser Penceşêrê (IARC) naftalen wekî "kanserojenek gengaz a mirovan" dabeş kiriye (Koma 2B)1. Têkiliya bi naftalenên cîgir re, bi giranî bi rêya bêhnkirinê an jî bi rêya parenteral (devkî), dibe sedema zirara tevna pişikê û bûyerên tumorên pişikê di mişk û mişkan de zêde dike (Bernameya Toksîkolojiya Neteweyî 2). Bandorên tûj dilxelandin, vereşîn, êşa zik, îshal, serêş, tevlihevî, xwêdana zêde, ta, takîkardî, û hwd. Ji aliyekî din ve, hatiye ragihandin ku însektîsîd a karbamatê ya spektruma fireh karbarîl (1-naftîl N-metîlkarbamat) ji bo bêwerteberên avî, amfîbî, mêşhingivên hingiv û mirovan jehrî ye û hatiye nîşandan ku asetilkolînesteraz asteng dike ku dibe sedema felcê (Smulders et al., 2003; Bulen û Distel, 2011). Ji ber vê yekê, têgihîştina mekanîzmayên hilweşîna mîkrobî, rêziknameya genetîkî, reaksiyonên enzîmatîk û hucreyî ji bo pêşxistina stratejiyên biyo-rehabîlîtasyonê di jîngehên qirêj de girîng e.
Tabloya 2. Agahiyên berfireh li ser taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî, karanîn, rêbazên nasnameyê û nexweşiyên têkildar ên naftalen û derivatên wê.
Di nîşên qirêj de, gemarên aromatîk ên hîdrofobîk û lîpofîlîk dikarin bandorên cûrbecûr ên şaneyî li ser mîkrobioma jîngehê (civakê) çêbikin, wek guhertinên di şilbûna parzûnê de, permeabilîteya parzûnê, werimîna duqatî ya lîpîdan, têkçûna veguhastina enerjiyê (zincîra veguhastina elektronan/hêza motîvasyona protonê), û çalakiya proteînên bi parzûnê ve girêdayî (Sikkema et al., 1995). Wekî din, hin navberên çareserker ên wekî katekol û kînonan cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) çêdikin û bi DNA û proteînan re adduktan çêdikin (Penning et al., 1999). Bi vî rengî, pirbûna van pêkhateyan di ekosîsteman de zextek bijartî li ser civakên mîkrobî dike da ku di astên cûrbecûr ên fîzyolojîk de bibin hilweşînerên bi bandor, di nav de kişandin/veguhastin, veguherîna navxaneyî, asîmîlasyon/bikaranîn, û dabeşkirin.
Lêgerîneke li Projeya Daneyên Ribosomal-II (RDP-II) eşkere kir ku bi tevahî 926 cureyên bakteriyan ji medya an jî kulturên dewlemendkirinê yên bi naftalen an jî derivatîfên wê qirêj bûne hatine veqetandin. Koma Proteobacteria xwedî hejmara herî zêde ya nûneran bû (n = 755), piştre Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10), û bakteriyên nedabeşkirî (8) hatin (Wêne 2). Nûnerên γ-Proteobacteria (Pseudomonadales û Xanthomonadales) li ser hemî komên Gram-neyînî yên bi naveroka G+C ya bilind (%54) serdest bûn, di heman demê de Clostridiales û Bacillales (%30) komên Gram-pozîtîf bûn ku naveroka G+C ya nizm hebû. Hat ragihandin ku Pseudomonas (hejmara herî zêde, 338 cure) dikarin naftalen û derivatîfên wê yên metîl di gelek ekosîstemên qirêj de (qatrana komir, petrol, petrola xav, çilmisî, rijandina petrolê, ava qirêj, bermayiyên organîk û zeviyên depoyê) û her weha di ekosîstemên saxlem de (ax, çem, sedîment û ava binê erdê) hilweşînin (Wêne 2). Wekî din, lêkolînên dewlemendkirinê û analîza metagenomîk a hin ji van herêman eşkere kir ku cureyên Legionella û Clostridium ên neçandî dibe ku kapasîteya hilweşandinê hebe, ku nîşan dide ku pêdivî ye ku van bakteriyan werin çandin da ku rêyên nû û cihêrengiya metabolîk lêkolîn bikin.
Wêne 2. Cûrbecûrîya taksonomîk û belavbûna ekolojîk a nûnerên bakteriyan di jîngehên bi naftalen û derivatîfên naftalenê qirêjbûyî de.
Di nav mîkroorganîzmayên cihêreng ên ku hîdrokarbonên aromatîk hilweşînin de, piraniya wan dikarin naftalenê wekî çavkaniya yekane ya karbon û enerjiyê hilweşînin. Rêzeya bûyerên ku di metabolîzma naftalenê de cih digirin ji bo Pseudomonas sp. hatiye vegotin. (şaneyên: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 û CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 û şaneyên din (ND6 û AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1996; Annweiler et al., 2000; Basu et al., 2003; Dennis û Zylstra, 2004; Sota et al., 2006; Metabolîzm ji hêla dîoksîjenazek pir-pêkhateyî ve tê destpêkirin [naftalen dîoksîjenaz (NDO), dîoksîjenazek hîdroksîlkirina zengilê] ku oksîdasyona yek ji zengilên aromatîk ên naftalenê katalîze dike bi karanîna oksîjena molekulî wekî substrata din, naftalenê vediguherîne cis-naftalenediol (Wêne 3). Cis-dihîdrodîol bi rêya dehydrogenaz. Dîoksîjenazeke zengil-qetandinê, 1,2-dîhîdroksînaftalen dîoksîjenaz (12DHNDO), 1,2-dîhîdroksînaftalen vediguherîne asîda 2-hîdroksîkromen-2-karboksîlîk. Îzomerîzasyona enzîmatîk a cis-trans trans-o-hîdroksîbenzîlîdenpîruvat çêdike, ku ji hêla hîdrataz aldolaz ve vediguherîne aldehîda salîsîlîk û pîruvat. Pîruvata asîda organîk yekem pêkhateya C3 bû ku ji îskeleta karbona naftalen derket û ber bi rêya karbona navendî ve hate rêve kirin. Wekî din, salicylaldehyde dehydrogenaz a girêdayî NAD+ salîsylaldehyde vediguherîne asîda salîsîlîk. Metabolîzma di vê qonaxê de wekî "rêya jorîn" a hilweşandina naftalen tê binavkirin. Ev rê di piraniya bakteriyan de ku naftalen hilweşînin pir gelemperî ye. Lêbelê, çend îstîsna hene; mînakî, di Bacillus hamburgii 2 ya termofîlîk de, hilweşandina naftalen ji hêla naftalen 2,3-dîoksîjenaz ve tê destpêkirin da ku çêbibe. 2,3-dihydroxynaphthalene (Annweiler et al., 2000).
Wêne 3. Rêyên hilweşîna naftalen, metîlnaftalen, asîda naftoîk, û karbarîl. Hejmarên dorpêçkirî enzîmên berpirsiyar ji bo veguherîna rêze-demî ya naftalen û derivatên wê bo berhemên paşîn temsîl dikin. 1 — naftalen dîoksîjenaz (NDO); 2, cis-dihîdrodîol dehîdrojenaz; 3, 1,2-dîhîdroksînaftalen dîoksîjenaz; 4, 2-hîdroksîkromen-2-asîda karboksîlîk îzomeraz; 5, trans-O-hîdroksîbenzîlîdenpîruvat hîdrataz aldolas; 6, salîsîlaldehîd dehîdrojenaz; 7, salîsîlat 1-hîdroksîlaz; 8, katekol 2,3-dîoksîjenaz (C23DO); 9, 2-hîdroksîmûkonat nîvaldehîd dehîdrojenaz; 10, 2-oksopent-4-enoat hîdrataz; 11, 4-hîdroksî-2-oksopentanoat aldolas; 12, asetaldeîd dehîdrojenaz; 13, katekol-1,2-dîoksîjenaz (C12DO); 14, mukonat sîkloîzomeraz; 15, mukonolakton delta-îzomeraz; 16, β-ketoadîpatenollakton hîdrolaz; 17, β-ketoadîpat sûksînîl-CoA transferaz; 18, β-ketoadîpat-CoA tîolaz; 19, sûksînîl-CoA: asetil-CoA sûksînîltransferaz; 20, salîsîlat 5-hîdroksîlaz; 21 – gentîsat 1,2-dîoksîjenaz (GDO); 22, maleîlpîruvat îzomeraz; 23, fûmarîlpîruvat hîdrolaz; 24, metîlnaftalîn hîdroksîlaz (NDO); 25, hîdroksîmetîlnaftalîn dehîdrojenaz; 26, naftaldeîd dehîdrojenaz; 27, oksîdaza asîda 3-formîlsalîsîlîk; 28, hîdroksîîzoftalat dekarboksîlaz; 29, karbarîl hîdrolaz (CH); 30, 1-naftol-2-hîdroksîlaz.
