Макала "Өркүндөтүлгөн биоремедиация технологиялары жана синтетикалык органикалык кошулмаларды (СОК) кайра иштетүү процесстери" изилдөө темасынын бир бөлүгү болуп саналат. Бардык 14 макаланы көрүү
Нафталин жана анын ордуна колдонулган нафталиндер (метилнафталин, нафтои кислотасы, 1-нафтил-N-метилкарбамат ж.б.) сыяктуу төмөн молекулярдык салмактагы полициклдик ароматтык углеводороддор (ПАУ) ар кандай тармактарда кеңири колдонулат жана организмдер үчүн генотоксикалык, мутагендик жана/же канцерогендик таасирге ээ. Бул синтетикалык органикалык кошулмалар (СОУ) же ксенобиотиктер артыкчылыктуу булгоочу заттар деп эсептелет жана глобалдык айлана-чөйрөгө жана коомдук саламаттыкка олуттуу коркунуч келтирет. Адамдын ишмердүүлүгүнүн интенсивдүүлүгү (мисалы, көмүрдү газдаштыруу, мунайды кайра иштетүү, унаалардын эмиссиясы жана айыл чарбасында колдонуу) бул кеңири таралган жана туруктуу кошулмалардын концентрациясын, тагдырын жана ташылышын аныктайт. Физикалык жана химиялык тазалоо/алып салуу ыкмаларынан тышкары, ПОУларды толугу менен ыдыратууга же аларды уулуу эмес кошумча продуктуларга айландырууга жөндөмдүү микроорганизмдерди колдонгон биоремедиация сыяктуу жашыл жана экологиялык жактан таза технологиялар коопсуз, үнөмдүү жана келечектүү альтернатива катары пайда болду. Топурак микробиотасында Proteobacteria (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia жана Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus жана Paenibacillus) жана Actinobacteria (Rhodococcus жана Arthrobacter) тибине кирген ар кандай бактерия түрлөрү ар кандай органикалык кошулмаларды ыдыратуу жөндөмүн көрсөттү. Метаболикалык изилдөөлөр, геномика жана метагеномдук анализ бизге бул жөнөкөй тирүү организмдердеги катаболикалык татаалдыкты жана ар түрдүүлүктү түшүнүүгө жардам берет, аларды андан ары натыйжалуу биодеградация үчүн колдонсо болот. PAHлардын узак мөөнөттүү жашоосу плазмидалар, транспозондор, бактериофагдар, геномдук аралдар жана интегративдик конъюгативдик элементтер сыяктуу генетикалык элементтерди колдонуу менен горизонталдык генди өткөрүп берүү аркылуу жаңы деградация фенотиптеринин пайда болушуна алып келди. Белгилүү бир изоляттардын же моделдик жамааттардын (консорциумдардын) системалык биологиясы жана генетикалык инженериясы синергетикалык эффекттер аркылуу бул PAHларды комплекстүү, тез жана натыйжалуу биоремедиациялоого мүмкүндүк берет. Бул серепте биз нафталиндин жана анын ордуна колдонулган нафталинди деградациялоочу бактериялардын ар кандай зат алмашуу жолдоруна жана ар түрдүүлүгүнө, генетикалык курамына жана ар түрдүүлүгүнө, ошондой эле клеткалык реакцияларына/адаптацияларына көңүл бурабыз. Бул талаада колдонуу үчүн экологиялык маалымат жана натыйжалуу биоремедиация үчүн штаммдарды оптималдаштырууга мүмкүндүк берет.
Өнөр жай тармактарынын (мунай химиясы, айыл чарбасы, фармацевтика, текстиль боёктору, косметика ж.б.) тез өнүгүшү дүйнөлүк экономикалык гүлдөп-өнүгүүгө жана жашоо деңгээлинин жакшырышына өбөлгө түздү. Бул экспоненциалдуу өнүгүү ар кандай продукцияларды өндүрүү үчүн колдонулган көптөгөн синтетикалык органикалык кошулмалардын (СОК) өндүрүлүшүнө алып келди. Бул чет элдик кошулмаларга же СОКлорго полициклдик ароматтык углеводороддор (ПАУ), пестициддер, гербициддер, пластификаторлор, боёктор, фармацевтикалык каражаттар, органофосфаттар, жалынга каршы заттар, учуучу органикалык эриткичтер ж.б. кирет. Алар атмосферага, суу жана кургактык экосистемаларына чыгарылып, көп өлчөмдүү таасир этет, физикалык-химиялык касиеттерди жана жамааттык түзүлүштү өзгөртүү аркылуу ар кандай биоформаларга зыяндуу таасирин тийгизет (Петри жана башкалар, 2015; Бернхардт жана башкалар, 2017; Саркар жана башкалар, 2020). Көптөгөн ароматтык булгоочу заттар көптөгөн бүтүн экосистемаларга/биологиялык ар түрдүүлүктүн ысык жерлерине (мисалы, коралл рифтери, Арктика/Антарктика муз катмарлары, бийик тоо көлдөрү, терең деңиз чөкмөлөрү ж.б.) күчтүү жана кыйратуучу таасирин тийгизет (Jones 2010; Beyer et al. 2020; Nordborg et al. 2020). Жакында жүргүзүлгөн геомикробиологиялык изилдөөлөр синтетикалык органикалык заттардын (мисалы, ароматтык булгоочу заттардын) жана алардын туундуларынын жасалма курулмалардын (курулган чөйрөнүн) беттерине (мисалы, маданий мурас объектилери жана граниттен, таштан, жыгачтан жана металлдан жасалган эстеликтер) чөгүшү алардын бузулушун тездетерин көрсөттү (Gadd 2017; Liu et al. 2018). Адамдын ишмердүүлүгү абанын булганышы жана климаттын өзгөрүшү аркылуу эстеликтердин жана имараттардын биологиялык бузулушун күчөтүп жана начарлатышы мүмкүн (Liu et al. 2020). Бул органикалык булгоочу заттар атмосферадагы суу буусу менен реакцияга кирип, курулмага чөгүп, материалдын физикалык жана химиялык бузулушуна алып келет. Биодеградация тирүү организмдердин материалдарынын сырткы көрүнүшүндөгү жана касиеттериндеги алардын сакталышына таасир этүүчү жагымсыз өзгөрүүлөр катары кеңири таанылган (Почон жана Жатон, 1967). Бул кошулмалардын андан ары микробдук аракети (метаболизми) структуралык бүтүндүктү, сактоонун натыйжалуулугун жана маданий баалуулугун төмөндөтүшү мүмкүн (Гадд, 2017; Лиу жана башкалар, 2018). Башка жагынан алганда, кээ бир учурларда, микробдордун бул структураларга адаптацияланышы жана аларга жооп кайтаруусу пайдалуу экени аныкталган, анткени алар чирүү/ажыроо ылдамдыгын төмөндөтүүчү биофильмдерди жана башка коргоочу кабыктарды пайда кылат (Мартино, 2016). Ошондуктан, таш, металл жана жыгач эстеликтери үчүн узак мөөнөттүү туруктуу сактоо стратегияларын иштеп чыгуу бул процессте катышкан негизги процесстерди терең түшүнүүнү талап кылат. Табигый процесстер менен (геологиялык процесстер, токой өрттөрү, жанар тоо атылуулары, өсүмдүктөрдүн жана бактериялардын реакциялары) салыштырганда, адамдын ишмердүүлүгү экосистемаларга көп көлөмдөгү полициклдик ароматтык углеводороддордун (ПАУ) жана башка органикалык көмүртектин (ОК) бөлүнүп чыгышына алып келет. Айыл чарбасында (инсектициддер жана пестициддер, мисалы, ДДТ, атразин, карбарил, пентахлорфенол ж.б.), өнөр жайда (чийки мунай, мунай лайы/калдыктары, мунайдан алынган пластмассалар, ПХБлар, пластификаторлор, жуучу каражаттар, дезинфекциялоочу каражаттар, фумиганттар, жыпар жыттар жана консерванттар), жеке гигиена каражаттары (күндөн коргоочу кремдер, дезинфекциялоочу каражаттар, курт-кумурскаларга каршы каражаттар жана полициклдик мускус) жана ок-дарылар (2,4,6-ТНТ сыяктуу жардыргыч заттар) колдонулган көптөгөн ПАХтар планетанын ден соолугуна таасир этиши мүмкүн болгон ксенобиотиктер болуп саналат (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna and Phale, 2008; Petrie et al., 2015). Бул тизмени мунайдан алынган кошулмаларды (күйүүчү майлар, майлоочу майлар, асфальтендер), жогорку молекулярдык салмактагы биопластиктер жана иондук суюктуктарды камтуу менен кеңейтүүгө болот (Amde et al., 2015). 1-таблицада ар кандай жыпар жыттуу булгоочу заттар жана алардын ар кандай тармактарда колдонулушу келтирилген. Акыркы жылдары антропогендик учуучу органикалык кошулмалардын, ошондой эле көмүр кычкыл газынын жана башка парник газдарынын эмиссиясы көбөйө баштады (Дворак жана башкалар, 2017). Бирок, антропогендик таасирлер табигый таасирлерден бир топ ашып түшөт. Мындан тышкары, биз бир катар SOC көптөгөн экологиялык чөйрөлөрдө сакталып калганын жана биомдорго терс таасирин тийгизген жаңы булгоочу заттар катары аныкталганын аныктадык (1-сүрөт). АКШнын Айлана-чөйрөнү коргоо агенттиги (USEPA) сыяктуу экологиялык агенттиктер бул булгоочу заттардын көбүн цитотоксикалык, генотоксикалык, мутагендик жана канцерогендик касиеттеринен улам артыкчылыктуу тизмесине киргизишкен. Ошондуктан, таштандыларды жок кылуу боюнча катуу эрежелер жана булганган экосистемалардан калдыктарды тазалоо/алып салуу боюнча натыйжалуу стратегиялар зарыл. Пиролиз, кычкылдандыруучу термикалык тазалоо, абаны аэрациялоо, полигонго салуу, өрттөө ж.б. сыяктуу ар кандай физикалык жана химиялык тазалоо ыкмалары натыйжасыз жана кымбатка турат жана коррозиялык, уулуу жана тазалоо кыйын болгон кошумча продуктыларды пайда кылат. Дүйнөлүк экологиялык маалымдуулуктун жогорулашы менен, бул булгоочу заттарды жана алардын туундуларын (мисалы, галогенделген, нитро, алкил жана/же метил) ажыратууга жөндөмдүү микроорганизмдер көбүрөөк көңүл бурууда (Fennell et al., 2004; Haritash and Kaushik, 2009; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020; Schwanemann et al., 2020). Бул жергиликтүү талапкер микроорганизмдерди жыпар жыттуу булгоочу заттарды жок кылуу үчүн өзүнчө же аралаш культураларда (колонияларда) колдонуу экологиялык коопсуздук, баа, натыйжалуулук, эффективдүүлүк жана туруктуулук жагынан артыкчылыктарга ээ. Изилдөөчүлөр ошондой эле микробдук процесстерди электрохимиялык кычкылдануу-калыбына келтирүү ыкмалары, атап айтканда, биоэлектрохимиялык системалар (BES) менен булгоочу заттарды тазалоо/жок кылуу үчүн келечектүү технология катары интеграциялоону изилдеп жатышат (Huang et al., 2011). BES технологиясы жогорку натыйжалуулугу, арзандыгы, экологиялык коопсуздугу, бөлмө температурасында иштеши, биошайкеш материалдары жана баалуу кошумча продуктыларды (мисалы, электр энергиясы, күйүүчү май жана химиялык заттар) калыбына келтирүү мүмкүнчүлүгү менен көбүрөөк көңүл бурууда (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). Жогорку өндүрүмдүүлүктөгү геномдук секвенирлөө жана омика куралдарынын/методдорунун пайда болушу ар кандай деградациялоочу микроорганизмдердин реакцияларынын генетикалык жөнгө салынышы, протеомикасы жана флюксомикасы боюнча көптөгөн жаңы маалыматтарды берди. Бул куралдарды системалык биология менен айкалыштыруу микроорганизмдердеги максаттуу катаболикалык жолдорду тандоо жана так жөнгө салуу (б.а., метаболикалык дизайн) боюнча түшүнүгүбүздү ого бетер жакшыртты, бул натыйжалуу жана натыйжалуу биодеградацияга жетишүүгө мүмкүндүк берет. Ылайыктуу талапкер микроорганизмдерди колдонуу менен натыйжалуу биоремедиация стратегияларын иштеп чыгуу үчүн биз микроорганизмдердин биохимиялык потенциалын, метаболикалык ар түрдүүлүгүн, генетикалык курамын жана экологиясын (аутоэкология/синекология) түшүнүшүбүз керек.
Сүрөт 1. Ар кандай айлана-чөйрө чөйрөлөрү жана биотага таасир этүүчү ар кандай факторлор аркылуу төмөнкү молекулярдуу ПАГдардын булактары жана жолдору. Үзүк сызыктар экосистеманын элементтеринин ортосундагы өз ара аракеттенүүнү билдирет.
Бул серепте биз нафталин жана анын ордуна колдонулган нафталиндер сыяктуу жөнөкөй ПАГдардын ар кандай бактериялык изоляттар менен деградацияланышы боюнча маалыматтарды жалпылоого аракет кылдык, алар зат алмашуу жолдорун жана ар түрдүүлүктү, деградацияга катышкан ферменттерди, гендин курамын/мазмунун жана ар түрдүүлүгүн, клеткалык реакцияларды жана биоремедиациянын ар кандай аспектилерин камтыйт. Биохимиялык жана молекулярдык деңгээлдерди түшүнүү ылайыктуу кожоюн штаммдарын аныктоого жана мындай артыкчылыктуу булгоочу заттарды натыйжалуу биоремедиациялоо үчүн аларды андан ары генетикалык инженериялоого жардам берет. Бул натыйжалуу биоремедиациялоо үчүн жергиликтүү бактериялык консорциумдарды түзүү стратегияларын иштеп чыгууга жардам берет.
Көп сандаган уулуу жана кооптуу ароматтык кошулмалардын болушу (Гюкель эрежесине ылайык, 4n + 2π электрондор, n = 1, 2, 3, …) аба, топурак, чөкмөлөр, жер үстүндөгү жана жер астындагы суулар сыяктуу ар кандай айлана-чөйрө чөйрөлөрүнө олуттуу коркунуч келтирет (Пуглиси жана башкалар, 2007). Бул кошулмалар сызыктуу, бурчтук же кластердик формада жайгашкан бир бензол шакекчелерине (моноциклдик) же бир нече бензол шакекчелерине (полициклдик) ээ жана жогорку терс резонанстык энергияга жана инерттүүлүккө (инерттүүлүккө) байланыштуу айлана-чөйрөдө туруктуулукту (туруктуулук/туруксуздукту) көрсөтөт, муну алардын гидрофобдуулугу жана төмөндөтүлгөн абалы менен түшүндүрсө болот. Ароматтык шакекче андан ары метил (-CH3), карбоксил (-COOH), гидроксил (-OH) же сульфонат (-HSO3) топтору менен алмаштырылганда, ал туруктуураак болуп, макромолекулаларга күчтүү жакындыкка ээ болот жана биологиялык системаларда биоаккумуляцияланат (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). Нафталин жана анын туундулары [метилнафталин, нафтои кислотасы, нафталинсульфонат жана 1-нафтил N-метилкарбамат (карбарил)] сыяктуу кээ бир төмөнкү молекулярдык салмактагы полициклдик ароматтык углеводороддор (LMWAHs) АКШнын Айлана-чөйрөнү коргоо агенттиги тарабынан генотоксикалык, мутагендик жана/же канцерогендик катары артыкчылыктуу органикалык булгоочу заттардын тизмесине киргизилген (Cerniglia, 1984). Бул класстагы NM-PAHтардын айлана-чөйрөгө бөлүнүп чыгышы азык чынжырынын бардык деңгээлдеринде бул кошулмалардын биоаккумуляциясына алып келиши мүмкүн, ошону менен экосистемалардын ден соолугуна таасир этет (Бинкова жана башкалар, 2000; Сроги, 2007; Куинн жана башкалар, 2009).
ПАГдардын биотага өтүү булактары жана жолдору, негизинен, топурак, жер астындагы суулар, жер үстүндөгү суулар, өсүмдүктөр жана атмосфера сыяктуу ар кандай экосистеманын компоненттеринин ортосундагы миграция жана өз ара аракеттенүү аркылуу болот (Арей жана Аткинсон, 2003). 1-сүрөттө экосистемалардагы ар кандай төмөнкү молекулярдык салмактагы ПАГдардын өз ара аракеттенүүсү жана таралышы жана алардын биотага/адамга тийгизген таасири көрсөтүлгөн. ПАГдар абанын булганышынын натыйжасында жана унаалардын эмиссиясынын, өнөр жайлык түтүн газдарынын (көмүрдү газдаштыруу, күйүү жана кокс өндүрүү) миграциясы (дрифти) жана алардын чөкмөсү аркылуу беттерге чөкмөлөнөт. Синтетикалык кездемелерди, боёкторду жана сырларды өндүрүү; жыгачты сактоо; резина иштетүү; цемент өндүрүү; пестициддерди өндүрүү; жана айыл чарбасында колдонуу сыяктуу өнөр жай ишмердүүлүгү кургактыктагы жана суу системаларындагы ПАГдардын негизги булактары болуп саналат (Бэмфорт жана Синглтон, 2005; Вик жана башкалар, 2011). Изилдөөлөр көрсөткөндөй, шаар четиндеги жана шаардык аймактардагы, автомобиль жолдорунун жанындагы жана ири шаарлардагы топурактар ​​электр станцияларынан, турак жайларды жылытуудан, аба жана жол кыймылынын жүктөмүнөн жана курулуш иштеринен улам полициклдик ароматтык углеводороддорго (ПАУ) көбүрөөк дуушар болушат (Суман жана башкалар, 2016). (2008) АКШнын Луизиана штатындагы Жаңы Орлеан шаарындагы жолдордун жанындагы топурактагы ПАУлардын деңгээли 7189 мкг/кг чейин жеткенин, ал эми ачык мейкиндикте алардын деңгээли 2404 мкг/кг гана болгонун көрсөттү. Ошо сыяктуу эле, АКШнын бир нече шаарларындагы көмүрдү газдаштыруучу жайларга жакын аймактарда ПАУнун деңгээли 300 мкг/кг чейин жеткени кабарланган (Канали жана Хараяма, 2000; Бамфорт жана Синглтон, 2005). Индиянын Дели (Шарма жана башкалар, 2008), Агра (Дубей жана башкалар, 2014), Мумбай (Кулкарни жана Венкатараман, 2000) жана Вишакхапатнам (Кулкарни жана башкалар, 2014) сыяктуу ар кандай шаарларынын топурактарында ПАГдардын жогорку концентрациясы бар экени кабарланган. Жыпар жыттуу кошулмалар топурактын бөлүкчөлөрүнө, органикалык заттарга жана чопо минералдарына оңой сиңип, экосистемалардагы негизги көмүртек сиңирүүчү заттарга айланат (Сроги, 2007; Пенг жана башкалар, 2008). Суу экосистемаларындагы ПАГдардын негизги булактары жаан-чачындар (нымдуу/кургак жаан-чачын жана суу буусу), шаардык агын суулар, агынды суулардын агып чыгышы, жер астындагы суулардын кайра толтурулушу ж.б. (Сроги, 2007). Деңиз экосистемаларындагы ПАГдардын болжол менен 80% жаан-чачындардан, чөкмөлөрдөн жана калдыктарды агызуудан келип чыгат деп болжолдонууда (Мотелей-Массей жана башкалар, 2006; Сроги, 2007). Жер үстүндөгү суулардагы же катуу калдыктарды төгүүчү жайлардан чыккан агындылардагы ПАГдардын жогорку концентрациясы акыры жер астындагы сууларга агып, коомдук саламаттыкка чоң коркунуч келтирет, анткени Түштүк жана Түштүк-Чыгыш Азиядагы калктын 70% дан ашыгы жер астындагы сууларды ичишет (Дуттагупта жана башкалар, 2019). Дуттагупта жана башкалар (2020) тарабынан Индиянын Батыш Бенгалия штатындагы дарыя (32) жана жер астындагы сууларды (235) анализдөө боюнча жакында жүргүзүлгөн изилдөөдө шаар тургундарынын болжол менен 53% жана айыл тургундарынын 44% (жалпысынан 20 миллион тургун) нафталинге (4,9–10,6 мкг/л) жана анын туундуларына дуушар болушу мүмкүн экени аныкталган. Жерди пайдалануунун ар кандай схемалары жана жер астындагы сууларды алуунун көбөйүшү жер астындагы төмөнкү молекулярдык салмактагы ПАГдардын вертикалдык ташуусун (адвекциясын) жөнгө салуучу негизги факторлор болуп эсептелет. Айыл чарба агын суулары, муниципалдык жана өнөр жай агын сууларынын агып чыгышы жана катуу калдыктар/таштандылардын агып чыгышы дарыя бассейндериндеги жана жер астындагы чөкмөлөрдөгү ПАГдардын таасирине кабылганы аныкталган. Атмосфералык жаан-чачындар ПАГдын булганышын ого бетер күчөтөт. Дүйнө жүзү боюнча Фрейзер дарыясы, Луан дарыясы, Денсо дарыясы, Миссури дарыясы, Анакостия дарыясы, Эбро дарыясы жана Делавэр дарыясы сыяктуу дарыяларда/суу бөлгүчтөрүндө ПАГдардын жана алардын алкил туундуларынын жогорку концентрациясы (жалпысынан 51) катталган (Юнкер ж.