Li gorî organîzmayê û pêkhateya wî ya genetîkî, asîda salîsîlîk a ku çêdibe, an bi rêya rêya katekolê bi karanîna salîsîlat 1-hîdroksîlazê (S1H) an jî bi rêya rêya gentisate bi karanîna salîsîlat 5-hîdroksîlazê (S5H) tê metabolîzekirin (Wêne 3). Ji ber ku asîda salîsîlîk di metabolîzma naftalenê de navbeynkara sereke ye (rêya jorîn), gavên ji asîda salîsîlîk ber bi navbeynkara TCA pir caran wekî rêya jêrîn têne binavkirin, û gen di yek operonê de têne rêxistin. Gelek caran tê dîtin ku genên di operona rêya jorîn (nah) û operona rêya jêrîn (sal) de ji hêla faktorên rêkûpêk ên hevpar ve têne rêve kirin; mînakî, NahR û asîda salîsîlîk wekî înduktor tevdigerin, ku dihêle her du operon jî naftalenê bi tevahî metabolîze bikin (Phale et al., 2019, 2020).
Herwiha, katekol bi rêya rêya meta ji aliyê katekol 2,3-dîoksîjenaz (C23DO) ve bi awayekî çerxî tê parçekirin û dibe 2-hîdroksîmukonat semîaldehîd (Yen et al., 1988) û ji aliyê 2-hîdroksîmukonat semîaldehîd hîdrolaz ve jî tê hîdrolîzkirin da ku bibe 2-hîdroksîpent-2,4-dîenoîk asîd. Dûv re 2-hîdroksîpent-2,4-dîenoat ji aliyê hîdratazekê (2-oksopent-4-enoat hîdrataz) û aldolazekê (4-hîdroksî-2-oksopentanoat aldolaz) ve dibe pîruvat û asetaldehîd û dû re dikeve rêya karbonê ya navendî (Wêne 3). Bi awayekî din, katekol bi rêya rêya orto ji aliyê katekol 1,2-oksîjenaz (C12DO) ve bi awayekî çerxî tê parçekirin û dibe cis,cis-mukonat. Sîkloîzomerazê mukonatê, îzomerazê mukonolaktonê, û hîdrolaza β-ketoadipate-nollactonê cis,cis-mukonatê vediguherînin 3-oksoadipate, ku bi rêya succinyl-CoA û asetil-CoA dikeve rêya karbonê ya navendî (Nozaki et al., 1968) (Wêne 3).
Di rêça gentisate (2,5-dihydroxybenzoate) de, zengila aromatîk ji hêla gentisate 1,2-dioxygenase (GDO) ve tê parçekirin da ku maleylpyruvate çêbike. Ev berhem dikare rasterast were hîdrolîz kirin bo pîruvat û malat, an jî ew dikare were îzomerîze kirin da ku fumarylpyruvate çêbike, ku dûv re dikare were hîdrolîz kirin bo pîruvat û fumarat (Larkin û Day, 1986). Hilbijartina rêça alternatîf hem di bakteriyên Gram-neyînî û hem jî di astên biyokîmyayî û genetîkî de hatiye dîtin (Morawski et al., 1997; Whyte et al., 1997). Bakteriyên Gram-neyînî (Pseudomonas) tercîh dikin ku asîda salîsîlîk bikar bînin, ku teşwîqkerek metabolîzma naftalenê ye, wê bi karanîna salîsîlat 1-hîdroksîlazê dekarboksîle dikin bo katekolê (Gibson û Subramanian, 1984). Ji aliyekî din ve, di bakteriyên Gram-pozîtîf (Rhodococcus) de, salîsîlat 5-hîdroksîlaz asîda salîsîlîk vediguherîne asîda gentîsîk, lê asîda salîsîlîk bandorek enduksîyonê li ser transkrîpsiyona genên naftalenê nake (Grund et al., 1992) (Wêne 3).
Hatiye ragihandin ku cureyên wekî Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas û cureyên Mycobacterium dikarin monometîlnaftalen an jî dîmetîlnaftalen hilweşînin (Dean-Raymond û Bartha, 1975; Cane û Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999). Di nav wan de, rêya hilweşîna 1-metîlnaftalen û 2-metîlnaftalen a Pseudomonas sp. CSV86 bi awayekî zelal di astên biyokîmyayî û enzîmatîk de hatiye lêkolînkirin (Mahajan et al., 1994). 1-Metîlnaftalen bi du rêyan tê metabolîzekirin. Pêşî, zengila aromatîk tê hîdroksîlkirin (zengila neguherî ya metîlnaftalenê) da ku cis-1,2-dîhîdroksî-1,2-dîhîdro-8-metîlnaftalenê çêbike, ku paşê ber bi metîl salîsîlat û metîlkatekolê ve tê oksîdkirin, û dûv re piştî parçekirina zengilê dikeve rêya karbonê ya navendî (Wêne 3). Ev rê wekî "rêya çavkaniya karbonê" tê binavkirin. Di "rêya detoksîfîkasyonê" ya duyemîn de, koma metîl dikare ji hêla NDO ve were hîdroksîlkirin da ku 1-hîdroksîmetîlnaftalenê çêbike, ku paşê ber bi asîda 1-naftoikî ve tê oksîdkirin û wekî hilberek bê encam di nav navgîniya çandiniyê de tê derxistin. Lêkolînan nîşan dane ku cureya CSV86 nikare li ser asîda 1- û 2-naftoikî wekî çavkaniya karbon û enerjiyê ya yekane mezin bibe, ku rêya wê ya detoksîfîkasyonê piştrast dike (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). Di 2-metîlnaftalenê de, koma metîl ji hêla hîdroksîlazê ve hîdroksîlasyonê derbas dike da ku 2-hîdroksîmetîlnaftalenê çêbike. Herwiha, xeleka neguherî ya xeleka naftalenê hîdroksîlasyona xelekê derbas dike da ku dihîdrodîolek çêbike, ku di rêze reaksiyonên katalîzkirî yên enzîmê de dibe 4-hîdroksîmetîlkatekol û bi rêya rêya parçekirina meta-xelekê dikeve rêya karbonê ya navendî. Bi heman awayî, hat ragihandin ku S. paucimobilis 2322 NDO bikar tîne da ku 2-metîlnaftalenê hîdroksîle bike, ku piştre tê oksîdekirin da ku metîl salîsîlat û metîlkatekol çêbike (Dutta et al., 1998).
Asîdên naftoîk (cîgir/necîgir) berhemên alîgir ên detoksîfîkasyon/biyotransformasyonê ne ku di dema hilweşandina metîlnaftalîn, fenantren û antrasenê de çêdibin û di nav navgîniya çandiniya xerckirî de têne berdan. Hatiye ragihandin ku îzolekirina axê Stenotrophomonas maltophilia CSV89 dikare asîda 1-naftoîk wekî çavkaniyek karbonê metabolîze bike (Phale et al., 1995). Metabolîzm bi dîhîdroksîlasyona zengila aromatîk dest pê dike da ku 1,2-dîhîdroksî-8-karboksînaftalen çêbike. Dîola ku derdikeve holê bi rêya 2-hîdroksî-3-karboksîbenzîlîdenpîruvat, asîda 3-formîlsalîsîlîk, asîda 2-hîdroksîîzoftalîk û asîda salîsîlîk ve dibe katekol oksîdkirî û bi rêya rêya parçekirina meta-zengilê dikeve rêya karbona navendî (Wêne 3).