б., 2002; Мотелей-Массей ж.б., 2006; Ли ж.б., 2010; Амоако ж.б., 2011; Ким ж.б., 2018). Ганг дарыясынын бассейнинин чөкмөлөрүндө нафталин жана фенантрен эң маанилүү деп табылган (үлгүлөрдүн 70%ында аныкталган) (Дуттагупта ж.б., 2019). Андан тышкары, изилдөөлөр ичүүчү сууну хлордоо уулуураак кычкылтек менен байытылган жана хлорлонгон ПАГдардын пайда болушуна алып келиши мүмкүн экенин көрсөттү (Маноли жана Самара, 1999). ПАГдар дан өсүмдүктөрүндө, мөмө-жемиштерде жана жашылчаларда өсүмдүктөрдүн булганган топурактан, жер астындагы суулардан жана жаан-чачындардан сиңирүүсүнүн натыйжасында топтолот (Фисмес жана башкалар, 2002). Балык, мидия, моллюскалар жана креветкалар сыяктуу көптөгөн суу организмдери булганган тамак-ашты жана деңиз суусун керектөө, ошондой эле ткандар жана тери аркылуу ПАГдар менен булганат (Макай жана Фрейзер, 2000). Грильде бышыруу, кууруу, ыштоо, кууруу, кургатуу, бышыруу жана көмүрдө бышыруу сыяктуу бышыруу/кайра иштетүү ыкмалары да тамак-ашта ПАГдардын олуттуу көлөмүнө алып келиши мүмкүн. Бул көбүнчө ышталган материалды тандоого, фенолдук/ароматтык углеводороддордун курамына, бышыруу процессине, жылыткычтын түрүнө, нымдуулуктун курамына, кычкылтек менен камсыздоого жана күйүү температурасына жараша болот (Гуиллен жана башкалар, 2000; Гомес жана башкалар, 2013). Полициклдик ароматтык углеводороддор (ПАГдар) сүттө ар кандай концентрацияларда (0,75–2,1 мг/л) да аныкталган (Гирелли жана башкалар, 2014). Бул ПАХтардын тамак-ашта топтолушу тамак-аштын физикалык-химиялык касиеттерине да көз каранды, ал эми алардын уулуу таасири физиологиялык функциялар, зат алмашуу активдүүлүгү, сиңирүү, бөлүштүрүү жана дененин таралышы менен байланыштуу (Мечини жана башкалар, 2011).
Полициклдик ароматтык углеводороддордун (ПАУ) уулуулугу жана зыяндуу таасири көптөн бери белгилүү (Черниглия, 1984). Төмөнкү молекулярдык салмактагы полициклдик ароматтык углеводороддор (ТМС-ПАУ) (экиден үчкө чейинки шакекчелер) ДНК, РНК жана белоктор сыяктуу ар кандай макромолекулалар менен коваленттүү байланыша алат жана канцерогендик касиетке ээ (Сантарелли жана башкалар, 2008). Гидрофобдук мүнөзүнөн улам алар липиддик мембраналар менен бөлүнгөн. Адамдарда цитохром Р450 монооксигеназалары ПАУларды эпоксиддерге чейин кычкылдандырат, алардын айрымдары өтө реактивдүү (мисалы, баедиол эпоксид) жана кадимки клеткалардын залалдуу клеткаларга айлануусуна алып келиши мүмкүн (Марстон жана башкалар, 2001). Мындан тышкары, ПАУлардын хинондор, фенолдор, эпоксиддер, диолдор ж.б. сыяктуу трансформация продуктулары баштапкы кошулмаларга караганда уулуураак. Айрым ПАГдар жана алардын зат алмашуу аралык продуктулары зат алмашуудагы гормондорго жана ар кандай ферменттерге таасир этип, өсүүгө, борбордук нерв системасына, репродуктивдүү жана иммундук системаларга терс таасирин тийгизиши мүмкүн (Swetha and Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008). Төмөнкү молекулярдык салмактагы ПАГдардын кыска мөөнөттүү таасири астма менен ооругандарда өпкөнүн функциясынын бузулушуна жана тромбозго алып келери жана теринин, өпкөнүн, табарсыктын жана ашказан-ичеги рагынын коркунучун жогорулатары кабарланган (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Жаныбарларга жүргүзүлгөн изилдөөлөр ПАГдын таасири репродуктивдик функцияга жана өнүгүүгө терс таасирин тийгизип, катарактага, бөйрөктүн жана боордун жабыркашына жана сарыкка алып келиши мүмкүн экенин көрсөттү. Диолдор, эпоксиддер, хинондор жана эркин радикалдар (катиондор) сыяктуу ар кандай ПАГ биотрансформация продуктулары ДНК аддукттарын пайда кылары көрсөтүлгөн. Туруктуу аддукттар ДНКнын репликация механизмин өзгөртөөрү көрсөтүлдү, ал эми туруксуз аддукттар ДНКны депуринддештире алат (негизинен аденинге жана кээде гуанинге); экөө тең мутацияларга алып келүүчү каталарды жаратышы мүмкүн (Schweigert et al. 2001). Мындан тышкары, хинондор (бензо-/пан-) реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS) пайда кылып, ДНКга жана башка макромолекулаларга өлүмгө алып келүүчү зыян келтирип, ошону менен ткандардын функциясына/жашоо жөндөмүнө таасир этиши мүмкүн (Ewa and Danuta 2017). Пирендин, бифенилдин жана нафталиндин төмөн концентрациясына өнөкөт таасир этүү эксперименталдык жаныбарларда рак оорусун пайда кылары кабарланган (Diggs et al. 2012). Алардын өлүмгө алып келүүчү уулуулугунан улам, жабыркаган/булганган жерлерден бул PAHтарды тазалоо/алып салуу артыкчылыктуу маселе болуп саналат.
Булганган жерлерден/чөйрөдөн ПАХтарды алып салуу үчүн ар кандай физикалык жана химиялык ыкмалар колдонулган. Өрттөө, дехлорлоо, ультрафиолет кычкылдануу, фиксациялоо жана эриткич менен экстракциялоо сыяктуу процесстердин көптөгөн кемчиликтери бар, анын ичинде уулуу кошумча продуктулардын пайда болушу, процесстин татаалдыгы, коопсуздук жана жөнгө салуу маселелери, төмөн натыйжалуулук жана жогорку баа. Бирок, микробдук биодеградация (биоремедиация деп аталат) микроорганизмдерди таза культуралар же колониялар түрүндө колдонууну камтыган келечектүү альтернативдүү ыкма болуп саналат. Физикалык жана химиялык ыкмалар менен салыштырганда, бул процесс экологиялык жактан таза, инвазивдүү эмес, үнөмдүү жана туруктуу. Биоремедиация жабыркаган жерде (in situ) же атайын даярдалган жерде (ex situ) жүргүзүлүшү мүмкүн жана ошондуктан салттуу физикалык жана химиялык ыкмаларга караганда туруктуураак калыбына келтирүү ыкмасы деп эсептелет (Juhasz жана Naidu, 2000; Andreoni жана Gianfreda, 2007; Megharaj et al., 2011; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020).
Ароматтык булгоочу заттардын деградациясына катышкан микробдук зат алмашуу этаптарын түшүнүү экологиялык жана экологиялык туруктуулук үчүн эбегейсиз илимий жана экономикалык мааниге ээ. Дүйнө жүзү боюнча чөкмөлөрдө жана органикалык кошулмаларда (б.а., мунай, жаратылыш газы жана көмүр, б.а. казылып алынган отундарда) болжол менен 2,1 × 1018 грамм көмүртек (C) сакталат, бул дүйнөлүк көмүртек циклине олуттуу салым кошот. Бирок, тездик менен индустриялаштыруу, казылып алынган отундарды алуу жана адамдардын ишмердүүлүгү бул литосфералык көмүртек резервуарларын азайтып, жыл сайын атмосферага болжол менен 5,5 × 1015 г органикалык көмүртекти (булгоочу заттар катары) бөлүп чыгарууда (Гонсалес-Гая жана башкалар, 2019). Бул органикалык көмүртектин көпчүлүгү кургактыктагы жана деңиз экосистемаларына чөкмө, ташуу жана агын суулар аркылуу кирет. Мындан тышкары, казылып алынган отундардан алынган жаңы синтетикалык булгоочу заттар, мисалы, пластмассалар, пластификаторлор жана пластик стабилизаторлор (фталаттар жана алардын изомерлери) деңиз, топурак жана суу экосистемаларын жана алардын биотасын олуттуу булгайт, ошону менен глобалдык климаттык тобокелдиктерди күчөтөт. Түндүк Америка менен Түштүк-Чыгыш Азиянын ортосундагы Тынч океанында полиэтилен терефталаттан (ПЭТ) алынган ар кандай микропластиктер, нанопластиктер, пластик сыныктары жана алардын уулуу мономердик продуктулары топтолуп, "Тынч океанынын чоң таштанды аянтын" түзүп, деңиз жашоосуна зыян келтирген (Ньюэлл жана башкалар, 2020). Илимий изилдөөлөр мындай булгоочу заттарды/таштандыларды эч кандай физикалык же химиялык ыкмалар менен жок кылуу мүмкүн эместигин далилдеди. Бул контекстте эң пайдалуу микроорганизмдер - бул булгоочу заттарды көмүр кычкыл газына, химиялык энергияга жана башка уулуу эмес кошумча продуктуларга кычкылдануу жолу менен метаболиздей алгандар, алар акыры башка азык заттардын айлануу процесстерине (H, O, N, S, P, Fe ж.б.) кирет. Ошентип, жыпар жыттуу булгоочу заттардын минералдашуусу менен микробдук экофизиологияны жана аны экологиялык көзөмөлдөөнү түшүнүү микробдук көмүртек айлануусун, таза көмүртек бюджетин жана келечектеги климаттык тобокелдиктерди баалоо үчүн абдан маанилүү. Мындай кошулмаларды айлана-чөйрөдөн алып салуу зарылдыгын эске алганда, таза технологияларга багытталган ар кандай эко-өнөр жайлар пайда болду. Же болбосо, экосистемаларда топтолгон өнөр жай калдыктарын/калдык химиялык заттарды баалоо (б.а. калдыктарды байлыкка айландыруу ыкмасы) тегерек экономиканын жана туруктуу өнүгүү максаттарынын негизги тирөөчтөрүнүн бири катары каралат (Клоуз жана башкалар, 2012). Ошондуктан, мындай жыпар жыттуу булгоочу заттарды натыйжалуу жок кылуу жана биоремедиациялоо үчүн бул потенциалдуу деградация талапкерлеринин зат алмашуу, ферменттик жана генетикалык аспектилерин түшүнүү өтө маанилүү.
Көптөгөн ароматтык булгоочу заттардын ичинен биз нафталин жана анын ордуна колдонулган нафталиндер сыяктуу төмөнкү молекулярдык салмактагы ПАГга өзгөчө көңүл бурабыз. Бул кошулмалар мунайдан алынган күйүүчү майлардын, текстиль боёкторунун, керектөөчү товарлардын, пестициддердин (нафталиндер жана курт-кумурскаларга каршы каражаттар), пластификаторлордун жана танниндердин негизги компоненттери болуп саналат жана ошондуктан көптөгөн экосистемаларда кеңири таралган (Preuss et al., 2003). Акыркы отчеттордо нафталиндин концентрациясынын суулуу чөкмөлөрдө, жер астындагы жана жер астындагы топурактарда, вадоза зоналарында жана дарыя нуктарында топтолушу баса белгиленип, анын айлана-чөйрөдө биоаккумуляциясын көрсөтүп турат (Duttagupta et al., 2019, 2020). 2-таблицада нафталиндин жана анын туундуларынын физикалык-химиялык касиеттери, колдонулушу жана ден соолукка тийгизген таасири кыскача баяндалган. Башка жогорку молекулярдык салмактагы ПАГга салыштырмалуу нафталин жана анын туундулары азыраак гидрофобдук, сууда эрүүчү жана экосистемаларда кеңири таралган, ошондуктан алар көбүнчө ПАГдын метаболизмин, генетикасын жана метаболикалык ар түрдүүлүгүн изилдөө үчүн моделдик субстраттар катары колдонулат. Көптөгөн микроорганизмдер нафталинди жана анын туундуларын метаболиздей алышат жана алардын метаболизм жолдору, ферменттери жана жөнгө салуу өзгөчөлүктөрү жөнүндө кеңири маалымат бар (Mallick et al., 2011; Phale et al., 2019, 2020). Мындан тышкары, нафталин жана анын туундулары көп санда болушуна жана биожеткиликтүүлүгүнө байланыштуу айлана-чөйрөнүн булганышын баалоо үчүн прототиптик кошулмалар катары белгиленген. АКШнын Айлана-чөйрөнү коргоо агенттигинин эсептөөсү боюнча, тамеки түтүнүнөн, негизинен толук эмес күйүүдөн пайда болгон нафталиндин орточо деңгээли куб метрине 5,19 мкг жана каптал түтүнүнөн 7,8ден 46 мкгга чейин, ал эми креозот менен нафталинге дуушар болуу 100дөн 10 000 эсеге чейин жогору (Preuss et al. 2003). Айрыкча, нафталиндин түргө, аймакка жана жыныска мүнөздүү дем ​​алуу органдарынын уулуулугуна жана канцерогендүүлүгүнө ээ экени аныкталган. Жаныбарларды изилдөөгө таянып, Эл аралык ракты изилдөө агенттиги (IARC) нафталинди "адамдар үчүн мүмкүн болгон канцероген" (2B тобу)1 катары классификациялаган. Алмаштырылган нафталиндерге, негизинен ингаляциялык жол менен же парентералдык (ооз аркылуу) кабыл алуу өпкө ткандарынын жабыркашына алып келет жана келемиштер менен чычкандарда өпкө шишиктеринин пайда болуу ыктымалдыгын жогорулатат (Улуттук токсикология программасы 2). Курч таасирлерге жүрөк айлануу, кусуу, ичтин оорушу, ич өткөк, баш оору, баш аламандык, катуу тердөө, дене табынын көтөрүлүшү, тахикардия ж.б. кирет. Башка жагынан алганда, кеңири спектрдеги карбамат инсектициди карбарил (1-нафтил N-метилкарбамат) суу омурткасыздарына, амфибияларга, бал аарыларына жана адамдарга уулуу экени жана шал оорусун пайда кылуучу ацетилхолинэстеразаны басаңдатаары көрсөтүлгөн (Smulders et al., 2003; Bulen and Distel, 2011). Ошондуктан, микробдордун деградациясынын механизмдерин, генетикалык жөнгө салууну, ферменттик жана клеткалык реакцияларды түшүнүү булганган чөйрөдө биоремедиация стратегияларын иштеп чыгуу үчүн абдан маанилүү.
2-таблица. Нафталиндин жана анын туундуларынын физикалык-химиялык касиеттери, колдонулушу, идентификациялоо ыкмалары жана ага байланыштуу оорулар жөнүндө толук маалымат.
Булганган нишаларда гидрофобдук жана липофилдик ароматтык булгоочу заттар айлана-чөйрөнүн микробиомуна (коомчулугуна) ар кандай клеткалык таасирлерди жаратышы мүмкүн, мисалы, мембрананын суюктугунун, мембрананын өткөрүмдүүлүгүнүн, липиддик эки катмардын шишип кетишинин, энергиянын берилишинин бузулушунун (электрон ташуу чынжыры/протон кыймылдаткыч күчү) жана мембрана менен байланышкан белоктордун активдүүлүгү (Sikkema et al., 1995). Мындан тышкары, катехолдор жана хинондор сыяктуу кээ бир эрүүчү ортомчулар реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS) пайда кылып, ДНК жана белоктор менен аддукттарды пайда кылышат (Penning et al., 1999). Ошентип, экосистемалардагы мындай кошулмалардын көптүгү микробдук коомчулуктарга сиңирүү/ташуу, клетка ичиндеги трансформация, ассимиляция/пайдалануу жана бөлүнүү сыяктуу ар кандай физиологиялык деңгээлдерде натыйжалуу деградаторлорго айлануу үчүн тандалма басым жасайт.
Рибосомалык маалымат базасынын долбоору-II (RDP-II) боюнча издөө жүргүзгөндө, нафталин же анын туундулары менен булганган чөйрөдөн же байытылган культуралардан жалпысынан 926 бактерия түрү бөлүнүп алынганы аныкталды. Proteobacteria тобунда өкүлдөрдүн саны эң көп болгон (n = 755), андан кийин Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10) жана классификацияланбаган бактериялар (8) (2-сүрөт). γ-Proteobacteria өкүлдөрү (Pseudomonadales жана Xanthomonadales) G+C курамы жогору болгон бардык грам-терс топтордо үстөмдүк кылган (54%), ал эми Clostridiales жана Bacillales (30%) G+C курамы төмөн болгон грам-позитивдүү топтор болгон. Pseudomonas (эң көп саны, 338 түрү) ар кандай булганган экосистемаларда (көмүр чайыры, мунай, чийки мунай, шлам, мунайдын төгүлүшү, агынды суулар, органикалык калдыктар жана полигондор), ошондой эле бүтүн экосистемаларда (топурак, дарыялар, чөкмөлөр жана жер астындагы суулар) нафталинди жана анын метил туундуларын ажырата алары кабарланган (2-сүрөт). Андан тышкары, бул аймактардын айрымдарын байытуу боюнча изилдөөлөр жана метагеномикалык анализдер маданиятсыз Legionella жана Clostridium түрлөрүнүн ажыратуу жөндөмү болушу мүмкүн экенин көрсөттү, бул жаңы жолдорду жана зат алмашуунун ар түрдүүлүгүн изилдөө үчүн бул бактерияларды өстүрүү зарылдыгын көрсөтүп турат.
Сүрөт 2. Нафталин жана нафталин туундулары менен булганган чөйрөлөрдө бактерия өкүлдөрүнүн таксономиялык ар түрдүүлүгү жана экологиялык таралышы.