Karbarîl dermanek ji kêzikên naftîl karbamat e. Ji Şoreşa Kesk a li Hindistanê di salên 1970-an de, karanîna gubre û dermanên kêzikan bûye sedema zêdebûna emisyonên hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) ji çavkaniyên ne-xalî yên çandiniyê (Pingali, 2012; Duttagupta et al., 2020). Tê texmînkirin ku %55 (85,722,000 hektar) ji tevahiya erdê çandiniyê li Hindistanê bi dermanên kêzikan ên kîmyewî tê dermankirin. Di pênc salên dawî de (2015–2020), sektora çandiniyê ya Hindistanê salane bi navînî 55,000 heta 60,000 ton dermanên kêzikan bikar aniye (Wezareta Kooperatîf û Refaha Cotkaran, Wezareta Çandiniyê, Hikûmeta Hindistanê, Tebaxa 2020). Li deştên Gangetîk ên bakur û navendî (dewletên ku nifûs û dendika nifûsê herî zêde ne), karanîna dermanên kêzikan li ser çandiniyan pir belav e, û dermanên kêzikan serdest in. Karbarîl (1-naftîl-N-metîlkarbamat) kêzikkujiyek karbamat a bi spektrumek berfireh, navîn heta pir jehrîn e ku di çandiniya Hindistanê de bi rêjeya navînî ya 100-110 tonan tê bikar anîn. Ew bi gelemperî bi navê bazirganî Sevin tê firotin û ji bo kontrolkirina kêzikan (mêşhingiv, mêşên agir, kêzik, hirç û gelek kêzikên din ên derve) tê bikar anîn ku bandorê li cûrbecûr çandiniyan dikin (genim, soya, pembû, fêkî û sebze). Hin mîkroorganîzmayên wekî Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus û Arthrobacter jî dikarin ji bo kontrolkirina kêzikên din werin bikar anîn. Hatiye ragihandin ku RC100 dikare karbarîl hilweşîne (Larkin û Day, 1986; Chapalamadugu û Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha û Phale, 2005; Trivedi et al., 2017). Rêya hilweşîna karbarîl di astên biyokîmyayî, enzîmatîk û genetîkî de di îzolasyonên axê yên Pseudomonas sp. Trainên C4, C5 û C6 de bi berfirehî hatiye lêkolîn kirin (Swetha û Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (Wêne 3). Rêya metabolîk bi hîdrolîza girêdana ester ji hêla karbarîl hîdrolaz (CH4) ve dest pê dike da ku 1-naftol, metîlamîn û karbondîoksît çêbike. Dû re 1-naftol ji hêla 1-naftol hîdroksîlazê (1-NH) ve vediguhere 1,2-dîhîdroksînaftalenê, ku bi rêya rêça karbonê ya navendî bi rêya salîsîlat û gentîzatê tê metabolîzekirin. Hatiye ragihandin ku hin bakteriyên ku karbarîl hilweşînin wê bi rêya parçekirina zengila orto ya katekolê vediguherînin asîda salîsîlîk (Larkin û Day, 1986; Chapalamadugu û Chaudhry, 1991). Bi taybetî, bakteriyên ku naftalen hilweşînin bi giranî asîda salîsîlîk bi rêya katekolê metabolîze dikin, lê bakteriyên ku karbarîl hilweşînin tercîh dikin ku asîda salîsîlîk bi rêya rêça gentîzatê metabolîze bikin.
Asîda naftalensulfonîk/asîda dîsulfonîk û derivatîfên asîda naftîlamînsulfonîk dikarin wekî navbeynkar di hilberîna boyaxên azo, ajanên şilkirinê, belavkeran û hwd. de werin bikar anîn. Her çend van pêkhateyan ji bo mirovan jehrîbûnek kêm hebe jî, nirxandinên sîtotoksîkbûnê nîşan dane ku ew ji bo masî, dafniya û algayan kujer in (Greim et al., 1994). Hat ragihandin ku nûnerên cinsê Pseudomonas (trênên A3, C22) metabolîzmê bi hîdroksîlasyona ducarî ya zengila aromatîk a ku koma asîda sulfonîk dihewîne dest pê dikin da ku dihîdrodîolek çêbikin, ku paşê bi parçekirina xweber a koma sulfît veguherî 1,2-dîhîdroksînaftalen (Brilon et al., 1981). 1,2-dîhîdroksînaftalena ku ji vê yekê derdikeve bi rêya rêça naftalena klasîk, ango rêya katekol an gentisate, tê katabolîzekirin (Wêne 4). Hatiye nîşandan ku asîda aminonaftalensulfonîk û asîda hîdroksînaftalensulfonîk dikarin bi tevahî ji hêla konsorsiyûmên bakteriyan ên tevlihev ve bi rêyên katabolîk ên temamker werin hilweşandin (Nortemann et al., 1986). Hatiye nîşandan ku endamek konsorsiyûmê asîda aminonaftalensulfonîk an asîda hîdroksînaftalensulfonîk bi 1,2-dîoksîjenasyonê bêsulfûr dike, di heman demê de amînosalîsîlat an hîdroksîsalîsîlat wekî metabolîtek bê encam tê berdan nav navgîniya çandî û paşê ji hêla endamên din ên konsorsiyûmê ve tê girtin. Asîda naftalendîsulfonîk nisbeten polar e lê biyodegradable kêm e û ji ber vê yekê dikare bi rêyên cûda were metabolîzekirin. Bêsulfûrkirina yekem di dema dîhîdroksîlasyona regioselektîf a zengila aromatîk û koma asîda sulfonîk de çêdibe; Desulfurîzasyona duyemîn di dema hîdroksîlasyona asîda 5-sulfosalîsîlîk de ji hêla asîda salîsîlîk 5-hîdroksîlazê ve çêdibe da ku asîda gentîsîk çêbike, ku dikeve rêya karbonê ya navendî (Brilon et al., 1981) (Wêne 4). Enzîmên berpirsiyar ji bo hilweşandina naftalenê berpirsiyarê metabolîzma naftalen sulfonatê ne jî (Brilon et al., 1981; Keck et al., 2006).
Wêne 4. Rêyên metabolîk ji bo hilweşandina naftalen sulfonate. Hejmarên di hundirê çemberan de enzîmên berpirsiyar ji bo metabolîzma naftîl sulfonate temsîl dikin, ku dişibin/yeksan in bi enzîmên ku di Wêne 3 de hatine vegotin.
PAH-ên giraniya molekulî ya kêm (LMW-PAH) kêmker, hîdrofobîk û kêm çareserker in, û ji ber vê yekê ji bo hilweşîn/hilweşîna xwezayî ne hesas in. Lêbelê, mîkroorganîzmayên aerobîk dikarin bi kişandina oksîjena molekulî (O2) wê oksîde bikin. Ev enzîm bi giranî aîdî çîna oksîdoredûktazan in û dikarin reaksiyonên cûrbecûr pêk bînin wekî hîdroksîlasyona zengila aromatîk (mono- an dihîdroksîlasyon), dehîdrojenasyon û şikandina zengila aromatîk. Berhemên ku ji van reaksiyonan têne bidestxistin di rewşek oksîdasyonê ya bilindtir de ne û bi rêya rêça karbonê ya navendî bi hêsanî têne metabolîzekirin (Phale et al., 2020). Hat ragihandin ku enzîmên di rêça hilweşandinê de teşwîqker in. Dema ku hucre li ser çavkaniyên karbonê yên hêsan ên wekî glukoz an asîdên organîk têne mezin kirin, çalakiya van enzîman pir kêm an jî hindik e. Tabloya 3 enzîmên cûrbecûr (oksîjenaz, hîdrolaz, dehîdrojenaz, oksîdaz, hwd.) ên ku di metabolîzma naftalen û derivatîfên wê de beşdar in, kurte dike.
Tabloya 3. Taybetmendiyên biyokîmyayî yên enzîmên berpirsiyar ji bo hilweşandina naftalen û derivatên wê.
Lêkolînên radyoîzotopê (18O2) nîşan dane ku tevlîkirina molekulî ya O2 di nav zengilên aromatîk de ji hêla oksîjenazan ve gava herî girîng e di çalakkirina biyodegradasyona bêtir a pêkhateyekê de (Hayaishi et al., 1955; Mason et al., 1955). Têkelkirina yek atomek oksîjenê (O) ji oksîjena molekulî (O2) di nav substratê de ji hêla monooksîjenazên endojen an jî eksojen (ku jê re hîdroksîlaz jî tê gotin) ve tê destpêkirin. Atomek din a oksîjenê vediguhere avê. Monoksîjenazên eksojen flavîn bi NADH an NADPH kêm dikin, lê di endomonooksîjenaz de flavîn ji hêla substratê ve tê kêm kirin. Cihê hîdroksîlasyonê dibe sedema cûrbecûrbûnê di avakirina hilberê de. Mînakî, salîsîlat 1-hîdroksîlaz asîda salîsîlîk di pozîsyona C1 de hîdroksîl dike, katekol çêdike. Ji aliyekî din ve, salîsîlat 5-hîdroksîlaza pir-pêkhateyî (ku tê de redûktaz, ferredoksîn û jêr-yekîneyên oksîjenazê hene) asîda salîsîlîk li pozîsyona C5 hîdroksîl dike, û asîda gentîsîk çêdike (Yamamoto et al., 1965).
Dîoksîjenaz du atomên O2 dixin nav substratê. Li gorî berhemên ku çêdibin, ew dibin du beş: dîoksîjenazên hîdroksîlkirina zengilê û dîoksîjenazên şikandina zengilê. Dîoksîjenazên hîdroksîlkirina zengilê substratên aromatîk vediguherînin cis-dihîdrodîolan (mînak, naftalen) û di nav bakteriyan de belav in. Heta niha, hatiye nîşandan ku organîzmayên ku dîoksîjenazên hîdroksîlkirina zengilê dihewînin, dikarin li ser çavkaniyên karbonê yên aromatîk ên cûrbecûr mezin bibin, û ev enzîm wekî NDO (naftalen), toluen dîoksîjenaz (TDO, toluen), û bîfenîl dîoksîjenaz (BPDO, bîfenîl) têne dabeş kirin. Hem NDO û hem jî BPDO dikarin oksîdasyona ducarî û hîdroksîlasyona zincîra alî ya cûrbecûr hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (toluene, nîtrotoluene, ksîlen, etîlbenzen, naftalen, bîfenîl, flûoren, îndol, metîlnaftalen, naftalensulfonat, fenantren, antrasen, asetofenon, hwd.) katalîz bikin (Boyd û Sheldrake, 1998; Phale et al., 2020). NDO pergalek pir-pêkhate ye ku ji oksîdoredûktazek, ferredoksînek, û pêkhateyek oksîjenazê ya ku cîhê çalak dihewîne pêk tê (Gibson û Subramanian, 1984; Resnick et al., 1996). Yekîneya katalîtîk a NDO ji yekîneyeke α ya mezin û yekîneyeke β ya piçûk pêk tê ku di konfigurasyonek α3β3 de hatine rêzkirin. NDO aîdî malbateke mezin a oksîjenazan e û yekîneya wê ya α cihekî Rieske [2Fe-2S] û hesinekî ne-hem ê mononukleerî dihewîne, ku taybetmendiya substratê ya NDO diyar dike (Parales et al., 1998). Bi gelemperî, di yek çerxeya katalîtîk de, du elektron ji kêmkirina nukleotîda pîrîdînê bi rêya redûktazekê, ferredoksînekê û cihekî Rieske bo îyona Fe(II) ya di cihê çalak de têne veguheztin. Hevsengên kêmkirinê oksîjena molekulî çalak dikin, ku ev şertek ji bo dihîdroksîlasyona substratê ye (Ferraro et al., 2005). Heta niha, tenê çend NDO ji şaneyên cûda bi hûrgilî hatine paqijkirin û taybetmendîkirin û kontrola genetîkî ya rêyên ku di hilweşandina naftalenê de beşdar in bi hûrgilî hatiye lêkolîn kirin (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003). Dîoksîjenazên zengil-qetandinê (enzîmên endo- an orto-qetandina zengilê û enzîmên eksodîol- an meta-qetandina zengilê) li ser pêkhateyên aromatîk ên hîdroksîlkirî tevdigerin. Bo nimûne, dîoksîjenazên zengil-qetandinê yên orto katekol-1,2-dîoksîjenaz e, lê dîoksîjenazên zengil-qetandinê yên meta katekol-2,3-dîoksîjenaz e (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). Ji bilî oksîjenazên cûrbecûr, gelek dehîdrojenaz jî hene ku berpirsiyarê dehîdrojenasyona dihîdrodîol, alkol û aldeîdên aromatîk in û NAD+/NADP+ wekî wergirên elektronan bikar tînin, ku hin ji enzîmên girîng in ku di metabolîzmê de beşdar in (Gibson û Subramanian, 1984; Shaw û Harayama, 1990; Fahle et al., 2020).
Enzîmên wekî hîdrolaz (esteraz, amîdaz) duyemîn çîna girîng a enzîman in ku avê bikar tînin da ku girêdanên kovalent bişkînin û taybetmendiyek berfireh a substratê nîşan bidin. Karbarîl hîdrolaz û hîdrolazên din wekî pêkhateyên perîplazmayê (transmembran) di endamên bakteriyên Gram-neyînî de têne hesibandin (Kamini et al., 2018). Karbarîl hem girêdanek amîd û hem jî ester heye; ji ber vê yekê, ew dikare ji hêla esteraz an amîdaz ve were hîdrolîz kirin da ku 1-naftol çêbike. Hat ragihandin ku karbarîl di Rhizobium rhizobium strain AC10023 û Arthrobacter strain RC100 de bi rêzê ve wekî esteraz û amîdaz tevdigere. Karbarîl di Arthrobacter strain RC100 de jî wekî amîdaz tevdigere. Hatiye nîşandan ku RC100 çar însektîsîdên çîna N-metîlkarbamatê wekî karbarîl, metomîl, asîda mefenamîk û XMC hîdrolîz dike (Hayaatsu et al., 2001). Hat ragihandin ku CH di Pseudomonas sp. C5pp de dikare li ser karbarîl (çalakiya 100%) û 1-naftîl asetat (çalakiya 36%) bandor bike, lê li ser 1-naftîlasetamîdê bandor nake, ev jî nîşan dide ku ew esterazek e (Trivedi et al., 2016).
Lêkolînên biyokîmyayî, şêweyên rêkxistina enzîman, û analîzên genetîkî nîşan dane ku genên hilweşîna naftalenê ji du yekîneyên rêkxistina tetikbar an "operon" pêk tên: nah ("rêya jorîn", ku naftalenê vediguherîne asîda salîsîlîk) û sal ("rêya jêrîn", ku asîda salîsîlîk bi rêya katekolê vediguherîne rêya karbonê ya navendî). Asîda salîsîlîk û analogên wê dikarin wekî tetikker tevbigerin (Shamsuzzaman û Barnsley, 1974). Di hebûna glukozê an asîdên organîk de, operon tê tepeserkirin. Wêne 5 rêxistina genetîkî ya tevahî ya hilweşîna naftalenê nîşan dide (di forma operonê de). Çend guhertoyên/formên bi navkirî yên gena nah (ndo/pah/dox) hatine vegotin û di nav hemî cureyên Pseudomonas de homologiya rêza bilind (90%) heye (Abbasian et al., 2016). Genên rêya jorîn a naftalenê bi gelemperî bi rêzek lihevkirî hatine rêzkirin wekî ku di Wêne 5A de tê xuyang kirin. Genek din, nahQ, jî hat ragihandin ku di metabolîzma naftalenê de beşdar e û bi gelemperî di navbera nahC û nahE de cih digire, lê fonksiyona wê ya rastîn hîn nehatiye zelalkirin. Bi heman awayî, gena nahY, ku berpirsiyarê kemotaksîsa hesas a naftalenê ye, di hin endaman de li dawiya dûr a operona nah hat dîtin. Di Ralstonia sp. de, gena U2 ya ku koda glutathione S-transferase (gsh) dike hat dîtin ku di navbera nahAa û nahAb de ye lê bandor li taybetmendiyên karanîna naftalenê nekir (Zylstra et al., 1997).