Ароматтык углеводороддорду ажыратуучу ар кандай микроорганизмдердин ичинен көпчүлүгү нафталинди көмүртектин жана энергиянын жалгыз булагы катары ажыратууга жөндөмдүү. Нафталиндин алмашуусуна катышкан окуялардын ырааттуулугу Pseudomonas sp. үчүн сүрөттөлгөн. (штаммдар: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 жана CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 жана башка штаммдар (ND6 жана AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1996; Annweiler et al., 2000; Basu et al., 2003; Dennis and Zylstra, 2004; Sota et al., 2006; Метаболизм көп компоненттүү диоксигеназа [нафталин диоксигеназа (NDO), шакекче гидроксилдөөчү диоксигеназа] тарабынан башталат, ал нафталиндин ароматтык шакекчелеринин биринин кычкылдануусун экинчи субстрат катары молекулярдык кычкылтекти колдонуп катализдейт, нафталинди цис-нафталиндиолго айлантат (3-сүрөт). Цис-дигидродиол 1,2-дигидроксинафталинге а аркылуу айланат. дегидрогеназа. Шакекче менен бөлүнүүчү диоксигеназа, 1,2-дигидроксинафталин диоксигеназа (12DHNDO), 1,2-дигидроксинафталинди 2-гидроксихром-2-карбон кислотасына айландырат. Ферментативдик цис-транс изомеризациясы транс-о-гидроксибензилиденпируватты пайда кылат, ал гидратаза альдолазасы тарабынан салицил альдегидине жана пируватка бөлүнөт. Органикалык кислота пируват нафталин көмүртек скелетинен алынган жана борбордук көмүртек жолуна багытталган биринчи C3 кошулмасы болгон. Мындан тышкары, NAD+-көз каранды салицилальдегиддегидрогеназа салицилальдегидди салицил кислотасына айландырат. Бул этаптагы зат алмашуу нафталиндин деградациясынын "жогорку жолу" деп аталат. Бул жол көпчүлүк нафталинди деградациялоочу бактерияларда абдан кеңири таралган. Бирок, бир нече өзгөчөлүктөр бар; мисалы, термофилдик Bacillus hamburgii 2де нафталиндин деградациясы нафталин тарабынан башталат. 2,3-диоксигеназа 2,3-дигидроксинафталинди пайда кылат (Annweiler et al., 2000).
3-сүрөт. Нафталиндин, метилнафталиндин, нафтои кислотасынын жана карбарилдин деградациясынын жолдору. Тегеректелген сандар нафталиндин жана анын туундуларынын кийинки продуктуларга ырааттуу айлануусуна жооптуу ферменттерди билдирет. 1 — нафталин диоксигеназа (NDO); 2, цис-дигидродиолдегидрогеназа; 3, 1,2-дигидроксинафталин диоксигеназа; 4, 2-гидроксихром-2-карбон кислотасынын изомеразасы; 5, транс-O-гидроксибензилиденпируват гидратазасы альдолаза; 6, салицилалдегиддегидрогеназа; 7, салицилат 1-гидроксилаза; 8, катехол 2,3-диоксигеназа (C23DO); 9, 2-гидроксимуконат семиальдегиддегидрогеназа; 10, 2-оксопент-4-эноат гидратаза; 11, 4-гидрокси-2-оксопентаноат альдолазасы; 12, ацетальдегиддегидрогеназасы; 13, катехол-1,2-диоксигеназа (C12DO); 14, муконат циклоизомеразасы; 15, муконолактон дельта-изомеразасы; 16, β-кетоадипатеноллактон гидролазасы; 17, β-кетоадипат сукцинил-КоА трансферазасы; 18, β-кетоадипат-КоА тиолазасы; 19, сукцинил-КоА: ацетил-КоА сукцинилтрансферазасы; 20, салицилат 5-гидроксилазасы; 21 – гентизат 1,2-диоксигеназасы (GDO); 22, малеилпируват изомеразасы; 23, фумарилпируват гидролазасы; 24, метилнафталин гидроксилазасы (NDO); 25, гидроксиметилнафталиндегидрогеназа; 26, нафтальдегиддегидрогеназа; 27, 3-формилсалицил кислотасынын оксидазасы; 28, гидроксиизофталат декарбоксилаза; 29, карбарилгидролаза (CH4); 30, 1-нафтол-2-гидроксилаза.
Организмге жана анын генетикалык түзүлүшүнө жараша, пайда болгон салицил кислотасы андан ары салицилат 1-гидроксилаза (S1H) аркылуу катехол жолу аркылуу же салицилат 5-гидроксилаза (S5H) аркылуу гентисат жолу аркылуу метаболизденет (3-сүрөт). Салицил кислотасы нафталин метаболизминдеги негизги аралык зат болгондуктан (жогорку жол), салицил кислотасынан TCA аралык затына чейинки кадамдар көбүнчө төмөнкү жол деп аталат жана гендер бир оперонго уюшулган. Жогорку жол оперонундагы (nah) жана төмөнкү жол оперонундагы (sal) гендер жалпы жөнгө салуучу факторлор менен жөнгө салынаарын көп кездешет; мисалы, NahR жана салицил кислотасы индуктор катары иштейт, бул эки оперонго тең нафталинди толугу менен метаболиздөөгө мүмкүндүк берет (Phale et al., 2019, 2020).
Мындан тышкары, катехол катехол 2,3-диоксигеназа (C23DO) тарабынан мета жол аркылуу циклдик түрдө 2-гидроксимуконат семиальдегидге бөлүнөт (Yen et al., 1988) жана андан ары 2-гидроксимуконат семиальдегид гидролазасы менен гидролизденип, 2-гидроксипент-2,4-диеной кислотасын пайда кылат. Андан кийин 2-гидроксипент-2,4-диеноат гидратаза (2-оксопент-4-эноат гидратаза) жана альдолаза (4-гидрокси-2-оксопентаноат альдолаза) тарабынан пируватка жана ацетальдегидге айланып, андан кийин борбордук көмүртек жолуна кирет (3-сүрөт). Же болбосо, катехол 1,2-оксигеназа (C12DO) тарабынан орто жол аркылуу цис,цис-муконатка циклдик түрдө бөлүнөт. Муконат циклоизомераза, муконолактон изомераза жана β-кетоадипат-ноллактон гидролаза цис,цис-муконатты 3-оксоадипатка айландырат, ал сукцинил-КоА жана ацетил-КоА аркылуу борбордук көмүртек жолуна кирет (Нозаки жана башкалар, 1968) (3-сүрөт).
Гентизат (2,5-дигидроксибензоат) жолунда ароматтык шакек гентизат 1,2-диоксигеназа (GDO) менен малеилпируват пайда кылуу үчүн бөлүнөт. Бул продукт пируватка жана малатка түз гидролиздениши мүмкүн же фумарилпируват пайда кылуу үчүн изомерлениши мүмкүн, андан кийин ал пируватка жана фумаратка гидролиздениши мүмкүн (Larkin and Day, 1986). Альтернативдүү жолду тандоо биохимиялык жана генетикалык деңгээлде Грам-терс жана Грам-позитивдүү бактерияларда байкалган (Morawski et al., 1997; Whyte et al., 1997). Грам-терс бактериялар (Pseudomonas) нафталин метаболизминин индуктору болгон салицил кислотасын колдонууну артык көрүшөт, аны салицилат 1-гидроксилазасын колдонуп катехолго декарбоксилдештиришет (Gibson and Subramanian, 1984). Башка жагынан алганда, грам-позитивдүү бактерияларда (Rhodococcus) салицилат 5-гидроксилаза салицил кислотасын гентизин кислотасына айландырат, ал эми салицил кислотасы нафталин гендеринин транскрипциясына индуктивдүү таасир этпейт (Grund et al., 1992) (3-сүрөт).
Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas жана Mycobacterium түрлөрү монометилнафталинди же диметилнафталинди ыдырата алары кабарланган (Dean-Raymond and Bartha, 1975; Cane and Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999). Алардын арасында Pseudomonas sp. CSV86нын 1-метилнафталин жана 2-метилнафталин ыдыратуу жолу биохимиялык жана ферменттик деңгээлде даана изилденген (Mahajan et al., 1994). 1-Метилнафталин эки жол аркылуу метаболизденет. Алгач, ароматтык шакек гидроксилденип (метилнафталиндин алмаштырылбаган шакекчеси) цис-1,2-дигидрокси-1,2-дигидро-8-метилнафталинди пайда кылат, ал андан ары метил салицилатка жана метилкатехолго чейин кычкылданат, андан кийин шакекче бөлүнгөндөн кийин борбордук көмүртек жолуна кирет (3-сүрөт). Бул жол "көмүртек булагы жолу" деп аталат. Экинчи "детоксикация жолунда" метил тобу NDO менен гидроксилденип, 1-гидроксиметилнафталинди пайда кылууга болот, ал андан ары 1-нафтои кислотасына чейин кычкылданып, культуралык чөйрөгө өлүү продукт катары бөлүнүп чыгат. Изилдөөлөр CSV86 штаммы жалгыз көмүртек жана энергия булагы катары 1- жана 2-нафтои кислотасында өсө албастыгын көрсөттү, бул анын детоксикация жолун тастыктайт (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). 2-метилнафталинде метил тобу гидроксилаза менен гидроксилденип, 2-гидроксиметилнафталинди пайда кылат. Мындан тышкары, нафталин шакекчесинин алмаштырылбаган шакекчеси дигидродиолду пайда кылуу үчүн шакекче гидроксилденип, ал фермент катализдеген реакциялардын катарында 4-гидроксиметилкатехолго чейин кычкылданып, мета-шакекче бөлүнүү жолу аркылуу борбордук көмүртек жолуна кирет. Ошо сыяктуу эле, S. paucimobilis 2322 NDOну колдонуп, 2-метилнафталинди гидроксилдей тургандыгы, ал андан ары метилсалицилат жана метилкатехолду пайда кылуу үчүн кычкылданаары кабарланган (Dutta et al., 1998).
Нафтои кислоталары (алмаштырылган/алмаштырылбаган) - бул метилнафталин, фенантрен жана антрацендин деградациясы учурунда пайда болгон жана колдонулган культуралык чөйрөгө чыгарылган детоксикация/биотрансформациянын кошумча продуктулары. Stenotrophomonas maltophilia CSV89 топурак изоляты 1-нафтои кислотасын көмүртек булагы катары метаболиздей ала тургандыгы кабарланган (Phale et al., 1995). Метаболизм ароматтык шакекченин дигидроксилизденишинен башталат жана 1,2-дигидрокси-8-карбоксинафталинди пайда кылат. Пайда болгон диол 2-гидрокси-3-карбоксибензилиденепируват, 3-формилсалицил кислотасы, 2-гидроксиизофталик кислотасы жана салицил кислотасы аркылуу катехолго кычкылданып, мета-шакекче бөлүнүү жолу аркылуу борбордук көмүртек жолуна кирет (3-сүрөт).
Карбарил - нафтил карбамат пестициди. 1970-жылдары Индияда Жашыл революциядан бери химиялык жер семирткичтерди жана пестициддерди колдонуу айыл чарбасындагы чекиттүү эмес булактардан чыккан полициклдик ароматтык углеводороддордун (ПАУ) эмиссиясынын көбөйүшүнө алып келген (Пингали, 2012; Дуттагупта жана башкалар, 2020). Индиядагы жалпы айдоо аянттарынын болжол менен 55% (85 722 000 гектар) химиялык пестициддер менен иштетилет. Акыркы беш жылда (2015–2020) Индиянын айыл чарба тармагы жылына орто эсеп менен 55 000ден 60 000 тоннага чейин пестициддерди колдонгон (Индия өкмөтүнүн Айыл чарба министрлигинин Кооперативдер жана дыйкандардын жыргалчылыгы департаменти, 2020-жылдын августу). Түндүк жана борбордук Ганг түздүктөрүндө (калкынын саны жана калктын жыштыгы эң жогорку штаттарда) пестициддерди өсүмдүктөргө колдонуу кеңири таралган, инсектициддер басымдуулук кылат. Карбарил (1-нафтил-N-метилкарбамат) - Индиянын айыл чарбасында орточо эсеп менен 100–110 тоннага чейин колдонулган кеңири спектрдеги, орточодон өтө уулуу карбамат инсектициди. Ал көбүнчө Sevin соода аталышы менен сатылат жана ар кандай өсүмдүктөргө (жүгөрү, соя, пахта, мөмө-жемиштер жана жашылчалар) таасир этүүчү курт-кумурскаларды (биттер, от кумурскалары, бүргөлөр, кенелер, жөргөмүштөр жана башка көптөгөн сырткы зыянкечтер) көзөмөлдөө үчүн колдонулат. Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus жана Arthrobacter сыяктуу кээ бир микроорганизмдер башка зыянкечтерди көзөмөлдөө үчүн да колдонулушу мүмкүн. RC100 карбарилди ажырата алары кабарланган (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2017). Карбарилдин ажыроо жолу Pseudomonas sp. C4, C5 жана C6 штаммдарынын топурак изоляттарында биохимиялык, ферменттик жана генетикалык деңгээлде кеңири изилденген (Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (3-сүрөт). Зат алмашуу жолу эфир байланышынын карбарил гидролазасы (CH3) тарабынан гидролизденип, 1-нафтол, метиламин жана көмүр кычкыл газын пайда кылуудан башталат. Андан кийин 1-нафтол 1-нафтол гидроксилаза (1-NH) тарабынан 1,2-дигидроксинафталинге айланат, ал андан ары борбордук көмүртек жолу аркылуу салицилат жана гентисат аркылуу метаболизденет. Карбарилди ажыратуучу кээ бир бактериялар аны катехол орто шакекчесин бөлүү аркылуу салицил кислотасына айландырары кабарланган (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991). Белгилей кетчү нерсе, нафталинди ажыратуучу бактериялар негизинен салицил кислотасын катехол аркылуу метаболиздейт, ал эми карбарилди ажыратуучу бактериялар салицил кислотасын гентизат жолу аркылуу метаболиздегенди артык көрүшөт.
Нафталинсульфон кислотасы/дисульфон кислотасы жана нафтиламинсульфон кислотасынын туундулары азо боёкторду, нымдоочу агенттерди, дисперганттарды ж.б. өндүрүүдө ортомчу катары колдонулушу мүмкүн. Бул кошулмалар адамдар үчүн уулуулугу төмөн болгону менен, цитотоксикалык баалоо алардын балыктар, дафниялар жана балырлар үчүн өлүмгө алып келерин көрсөттү (Greim et al., 1994). Pseudomonas тукумунун өкүлдөрү (A3, C22 штаммдары) сульфон кислотасы тобун камтыган ароматтык шакекчени кош гидроксилдөө менен дигидродиолду пайда кылуу менен метаболизмди баштаары кабарланган, ал андан ары сульфит тобунун өзүнөн-өзү бөлүнүшү менен 1,2-дигидроксинафталинге айланат (Brilon et al., 1981). Алынган 1,2-дигидроксинафталин классикалык нафталин жолу, башкача айтканда, катехол же гентизат жолу аркылуу катаболизденет (4-сүрөт). Аминонафталинсульфон кислотасы жана гидроксинафталинсульфон кислотасы кошумча катаболикалык жолдор менен аралаш бактериялык консорциумдар тарабынан толугу менен деградацияланышы мүмкүн экени көрсөтүлгөн (Нортеманн жана башкалар, 1986). Консорциумдун бир мүчөсү аминонафталинсульфон кислотасын же гидроксинафталинсульфон кислотасын 1,2-диоксигендештирүү жолу менен күкүртсүздөндүрөрү, ал эми аминосалицилат же гидроксисалицилаттар өстүрүүчү чөйрөгө өлүү метаболит катары бөлүнүп чыгып, андан кийин консорциумдун башка мүчөлөрү тарабынан сиңирилери көрсөтүлгөн. Нафталинсульфон кислотасы салыштырмалуу полярдуу, бирок начар биологиялык жактан ажыроочу жана ошондуктан ар кандай жолдор менен метаболиздениши мүмкүн. Биринчи күкүртсүздөндүрүү ароматтык шакекченин жана сульфон кислотасы тобунун региоселективдүү дигидроксилденүүсү учурунда пайда болот; Экинчи күкүртсүздөнүү салицил кислотасы 5-гидроксилаза менен 5-сульфосалицил кислотасынын гидроксилдениши учурунда пайда болот, бул гентизин кислотасын пайда кылат, ал борбордук көмүртек жолуна кирет (Brilon et al., 1981) (4-сүрөт). Нафталиндин деградациясына жооптуу ферменттер нафталин сульфонатынын метаболизми үчүн да жооптуу (Brilon et al., 1981; Keck et al., 2006).
4-сүрөт. Нафталин сульфонатынын деградациясынын зат алмашуу жолдору. Тегерекчелердин ичиндеги сандар 3-сүрөттө сүрөттөлгөн ферменттерге окшош/бирдей болгон нафтил сульфонаттын метаболизмине жооптуу ферменттерди билдирет.
Төмөнкү молекулярдык салмактагы ПАГдар (ТМС-ПАГдар) калыбына келүүчү, гидрофобдук жана начар эрүүчү, ошондуктан табигый түрдө ажыроого/деградацияга дуушар болбойт. Бирок, аэробдук микроорганизмдер молекулярдык кычкылтекти (O2) сиңирүү менен аны кычкылдандыра алышат. Бул ферменттер негизинен оксидоредуктазалар классына кирет жана ароматтык шакекче гидроксилденүү (моно- же дигидроксилденүү), дегидрогенденүү жана ароматтык шакекче бөлүнүү сыяктуу ар кандай реакцияларды аткара алышат. Бул реакциялардан алынган продуктылар жогорку кычкылдануу абалында болот жана борбордук көмүртек жолу аркылуу оңой метаболизденет (Phale et al., 2020). Деградация жолундагы ферменттер индукциялануучу экени кабарланган. Клеткалар глюкоза же органикалык кислоталар сыяктуу жөнөкөй көмүртек булактарында өстүрүлгөндө, бул ферменттердин активдүүлүгү өтө төмөн же анча маанилүү эмес. 3-таблицада нафталиндин жана анын туундуларынын метаболизмине катышкан ар кандай ферменттер (оксигеназалар, гидролаздар, дегидрогеназалар, оксидазалар ж.б.) кыскача баяндалган.
3-таблица. Нафталиндин жана анын туундуларынын деградациясына жооптуу ферменттердин биохимиялык мүнөздөмөлөрү.
Радиоизотоптук изилдөөлөр (18O2) оксигеназалар тарабынан молекулярдык О2нин ароматтык шакекчелерге кошулушу кошулманын андан ары биоажырашын активдештирүүдөгү эң маанилүү кадам экенин көрсөттү (Хаяиши жана башкалар, 1955; Мейсон жана башкалар, 1955). Молекулярдык кычкылтектен (O2) бир кычкылтек атомунун (O) субстратка кошулушу эндогендик же экзогендик монооксигеназалар (гидроксилазалар деп да аталат) тарабынан башталат. Дагы бир кычкылтек атому сууга калыбына келет. Экзогендик монооксигеназалар флавинди NADH же NADPH менен калыбына келтирет, ал эми эндомонооксигеназаларда флавин субстрат тарабынан калыбына келтирилет. Гидроксилденүүнүн абалы продуктунун пайда болушунун ар түрдүүлүгүнө алып келет. Мисалы, салицилат 1-гидроксилаза салицил кислотасын C1 абалында гидроксилаттап, катехолду пайда кылат. Башка жагынан алганда, көп компоненттүү салицилат 5-гидроксилаза (редуктаза, ферредоксин жана оксигеназа суббирдиктерин камтыйт) салицилат кислотасын С5 абалында гидроксилдеп, гентизин кислотасын пайда кылат (Yamamoto et al., 1965).