Wêne 5. Rêxistina genetîkî û cihêrengiya ku di dema hilweşîna naftalenê de di nav cureyên bakteriyan de tê dîtin; (A) Rêya jorîn a naftalenê, metabolîzma naftalenê bo asîda salîsîlîk; (B) Rêya jêrîn a naftalenê, asîda salîsîlîk bi rêya katekolê ber bi rêya karbona navendî; (C) asîda salîsîlîk bi rêya gentîzatê ber bi rêya karbona navendî.
"Rêya jêrîn" (operona sal) bi gelemperî ji nahGTHINLMOKJ pêk tê û salîsîlatê vediguherîne pîruvat û asetaldehîdê bi rêya rêya parçekirina katekolê. Gena nahG (ku salîsîlat hîdroksîlazê kod dike) li dawiya nêzîk a operonê parastî hat dîtin (Wêne 5B). Li gorî şaneyên din ên ku naftalenê hilweşînin, di P. putida CSV86 de operonên nah û sal tandem in û pir nêzîkî hev in (nêzîkî 7.5 kb). Di hin bakteriyên Gram-neyînî de, wek Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, û P. putida AK5, naftalen wekî metabolîtek karbonê ya navendî bi rêya rêya gentisate (bi şiklê operona sgp/nag) tê metabolîzekirin. Kaseta genê bi gelemperî bi şêweya nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI tê temsîlkirin, ku nagR (ku rêkxerêkeke celebê LysR kod dike) li dawiya jorîn e (Wêne 5C).
Karbarîl bi rêya metabolîzma 1-naftol, 1,2-dîhîdroksînaftalen, asîda salîsîlîk û asîda gentîsîk dikeve nav çerxa karbona navendî (Wêne 3). Li ser bingeha lêkolînên genetîkî û metabolîk, hatiye pêşniyar kirin ku ev rê li "jor" (veguherîna karbarîl bo asîda salîsîlîk), "navîn" (veguherîna asîda salîsîlîk bo asîda gentîsîk), û "jêr" (veguherîna asîda gentîsîk bo navbeynkarên rêya karbona navendî) were dabeş kirin (Singh et al., 2013). Analîza genomîk a C5pp (supercontig A, 76.3 kb) eşkere kir ku gena mcbACBDEF di veguherîna karbarîl bo asîda salîsîlîk de beşdar e, dû re mcbIJKL di veguherîna asîda salîsîlîk bo asîda gentîsîk de, û mcbOQP di veguherîna asîda gentîsîk bo navbeynkarên karbona navendî (fumarat û pîruvat, Trivedi et al., 2016) de beşdar e (Wêne 6).
Hatiye ragihandin ku enzîmên ku di hilweşandina hîdrokarbonên aromatîk de beşdar in (di nav de naftalen û asîda salîsîlîk) dikarin ji hêla pêkhateyên têkildar ve werin çalakkirin û ji hêla çavkaniyên karbonê yên hêsan ên wekî glukoz an asîdên organîk ve werin astengkirin (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020). Di nav rêyên metabolîk ên cûrbecûr ên naftalen û derivatîfên wê de, taybetmendiyên rêkûpêk ên naftalen û karbarîl heta radeyekê hatine lêkolîn kirin. Ji bo naftalenê, genên di her du rêyên jorîn û jêrîn de ji hêla NahR ve têne rêve kirin, ku rêkûpêkek erênî ya trans-aktîf a celebê LysR ye. Ew ji bo çalakkirina gena nah ji hêla asîda salîsîlîk û îfadeya wê ya asta bilind a paşîn hewce ye (Yen û Gunsalus, 1982). Wekî din, lêkolînan nîşan dane ku faktora mêvandar a entegratîf (IHF) û XylR (rêjekulatorê transkrîpsiyonê yê girêdayî sigma 54) jî ji bo çalakkirina transkrîpsiyonê ya genan di metabolîzma naftalenê de krîtîk in (Ramos et al., 1997). Lêkolînan nîşan daye ku enzîmên rêya vekirina meta-zengila katekolê, ango katekol 2,3-dîoksîjenaz, di hebûna naftalen û/an asîda salîsîlîk de têne çalakirin (Basu et al., 2006). Lêkolînan nîşan daye ku enzîmên rêya vekirina orto-zengila katekolê, ango katekol 1,2-dîoksîjenaz, di hebûna asîda benzoîk û cis,cis-mukonatê de têne çalakirin (Parsek et al., 1994; Tover et al., 2001).
Di cureya C5pp de, pênc gen, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR û mcbS, rêkxerên aîdî malbata rêkxerên transkrîpsiyonê ya LysR/TetR kod dikin ku berpirsiyarê kontrolkirina hilweşîna karbarîl in. Hat dîtin ku gena homolog mcbG bi rêkxerê celebê LysR PhnS (nasnameya asîda amînî ya 58%) ku di metabolîzma fenantrenê de di Burkholderia RP00725 de beşdar e, herî nêzîk e (Trivedi et al., 2016). Hat dîtin ku gena mcbH di rêça navîn de (veguherîna asîda salîsîlîk bo asîda gentisîk) beşdar e û aîdî rêkxerê transkrîpsiyonê ya celebê LysR NagR/DntR/NahR di Pseudomonas û Burkholderia de ye. Hat ragihandin ku endamên vê malbatê asîda salîsîlîk wekî molekulek bandorker a taybetî ji bo çalakkirina genên hilweşînê nas dikin. Ji aliyekî din ve, sê gen, mcbN, mcbR û mcbS, ku aîdî rêkxerên transkrîpsiyonê yên celebê LysR û TetR in, di rêça jêrîn de (metabolîtên rêça karbonê ya navendî-gentisate) hatin destnîşankirin.
Di prokaryotan de, pêvajoyên veguhastina genan ên horizontî (bidestxistin, guhertin, an veguhastin) bi rêya plazmîd, transpozon, profaj, giravên genomîk, û elementên konjugatîf ên entegratîf (ICE) sedemên sereke yên plastîkbûnê di genomên bakteriyan de ne, ku dibin sedema qezenckirin an windakirina fonksiyon/taybetmendiyên taybetî. Ew dihêle ku bakterî bi lez li gorî şert û mercên hawîrdorê yên cûda biguncin, û avantajên metabolîk ên adapteyî yên potansiyel ji bo mêvandar peyda dike, wekî hilweşandina pêkhateyên aromatîk. Guhertinên metabolîk pir caran bi rêya mîhengkirina hûr a operonên hilweşandinê, mekanîzmayên wan ên rêkûpêk, û taybetmendiyên enzîmê têne bidestxistin, ku hilweşandina rêzek firehtir a pêkhateyên aromatîk hêsan dike (Nojiri et al., 2004; Phale et al., 2019, 2020). Kasetên genan ji bo hilweşandina naftalenê hatine dîtin ku li ser cûrbecûr elementên mobîl ên wekî plazmîd (konjugatîf û ne-konjugatîf), transpozon, genom, ICE, û tevliheviyên cureyên bakteriyan ên cûda cih digirin (Wêne 5). Di Pseudomonas G7 de, operonên nah û sal ên plazmîda NAH7 bi heman arasteyê têne nivîsandin û beşek ji transpozonek xelet in ku ji bo seferberiyê transposaz Tn4653 hewce dike (Sota et al., 2006). Di şaneya Pseudomonas NCIB9816-4 de, gen li ser plazmîda konjugatîf pDTG1 wekî du operon (bi qasî 15 kb ji hev dûr) hate dîtin ku di aliyên dijber de hatin nivîsandin (Dennis û Zylstra, 2004). Di şaneya Pseudomonas putida AK5 de, plazmîda ne-konjugatîf pAK5 enzîma berpirsiyar a hilweşandina naftalenê bi rêya rêça gentisate kod dike (Izmalkova et al., 2013). Di şaneya Pseudomonas PMD-1 de, operona nah li ser