Диоксигеназалар субстратка эки О2 атомун кошот. Пайда болгон продуктуларга жараша, алар шакекче гидроксилдөөчү диоксигеназалар жана шакекче бөлүүчү диоксигеназалар болуп бөлүнөт. Шакекче гидроксилдөөчү диоксигеназалар ароматтык субстраттарды цис-дигидродиолдорго (мисалы, нафталинге) айландырат жана бактериялар арасында кеңири таралган. Бүгүнкү күнгө чейин шакекче гидроксилдөөчү диоксигеназаларды камтыган организмдер ар кандай ароматтык көмүртек булактарында өсө ала тургандыгы көрсөтүлдү жана бул ферменттер NDO (нафталин), толуол диоксигеназа (TDO, толуол) жана бифенил диоксигеназа (BPDO, бифенил) деп классификацияланат. NDO да, BPDO да ар кандай полициклдик ароматтык углеводороддордун (толуол, нитротолуол, ксилол, этилбензол, нафталин, бифенил, фтор, индол, метилнафталин, нафталинсульфонат, фенантрен, антрацен, ацетофенон ж.б.) кош кычкылдануусун жана каптал чынжыр гидроксилденүүсүн катализдей алат (Бойд жана Шелдрейк, 1998; Фале жана башкалар, 2020). NDO - оксидоредуктазадан, ферредоксинден жана активдүү сайтты камтыган оксигеназа компонентинен турган көп компоненттүү система (Гибсон жана Субраманиан, 1984; Ресник жана башкалар, 1996). NDOнун каталитикалык бирдиги α3β3 конфигурациясында жайгашкан чоң α суббирдигинен жана кичинекей β суббирдигинен турат. NDO оксигеназалардын чоң үй-бүлөсүнө кирет жана анын α-суббирдиги Риске сайтын [2Fe-2S] жана NDOнун субстраттык өзгөчөлүгүн аныктаган мононуклеардык гем эмес темирди камтыйт (Parales et al., 1998). Адатта, бир каталитикалык циклде пиридин нуклеотидин калыбына келтирүүдөн эки электрон редуктаза, ферредоксин жана Риске сайты аркылуу активдүү сайттагы Fe(II) ионуна өткөрүлөт. Калыбына келтирүүчү эквиваленттер молекулярдык кычкылтекти активдештирет, бул субстраттын дигидроксилденүүсү үчүн зарыл шарт болуп саналат (Ferraro et al., 2005). Бүгүнкү күнгө чейин бир нече гана NDO ар кандай штаммдардан тазаланып, деталдуу мүнөздөлгөн жана нафталиндин деградациясына катышкан жолдордун генетикалык көзөмөлү деталдуу изилденген (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003). Шакекчелерди бөлүүчү диоксигеназалар (эндо- же орто-шакекчелерди бөлүүчү ферменттер жана экзодиол- же мета-шакекчелерди бөлүүчү ферменттер) гидроксилденген ароматтык кошулмаларга таасир этет. Мисалы, орто-шакекчелерди бөлүүчү диоксигеназа катехол-1,2-диоксигеназа, ал эми мета-шакекчелерди бөлүүчү диоксигеназа катехол-2,3-диоксигеназа (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). Ар кандай оксигеназалардан тышкары, ароматтык дигидродиолдордун, спирттердин жана альдегиддердин дегидрогенизациясы жана NAD+/NADP+ электрондук акцепторлор катары колдонулушу үчүн жооптуу болгон ар кандай дегидрогеназалар да бар, алар метаболизмге катышкан маанилүү ферменттердин айрымдары болуп саналат (Gibson and Subramanian, 1984; Shaw and Harayama, 1990; Fahle et al., 2020).
Гидролазалар (эстеразалар, амидазалар) сыяктуу ферменттер коваленттик байланыштарды үзүү үчүн сууну колдонгон жана кеңири субстраттык өзгөчөлүктү көрсөткөн ферменттердин экинчи маанилүү классы болуп саналат. Карбарил гидролазасы жана башка гидролазалар грам-терс бактериялардын мүчөлөрүндө периплазманын (трансмембрананын) компоненттери деп эсептелет (Камини жана башкалар, 2018). Карбарилдин амиддик жана эфирдик байланышы бар; ошондуктан, ал эстераза же амидаза менен гидролизденип, 1-нафтолду пайда кылууга болот. Rhizobium rhizobium AC10023 штаммындагы жана Arthrobacter RC100 штаммындагы карбарил тиешелүүлүгүнө жараша эстераза жана амидаза катары иштей тургандыгы кабарланган. Arthrobacter RC100 штаммындагы карбарил да амидаза катары иштейт. RC100 карбарил, метомил, мефенамин кислотасы жана XMC сыяктуу төрт N-метилкарбамат классындагы инсектициддерди гидролиздей турганы көрсөтүлгөн (Hayaatsu et al., 2001). Pseudomonas sp. C5pp курамындагы CH карбарилге (100% активдүүлүк) жана 1-нафтил ацетатына (36% активдүүлүк) таасир эте алары, бирок 1-нафтилацетамидге таасир эте албасы кабарланган, бул анын эстераза экенин көрсөтүп турат (Trivedi et al., 2016).
Биохимиялык изилдөөлөр, ферменттерди жөнгө салуу үлгүлөрү жана генетикалык анализ нафталиндин деградация гендери эки индукциялануучу жөнгө салуучу бирдиктен же "оперондон" тураарын көрсөттү: nah ("жогорку жол", нафталинди салицил кислотасына айландырат) жана sal ("ылдыйкы жол", салицил кислотасын катехол аркылуу борбордук көмүртек жолуна айландырат). Салицил кислотасы жана анын аналогдору индуктор катары иштей алат (Shamsuzzaman and Barnsley, 1974). Глюкоза же органикалык кислоталардын катышуусунда оперон басылып калат. 5-сүрөттө нафталиндин деградациясынын толук генетикалык уюму көрсөтүлгөн (оперон түрүндө). nah генинин бир нече аталган варианттары/формалары (ndo/pah/dox) сүрөттөлгөн жана бардык Pseudomonas түрлөрүнүн арасында жогорку ырааттуулуктагы гомологияга (90%) ээ экени аныкталган (Abbasian et al., 2016). Нафталиндин жогорку жолунун гендери жалпысынан 5А-сүрөттө көрсөтүлгөндөй консенсус тартибинде жайгаштырылган. Дагы бир ген, nahQ, нафталиндин алмашуусуна катышаары жана адатта nahC менен nahE ортосунда жайгашканы кабарланган, бирок анын чыныгы функциясы азырынча тактала элек. Ошо сыяктуу эле, нафталинге сезгич хемотаксис үчүн жооптуу nahY гени айрым мүчөлөрдө nah оперонунун дисталдык учунда табылган. Ralstonia sp.де глутатион S-трансферазасын (gsh) коддогон U2 гени nahAa менен nahAb ортосунда жайгашканы аныкталган, бирок нафталинди пайдалануу мүнөздөмөлөрүнө таасир эткен эмес (Zylstra et al., 1997).
5-сүрөт. Бактериялык түрлөрдүн арасында нафталиндин деградациясы учурунда байкалган генетикалык уюм жана ар түрдүүлүк; (A) Жогорку нафталин жолу, нафталиндин салицил кислотасына метаболизми; (B) Төмөнкү нафталин жолу, салицил кислотасынын катехол аркылуу борбордук көмүртек жолуна өтүшү; (C) салицил кислотасынын гентисат аркылуу борбордук көмүртек жолуна өтүшү.
"Төмөнкү жол" (sal оперон) адатта nahGTHINLMOKJден турат жана катехол метарингдик бөлүнүү жолу аркылуу салицилатты пируватка жана ацетальдегидге айландырат. nahG гени (салицилат гидроксилазасын коддогон) оперондун проксималдык учунда сакталып калганы аныкталган (5B-сүрөт). Башка нафталинди ажыратуучу штаммдар менен салыштырганда, P. putida CSV86да nah жана sal оперондору тандем болуп саналат жана абдан тыгыз байланыштуу (болжол менен 7,5 кб). Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2 жана P. putida AK5 сыяктуу кээ бир грам-терс бактерияларда нафталин гентисат жолу аркылуу борбордук көмүртек метаболити катары метаболизденет (sgp/nag оперон түрүндө). Ген кассетасы адатта nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI түрүндө көрсөтүлөт, мында nagR (LysR тибиндеги жөнгө салуучуну коддоочу) жогорку учунда жайгашкан (5C-сүрөт).
Карбарил борбордук көмүртек циклине 1-нафтол, 1,2-дигидроксинафталин, салицил кислотасы жана гентизин кислотасынын метаболизми аркылуу кирет (3-сүрөт). Генетикалык жана метаболикалык изилдөөлөргө таянып, бул жолду "жогорку" (карбарилдин салицил кислотасына айланышы), "орто" (салицил кислотасын гентизин кислотасына айландыруу) жана "ылдый" (гентизин кислотасын борбордук көмүртек жолунун ортомчуларына айландыруу) деп бөлүү сунушталган (Сингх жана башкалар, 2013). C5pp (supercontig A, 76,3 kb) геномдук анализи mcbACBDEF генинин карбарилди салицил кислотасына айландыруу процессине, андан кийин салицил кислотасын гентизин кислотасына айландыруу процессине mcbIJKL жана гентизин кислотасын борбордук көмүртектин ортоңку заттарына (фумарат жана пируват, Триведи жана башкалар, 2016) айландыруу процессине mcbOQP катышаарын көрсөттү (6-сүрөт).
Ароматтык углеводороддордун (анын ичинде нафталин жана салицил кислотасынын) деградациясына катышкан ферменттер тиешелүү кошулмалар тарабынан индукцияланып, глюкоза же органикалык кислоталар сыяктуу жөнөкөй көмүртек булактары менен ингибирлениши мүмкүн экени кабарланган (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020). Нафталиндин жана анын туундуларынын ар кандай зат алмашуу жолдорунун арасында нафталин менен карбарилдин жөнгө салуучу өзгөчөлүктөрү белгилүү бир деңгээлде изилденген. Нафталин үчүн жогорку жана төмөнкү жолдордогу гендер LysR тибиндеги транс-активдүү позитивдүү жөнгө салуучу NahR тарабынан жөнгө салынат. Ал салицил кислотасы тарабынан nah генинин индукцияланышы жана анын андан кийинки жогорку деңгээлдеги экспрессиясы үчүн талап кылынат (Yen and Gunsalus, 1982). Андан тышкары, изилдөөлөр интегративдик хост фактору (IHF) жана XylR (sigma 54кө көз каранды транскрипциялык жөнгө салуучу) нафталиндин метаболизминде гендердин транскрипциялык активдешүүсү үчүн да маанилүү экенин көрсөттү (Ramos et al., 1997). Изилдөөлөр көрсөткөндөй, катехол мета-шакекче ачуу жолунун ферменттери, атап айтканда, катехол 2,3-диоксигеназа, нафталин жана/же салицил кислотасынын катышуусунда индукцияланат (Басу жана башкалар, 2006). Изилдөөлөр көрсөткөндөй, катехол орто-шакекче ачуу жолунун ферменттери, атап айтканда, катехол 1,2-диоксигеназа, бензой кислотасы жана цис,цис-муконаттын катышуусунда индукцияланат (Парсек жана башкалар, 1994; Товер жана башкалар, 2001).