kromozomê ye, lê operona sal li ser plazmîda konjugatîf pMWD-1 ye (Zuniga et al., 1981). Lêbelê, di Pseudomonas stutzeri AN10 de, hemî genên hilweşîna naftalenê (operonên nah û sal) li ser kromozomê ne û bi îhtimaleke mezin bi rêya bûyerên transpozîsyon, rekombînasyon û ji nû ve rêzkirinê têne wergirtin (Bosch et al., 2000). Di Pseudomonas sp. CSV86 de, operonên nah û sal di genomê de bi şiklê ICE (ICECSV86) cih digirin. Avahiya wê ji hêla tRNAGly ve tê parastin û dûv re dubarekirinên rasterast nîşan didin ku cihên rekombînasyon/girêdanê (attR û attL) û entegrazek mîna fajê ku li her du dawiya tRNAGly de cih digire, bi vî rengî ji hêla avahiyê ve dişibin hêmana ICEclc (ICEclcB13 di Pseudomonas knackmusii de ji bo hilweşîna klorokatekolê). Hatiye ragihandin ku genên li ser ICE dikarin bi rêya konjugasyonê bi frekanseke veguhestinê ya pir kêm (10-8) werin veguhastin, bi vî awayî taybetmendiyên hilweşandinê digihîjin wergir (Basu û Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Piraniya genên berpirsiyarê hilweşandina karbarîl li ser plazmîdan cih digirin. Arthrobacter sp. RC100 sê plazmîdan dihewîne (pRC1, pRC2 û pRC300) ku ji wan du plazmîdên konjugatîf, pRC1 û pRC2, enzîmên ku karbarîl vediguherînin gentîzatê kod dikin. Ji aliyekî din ve, enzîmên ku di veguherîna gentîzatê bo metabolîtên karbonê yên navendî de beşdar in li ser kromozomê cih digirin (Hayaatsu et al., 1999). Bakteriyên ji cinsê Rhizobium. Şêweya AC100, ku ji bo veguherîna karbarîl bo 1-naftol tê bikar anîn, plazmîda pAC200 dihewîne, ku gena cehA ya ku CH kod dike wekî beşek ji transpozona Tnceh a ku bi rêzikên mîna elementên têxistinê (istA û istB) dorpêçkirî hildigire (Hashimoto et al., 2002). Di cureya Sphingomonas CF06 de, tê bawerkirin ku gena hilweşîna karbarîl di pênc plazmîdan de heye: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, û pCF05. Homologiya DNA ya van plazmîdan bilind e, ku hebûna bûyerek dubarebûna genê nîşan dide (Feng et al., 1997). Di sîmbîyontek hilweşîna karbarîl de ku ji du cureyên Pseudomonas pêk tê, cureya 50581 plazmîdek konjugatîf pCD1 (50 kb) dihewîne ku gena mcd karbarîl hîdrolazê kod dike, lê plazmîda konjugatîf di cureya 50552 de enzîmek hilweşîna 1-naftol kod dike (Chapalamadugu û Chaudhry, 1991). Di cureya Achromobacter WM111 de, gena mcd furadan hîdrolazê li ser plazmîdek 100 kb (pPDL11) ye. Ev gen li ser plazmîdên cuda (100, 105, 115 an 124 kb) di bakteriyên cuda yên ji herêmên cografîk ên cuda de heye (Parekh et al., 1995). Di Pseudomonas sp. C5pp de, hemî genên berpirsiyarê hilweşîna karbarîl di genomek de cih digirin ku 76.3 kb rêz digire (Trivedi et al., 2016). Analîza genomê (6.15 Mb) hebûna 42 MGE û 36 GEI eşkere kir, ku ji wan 17 MGE di superkontîga A (76.3 kb) de cih girtin bi naveroka G+C ya asîmetrîk a navînî (54-60 mol%), ku bûyerên veguhastina genê ya horizontî yên gengaz pêşniyar dike (Trivedi et al., 2016). P. putida XWY-1 rêzkirinek dişibihe ya genên hilweşîna karbarîl nîşan dide, lê ev gen li ser plazmîdek cih digirin (Zhu et al., 2019).
Ji bilî karîgeriya metabolîk di astên biyokîmyayî û genomîk de, mîkroorganîzma taybetmendî an bertekên din jî nîşan didin wekî kemotaksîs, taybetmendiyên guherîna rûyê şaneyê, dabeşkirin, karanîna tercîhî, hilberîna biyosurfaktant, û hwd., ku ji wan re dibe alîkar ku gemarên aromatîk di jîngehên qirêj de bi bandortir metabolîze bikin (Wêne 7).
Wêne 7. Stratejiyên bersivdayîna hucreyî yên cûda yên bakteriyên îdeal ên aromatîk ên ku hîdrokarbonên aromatîk hilweşînin ji bo biyodegradasyona bi bandor a pêkhateyên qirêjker ên biyanî.
Bersivên kîmotaksî wekî faktorên ku hilweşîna gemarên organîk di ekosîstemên bi awayekî nehevseng qirêj de zêde dikin têne hesibandin. (2002) nîşan da ku kîmotaksîsa Pseudomonas sp. G7 ber bi naftalenê ve rêjeya hilweşîna naftalenê di pergalên avî de zêde kir. Cureyê celebê kovî G7 naftalenê ji cureyek mutant a kêmasiya kîmotaksî pir zûtir hilweşand. Hat dîtin ku proteîna NahY (538 asîdên amînî bi topolojiya membranê) bi genên rêça metacleavage li ser plazmîda NAH7 re hev-transkrîbekirî ye, û mîna veguherînerên kîmotaksîsê, ev proteîn xuya dike ku wekî kîmoreseptorek ji bo hilweşîna naftalenê tevdigere (Grimm û Harwood 1997). Lêkolînek din a Hansel et al. (2009) nîşan da ku proteîn kîmotaksî ye, lê rêjeya hilweşîna wê bilind e. (2011) bersiveke kemotaksîk a Pseudomonas (P. putida) li hember naftalena gazê nîşan da, ku belavbûna qonaxa gazê bû sedema herikîna domdar a naftalenê ber bi hucreyan ve, ku bersiva kemotaksîk a hucreyan kontrol dikir. Lêkolîneran ev tevgera kemotaksîk bikar anîn da ku mîkroban çêbikin ku dê rêjeya hilweşandinê zêde bikin. Lêkolînan nîşan dane ku rêyên kemosensorî fonksiyonên din ên hucreyî jî rêk dixin wekî dabeşbûna hucreyê, rêkxistina çerxa hucreyê, û avakirina biofîlmê, bi vî rengî dibin alîkar ku rêjeya hilweşandinê kontrol bikin. Lêbelê, bikaranîna vê taybetmendiyê (kemotaksîs) ji bo hilweşandina bi bandor ji hêla çend astengiyan ve tê asteng kirin. Astengiyên sereke ev in: (a) wergirên paralog ên cûda heman pêkhate/lîgandan nas dikin; (b) hebûna wergirên alternatîf, ango tropîzma enerjîk; (c) cûdahiyên rêza girîng di warên hestî yên heman malbata wergir de; û (d) nebûna agahdariyê li ser proteînên sereke yên hestiyar ên bakteriyan (Ortega et al., 2017; Martin-Mora et al., 2018). Carinan, biyodegradasyona hîdrokarbonên aromatîk gelek metabolîtan/navberan çêdike, ku dibe ku ji bo komek bakteriyan kemotaktîk bin lê ji bo yên din bêrûmet bin, û pêvajoyê hîn tevlihevtir dike. Ji bo destnîşankirina têkiliyên lîgandan (hîdrokarbonên aromatîk) bi wergirên kîmyewî re, me proteînên sensor ên hîbrîd (PcaY, McfR, û NahY) bi hevgirtina domainên sensor û sînyalê yên Pseudomonas putida û Escherichia coli çêkirin, ku bi rêzê ve wergirên asîdên aromatîk, navberên TCA, û naftalenê hedef digirin (Luu et al., 2019).
Di bin bandora naftalenê û hîdrokarbonên aromatîk ên polîsîklîk (PAH) yên din de, avahiya parzûna bakteriyan û yekparçeyiya mîkroorganîzmayan guhertinên girîng derbas dikin. Lêkolînan nîşan dane ku naftalen bi rêya têkiliyên hîdrofobîk mudaxeleyî têkiliya zincîra asîl dike, bi vî rengî werimandin û şilbûna parzûnê zêde dike (Sikkema et al., 1995). Ji bo pêşîgirtina li vê bandora zirardar, bakterî şilbûna parzûnê bi guhertina rêje û pêkhateya asîda rûn a di navbera asîdên rûn ên zincîra şaxkirî yên îzo/anteîzo de û îzomerîzekirina asîdên rûn ên cis-netevrî bo îzomerên trans ên têkildar rêk dixin (Heipieper û de Bont, 1994). Di Pseudomonas stutzeri de ku bi dermankirina naftalenê mezin bûye, rêjeya asîda rûn a têrbûyî berbi netevrî ji 1.1 zêde bû 2.1, lê di Pseudomonas JS150 de ev rêje ji 7.5 zêde bû 12.0 (Mrozik et al., 2004). Dema ku li ser naftalenê hatin mezin kirin, şaneyên Achromobacter KAs 3-5 li dora krîstalên naftalenê kombûna şaneyan û kêmbûna barkirina rûyê şaneyê (ji -22.5 heta -2.5 mV) nîşan dan ku bi kondensasyon û vakûolîzasyona sîtoplazmayî re, ku guhertinên di avahiya şaneyê û taybetmendiyên rûyê şaneyê de nîşan dide (Mohapatra et al., 2019). Her çend guhertinên şaneyê/rûyê rasterast bi wergirtina çêtir a gemarên aromatîk ve girêdayî ne jî, stratejiyên endezyariya biyolojîk ên têkildar bi tevahî nehatine çêtir kirin. Manîpulasyona şeklê şaneyê kêm caran ji bo baştirkirina pêvajoyên biyolojîkî hatiye bikar anîn (Volke û Nikel, 2018). Jêbirina genên ku bandorê li dabeşbûna şaneyê dikin dibe sedema guhertinan di morfolojiya şaneyê de. Jêbirina genên ku bandorê li dabeşbûna şaneyê dikin dibe sedema guhertinan di morfolojiya şaneyê de. Di Bacillus subtilis de, proteîna septuma şaneyê SepF hatiye nîşandan ku di avakirina septumê de beşdar e û ji bo gavên paşîn ên dabeşbûna şaneyê pêdivî ye, lê ew ne genek bingehîn e. Jêbirina genên ku hîdrolazên peptîd glîkan kod dikin di Bacillus subtilis de bû sedema dirêjkirina hucreyê, zêdebûna rêjeya mezinbûna taybetî, û baştirkirina kapasîteya hilberîna enzîmê (Cui et al., 2018).
Ji bo bidestxistina hilweşandina bi bandor a cureyên Pseudomonas C5pp û C7, dabeşkirina rêça hilweşîna karbarîl hatiye pêşniyar kirin (Kamini et al., 2018). Tê pêşniyar kirin ku karbarîl bi rêya septuma parzûna derve û/an jî bi rêya porînên belavbûyî ber bi qada perîplazmîk ve tê veguhastin. CH enzîmek perîplazmîk e ku hîdrolîza karbarîl ber bi 1-naftolê ve katalîze dike, ku aramtir, hîdrofobîktir û jehrîtir e. CH di perîplazmîkê de cih digire û xwedî eleqeyek kêm ji bo karbarîl e, bi vî rengî çêbûna 1-naftolê kontrol dike, bi vî rengî pêşî li kombûna wê di hucreyan de digire û jehrîbûna wê ji bo hucreyan kêm dike (Kamini et al., 2018). 1-naftolê ku derdikeve holê bi dabeşkirin û/an belavbûnê di nav sîtoplazmayê de bi rêya parzûna hundurîn tê veguhastin, û dûv re ji hêla enzîma 1NH ya eleqeya bilind ve ji bo metabolîzma bêtir di rêça karbonê ya navendî de tê hîdroksîlkirin bo 1,2-dîhîdroksînaftalen.
Her çend mîkroorganîzma xwedî şiyanên genetîkî û metabolîk in ku çavkaniyên karbonê yên ksenobiyotîk hilweşînin jî, avahiya hiyerarşîk a bikaranîna wan (ango, bikaranîna tercîhî ya çavkaniyên karbonê yên sade li şûna yên tevlihev) astengiyeke mezin e ji bo biyodegradasyonê. Hebûn û bikaranîna çavkaniyên karbonê yên hêsan genên ku enzîmên ku çavkaniyên karbonê yên tevlihev/ne-tercîh ên wekî PAH hilweşînin kod dikin, kêm dike. Nimûneyek baş-lêkolînkirî ev e ku dema glukoz û laktoz bi hev re ji Escherichia coli re têne xwarin, glukoz ji laktoz bi bandortir tê bikar anîn (Jacob û Monod, 1965). Hatiye ragihandin ku Pseudomonas cûrbecûr PAH û pêkhateyên ksenobiyotîk wekî çavkaniyên karbonê hilweşîne. Hiyerarşiya bikaranîna çavkaniya karbonê di Pseudomonas de asîdên organîk > glukoz > pêkhateyên aromatîk e (Hylemon û Phibbs, 1972; Collier et al., 1996). Lêbelê, îstîsnayek heye. Bi balkêşî, Pseudomonas sp. CSV86 avahiyek hiyerarşîk a bêhempa nîşan dide ku bi tercîhî hîdrokarbonên aromatîk (asîda benzoîk, naftalen, hwd.) li şûna glukozê bikar tîne û hîdrokarbonên aromatîk bi asîdên organîk re hev-metabolîze dike (Basu et al., 2006). Di vê bakteriyê de, genên ji bo hilweşandin û veguhastina hîdrokarbonên aromatîk, tewra di hebûna çavkaniyek karbonê ya duyemîn de jî wekî glukoz an asîdên organîk, nayên kêmkirin. Dema ku di navgîna glukoz û hîdrokarbonên aromatîk de tê mezin kirin, hate dîtin ku genên ji bo veguhastin û metabolîzma glukozê kêmkirin, hîdrokarbonên aromatîk di qonaxa yekem a logarîtmîk de hatin bikar anîn, û glukoz di qonaxa duyemîn a logarîtmîk de hat bikar anîn (Basu et al., 2006; Choudhary et al., 2017). Ji aliyekî din ve, hebûna asîdên organîk bandor li ser îfadeya metabolîzma hîdrokarbonên aromatîk nekir, ji ber vê yekê tê payîn ku ev bakterî ji bo lêkolînên biyodegradasyonê cureyek namzet be (Phale et al., 2020).
Baş tê zanîn ku biyotransformasyona hîdrokarbonan dikare bibe sedema stresa oksîdatîf û zêdebûna enzîmên antîoksîdan di mîkroorganîzmayan de. Biyodegradasyona naftalînê ya nebaş hem di hucreyên qonaxa sabît de û hem jî di hebûna pêkhateyên jehrîn de dibe sedema çêbûna cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) (Kang et al. 2006). Ji ber ku enzîmên hilweşînerê naftalînê komên hesin-sulfur dihewînin, di bin stresa oksîdatîf de, hesinê di proteînên heme û hesin-sulfur de dê were oksîdekirin, ku bibe sedema neçalakbûna proteînê. Ferredoxin-NADP+ reductase (Fpr), digel superoksîd dismutase (SOD), reaksiyona redoks a berevajî di navbera NADP+/NADPH û du molekulên ferredoxin an flavodoxin de navbeynkar dike, bi vî rengî ROS paqij dike û navenda hesin-sulfur di bin stresa oksîdatîf de vedigerîne (Li et al. 2006). Hatiye ragihandin ku hem Fpr û hem jî SodA (SOD) di Pseudomonas de dikarin ji ber stresa oksîdatîf werin çêkirin, û zêdebûna çalakiyên SOD û katalazê di çar şaneyên Pseudomonas (O1, W1, As1, û G1) de di dema mezinbûnê de di bin şert û mercên zêdekirina naftalenê de hate dîtin (Kang et al., 2006). Lêkolînan nîşan dane ku zêdekirina antîoksîdanên wekî asîda askorbîk an hesinê ferrous (Fe2+) dikare rêjeya mezinbûna naftalenê zêde bike. Dema ku Rhodococcus erythropolis di navgîna naftalenê de mezin bû, transkrîpsiyona genên sîtokrom P450 yên têkildarî stresa oksîdatîf, di nav de sodA (Fe/Mn superoxide dismutase), sodC (Cu/Zn superoxide dismutase), û recA, zêde bû (Sazykin et al., 2019). Analîza proteomîk a hejmarî ya berawirdî ya şaneyên Pseudomonas ên di naftalenê de hatine çandin nîşan da ku zêdekirina proteînên cûrbecûr ên bi bersiva stresa oksîdatîf ve girêdayî stratejiyek ji bo rûbirûbûna stresê ye (Herbst et al., 2013).
Hatiye ragihandin ku mîkroorganîzma di bin bandora çavkaniyên karbonê yên hîdrofobîk de biosurfaktant çêdikin. Ev surfaktant pêkhateyên rûberçalak ên amfîfîlîk in ku dikarin li ser rûberên rûn-av an hewa-av kom bibin. Ev yek çareseriya pseudo pêş dixe û adsorpsiyona hîdrokarbonên aromatîk hêsan dike, ku di encamê de biyodegradasyonek bi bandor çêdibe (Rahman et al., 2002). Ji ber van taybetmendiyan, biosurfaktant bi berfirehî di gelek pîşesaziyan de têne bikar anîn. Zêdekirina surfaktantên kîmyewî an biosurfaktantên li kulturên bakteriyan dikare karîgerî û rêjeya hilweşîna hîdrokarbonê zêde bike. Di nav biosurfaktantan de, rhamnolîpîdên ku ji hêla Pseudomonas aeruginosa ve têne hilberandin bi berfirehî hatine lêkolîn kirin û taybetmendîkirin (Hisatsuka et al., 1971; Rahman et al., 2002). Herwiha, cureyên din ên biyosurfaktantan lîpopeptîd (mucîn ji Pseudomonas fluorescens), emulsîfîker 378 (ji Pseudomonas fluorescens) (Rosenberg û Ron, 1999), lîpîdên trehalose disaccharide ji Rhodococcus (Ramdahl, 1985), lichenin ji Bacillus (Saraswathy û Hallberg, 2002), û surfaktant ji Bacillus subtilis (Siegmund û Wagner, 1991) û Bacillus amyloliquefaciens (Zhi et al., 2017) hene. Hatiye nîşandan ku ev surfaktantên bihêz tansiyona rûberê ji 72 dyne/cm kêm dikin bo kêmtir ji 30 dyne/cm, ku rê dide vegirtina hîdrokarbonê ya çêtir. Hatiye ragihandin ku Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia û cureyên din ên bakteriyan dikarin biosurfaktantên cûrbecûr ên rhamnolipîd û glîkolipîd-esasî hilberînin dema ku di navgînên naftalen û methylnaftalen de mezin dibin (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 dikare biosurfaktantê derveyî hucreyê Biosur-Pm hilberîne dema ku li ser pêkhateyên aromatîk ên wekî asîda naftoîk mezin dibe (Phale et al., 1995). Kînetîka çêbûna Biosur-Pm nîşan da ku senteza wê pêvajoyek girêdayî mezinbûn û pH-ê ye. Hat dîtin ku mîqdara Biosur-Pm-ê ku ji hêla hucreyan ve di pH-ya bêalî de tê hilberandin ji ya di pH 8.5 de bilindtir bû. Hucreyên ku di pH 8.5 de mezin bûne, bêtir hîdrofobîk bûn û ji bo pêkhateyên aromatîk û alîfatîk eleqeyek bilindtir hebû ji hucreyên ku di pH 7.0 de mezin bûne. Di Rhodococcus spp. N6, rêjeya karbonê ber bi nîtrojenê (C:N) ya bilindtir û sînorkirina hesin şert û mercên çêtirîn in ji bo hilberîna biyosurfaktantên derveyî hucreyê (Mutalik et al., 2008). Hewldan hatine kirin ku biyosenteza biyosurfaktantan (surfaktîn) bi rêya çêtirkirina şaneyan û fermentasyonê were baştir kirin. Lêbelê, tîtra surfaktantê di navgîna çandiniyê de kêm e (1.0 g/L), ku ji bo hilberîna di pîvanek mezin de dibe sedema dijwarîyan (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Ji ber vê yekê, rêbazên endezyariya genetîkî ji bo baştirkirina biyosenteza wê hatine bikar anîn. Lêbelê, guhertina wê ya endezyariyê ji ber mezinahiya mezin a operonê (∼25 kb) û rêziknameya biyosentezê ya tevlihev a pergala hestiyariya kuorumê dijwar e (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Hejmarek guhertinên endezyariya genetîkî di bakteriya Bacillus de hatine kirin, bi giranî armanc ew e ku hilberîna surfaktînê bi guheztina promoter (operona srfA), zêde îfadekirina proteîna hinardekirina surfaktînê YerP û faktorên rêkûpêk ComX û PhrC (Jiao et al., 2017) zêde bikin. Lêbelê, van rêbazên endezyariya genetîkî tenê yek an çend guhertinên genetîkî bi dest xistine û hîn negihîştine hilberîna bazirganî. Ji ber vê yekê, lêkolînek bêtir li ser rêbazên optîmîzasyona li ser bingeha zanînê pêwîst e.
Lêkolînên biyodegradasyona PAH bi piranî di şert û mercên standard ên laboratîfê de têne kirin. Lêbelê, li deverên qirêj an jîngehên qirêj, gelek faktorên abiyotîk û biyotîk (germahî, pH, oksîjen, hebûna xurdemeniyan, biyoyarbûna substratê, ksenobiyotîkên din, astengkirina hilbera dawîn, û hwd.) hatine nîşandan ku kapasîteya hilweşînê ya mîkroorganîzmayan diguherînin û bandorê li ser dikin.
Germahî bandorek girîng li ser biyodegradasyona PAH dike. Her ku germahî zêde dibe, rêjeya oksîjena çareserbûyî kêm dibe, ku bandorê li metabolîzma mîkroorganîzmayên aerobîk dike, ji ber ku ew hewceyê oksîjena molekulî ne wekî yek ji substratên oksîjenazan ku reaksiyonên hîdroksîlasyon an jî parçekirina zengilê pêk tînin. Pir caran tê dîtin ku germahiya bilind PAH-ên bingehîn vediguherîne pêkhateyên jehrîntir, bi vî rengî biyodegradasyonê asteng dike (Muller et al., 1998).
Hatiye destnîşankirin ku gelek deverên qirêjbûyî bi PAH nirxên pH-ê yên dijwar hene, wekî deverên qirêjbûyî yên avdana kanên asîdî (pH 1-4) û deverên gaza xwezayî/komirê yên bi lîşata alkalîn qirêjbûyî (pH 8-12). Ev şert û merc dikarin bi giranî bandorê li pêvajoya biyodegradasyonê bikin. Ji ber vê yekê, berî ku mîkroorganîzma ji bo biyoremediation werin bikar anîn, tê pêşniyar kirin ku pH bi zêdekirina kîmyewîyên guncaw (bi potansiyela oksîdasyon-kêmkirinê ya nerm heta pir kêm) wekî sulfata amonyûm an nîtrata amonyûm ji bo axên alkalîn an jî lîmkirina bi karbonata kalsiyûm an karbonata magnezyûm ji bo deverên asîdî were sererast kirin (Bowlen et al. 1995; Gupta û Sar 2020).
Dabînkirina oksîjenê bo devera bandorbûyî faktora sînorkirina rêjeya hilweşîna biyolojîk a PAH ye. Ji ber şert û mercên redoks ên jîngehê, pêvajoyên paqijkirina biyolojîk a di cîh de bi gelemperî hewceyî danasîna oksîjenê ji çavkaniyên derveyî (avdan, rijandina hewayê, û lêzêdekirina kîmyewî) dikin (Pardieck et al., 1992). Odenkranz et al. (1996) nîşan dan ku lêzêdekirina peroksîda magnezyûmê (tevliheviyek berdana oksîjenê) li ser ava avên qirêj dikare bi bandor pêkhateyên BTEX paqij bike. Lêkolînek din hilweşîna di cîh de ya fenol û BTEX di ava avên qirêj de bi derzîkirina nîtrata sodyûmê û çêkirina bîrên derxistinê lêkolîn kir da ku paqijkirina biyolojîk a bi bandor were bidestxistin (Bewley û Webb, 2001).