C5pp штаммында беш ген, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR жана mcbS, карбарилдин деградациясын көзөмөлдөөгө жооптуу LysR/TetR транскрипциялык жөнгө салуучуларынын үй-бүлөсүнө таандык жөнгө салуучуларды коддойт. Гомологиялык mcbG гени Burkholderia RP00725те фенантрендин метаболизмине катышкан LysR тибиндеги жөнгө салуучу PhnS (58% аминокислота окшоштугу) менен эң тыгыз байланышта экени аныкталган (Trivedi et al., 2016). mcbH гени ортоңку жолдо (салицил кислотасынын гентизин кислотасына айланышы) катышып, Pseudomonas жана Burkholderiaдагы LysR тибиндеги транскрипциялык жөнгө салуучу NagR/DntR/NahRге таандык экени аныкталган. Бул үй-бүлөнүн мүчөлөрү салицил кислотасын деградация гендерин индукциялоо үчүн спецификалык эффектордук молекула катары тааный турганы кабарланган. Башка жагынан алганда, төмөнкү жолдо (гентисат-борбордук көмүртек жолунун метаболиттери) LysR жана TetR тибиндеги транскрипциялык жөнгө салуучуларга таандык үч ген, mcbN, mcbR жана mcbS аныкталган.
Прокариоттордо плазмидалар, транспозондор, профагдар, геномдук аралчалар жана интегративдик конъюгативдик элементтер (ICE) аркылуу горизонталдык генди өткөрүп берүү процесстери (алуу, алмашуу же өткөрүп берүү) бактериялык геномдордогу пластикалыктын негизги себептери болуп саналат, бул белгилүү бир функциялардын/өзгөчөлүктөрдүн пайда болушуна же жоголушуна алып келет. Бул бактериялардын ар кандай айлана-чөйрөнүн шарттарына тез ыңгайлашуусуна мүмкүндүк берет, бул кожоюнга ароматтык кошулмалардын бузулушу сыяктуу адаптациялык метаболикалык артыкчылыктарды берет. Метаболикалык өзгөрүүлөр көбүнчө бузулуу оперондорун, алардын жөнгө салуу механизмдерин жана ферменттердин спецификасын так жөнгө салуу аркылуу ишке ашат, бул ароматтык кошулмалардын кеңири диапазонунун бузулушуна өбөлгө түзөт (Nojiri et al., 2004; Phale et al., 2019, 2020). Нафталиндин бузулушу үчүн ген кассеталары плазмидалар (конъюгативдик жана конъюгативдик эмес), транспозондор, геномдор, ICEлер жана ар кандай бактерия түрлөрүнүн айкалыштары сыяктуу ар кандай мобилдик элементтерде жайгашканы аныкталган (5-сүрөт). Pseudomonas G7де NAH7 плазмиданын nah жана sal оперондору бир багытта транскрипцияланган жана мобилизациялоо үчүн Tn4653 транспозазасын талап кылган кемчиликтүү транспозондун бир бөлүгү болуп саналат (Sota et al., 2006). Pseudomonas NCIB9816-4 штаммында ген конъюгативдик плазмиданын pDTG1 бетинде карама-каршы багытта транскрипцияланган эки оперон (болжол менен 15 кб аралыкта) катары табылган (Dennis and Zylstra, 2004). Pseudomonas putida AK5 штаммында конъюгативдик эмес плазмид pAK5 гентизат жолу аркылуу нафталиндин деградациясына жооптуу ферментти коддойт (Izmalkova et al., 2013). Pseudomonas PMD-1 штаммында nah оперону хромосомада, ал эми sal оперону pMWD-1 конъюгативдик плазмидасында жайгашкан (Zuniga et al., 1981). Бирок, Pseudomonas stutzeri AN10до бардык нафталиндин деградация гендери (nah жана sal оперондору) хромосомада жайгашкан жана болжол менен транспозиция, рекомбинация жана кайра түзүү окуялары аркылуу тартылат (Bosch et al., 2000). Pseudomonas sp. CSV86да nah жана sal оперондору геномдо ICE (ICECSV86) түрүндө жайгашкан. Түзүлүш tRNAGly менен корголгон, андан кийин рекомбинация/тиркелүү жерлерин (attR жана attL) көрсөткөн түз кайталоолор жана tRNAGlyнин эки учунда жайгашкан фаг сымал интеграза бар, ошондуктан структуралык жактан ICEclc элементине (хлоркатехолдун деградациясы үчүн Pseudomonas knackmusiiдеги ICEclcB13) окшош. ICEдеги гендер өтө төмөн өткөрүү жыштыгы (10-8) менен конъюгация аркылуу өткөрүлүп, ошону менен деградация касиеттерин реципиентке өткөрүп берери кабарланган (Basu and Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Карбарилдин деградациясына жооптуу гендердин көпчүлүгү плазмиддерде жайгашкан. Arthrobacter sp. RC100 үч плазмиданы (pRC1, pRC2 жана pRC300) камтыйт, алардын ичинен эки конъюгативдик плазмид, pRC1 жана pRC2, карбарилди гентизатка айландыруучу ферменттерди коддойт. Башка жагынан алганда, гентизаттын борбордук көмүртек метаболиттерине айлануусуна катышкан ферменттер хромосомада жайгашкан (Hayaatsu et al., 1999). Rhizobium тукумундагы бактериялар. Карбарилди 1-нафтолго айландыруу үчүн колдонулган AC100 штаммы, CHди коддогон cehA генин Tnceh транспозонунун бир бөлүгү катары инсерция элементи сыяктуу ырааттуулуктар (istA жана istB) менен курчалган алып жүрүүчү pAC200 плазмидасын камтыйт (Hashimoto et al., 2002). Sphingomonas CF06 штаммында карбарил деградациясынын гени беш плазмидада бар деп эсептелет: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04 жана pCF05. Бул плазмиддердин ДНК гомологиясы жогору, бул гендин дубликациясы окуясынын бар экендигин көрсөтүп турат (Feng et al., 1997). Эки Pseudomonas түрүнөн турган карбарил деградациялоочу симбионтта 50581 штаммы mcd карбарил гидролаза генин коддогон pCD1 (50 kb) конъюгативдик плазмиданы камтыйт, ал эми 50552 штаммындагы конъюгативдик плазмид 1-нафтол деградациялоочу ферментти коддойт (Chapalamadugu and Chaudhry, 1991). Achromobacter WM111 штаммында mcd furadan гидролаза гени 100 kb плазмидада (pPDL11) жайгашкан. Бул ген ар кандай географиялык аймактардагы ар кандай бактерияларда ар кандай плазмиддерде (100, 105, 115 же 124 кб) бар экени көрсөтүлгөн (Парек ж.б., 1995). Pseudomonas sp. C5ppде карбарилдин деградациясына жооптуу бардык гендер 76,3 кб ырааттуулукту камтыган геномдо жайгашкан (Trivedi ж.б., 2016). Геномдук анализ (6,15 Мб) 42 MGE жана 36 GEI бар экенин көрсөттү, алардын ичинен 17 MGE орточо асимметриялык G+C курамы (54–60 моль%) менен суперконтиг Ада (76,3 кб) жайгашкан, бул гендин горизонталдык өтүү окуяларынын болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат (Trivedi ж.б., 2016). P. putida XWY-1 карбарилди деградациялоочу гендердин окшош жайгашуусун көрсөтөт, бирок бул гендер плазмидада жайгашкан (Zhu ж.б., 2019).
Биохимиялык жана геномдук деңгээлдердеги зат алмашуунун натыйжалуулугунан тышкары, микроорганизмдер хемотаксис, клетка бетинин модификациялык касиеттери, бөлүнүү, артыкчылыктуу пайдалануу, биосурфактанттарды өндүрүү ж.б. сыяктуу башка касиеттерди же реакцияларды да көрсөтүшөт, бул аларга булганган чөйрөдө жыпар жыттуу булгоочу заттарды натыйжалуураак метаболиздөөгө жардам берет (7-сүрөт).
7-сүрөт. Бөтөн булгоочу кошулмаларды натыйжалуу биологиялык жактан ажыроо үчүн идеалдуу ароматтык углеводороддорду ажыратуучу бактериялардын ар кандай клеткалык жооп берүү стратегиялары.
Хемотаксикалык реакциялар гетерогендүү булганган экосистемаларда органикалык булгоочу заттардын деградациясын күчөтүүчү факторлор болуп эсептелет. (2002) Pseudomonas sp. G7нин нафталинге хемотаксиси суу системаларында нафталиндин деградация ылдамдыгын жогорулаткандыгын көрсөттү. Жапайы типтеги G7 штаммы нафталинди хемотаксис жетишсиз мутант штаммга караганда алда канча тез деградациялаган. NahY белогу (мембрана топологиясы бар 538 аминокислота) NAH7 плазмидасында метаклеаваж жолунун гендери менен бирге транскрипцияланганы аныкталган жана хемотаксис өзгөрткүчтөрү сыяктуу эле, бул белок нафталиндин деградациясы үчүн хеморецептор катары иштейт окшойт (Grimm and Harwood 1997). Hansel et al. тарабынан жүргүзүлгөн дагы бир изилдөө (2009) белоктун хемотаксикалык экенин, бирок анын деградация ылдамдыгы жогору экенин көрсөттү. (2011) Pseudomonas (P. putida) газ түрүндөгү нафталинге хемотаксикалык реакциясын көрсөттү, мында газ фазасынын диффузиясы клеткаларга нафталиндин туруктуу агымына алып келди, бул клеткалардын хемотаксикалык реакциясын көзөмөлдөдү. Изилдөөчүлөр бул хемотаксикалык жүрүм-турумду деградация ылдамдыгын жогорулаткан микробдорду иштеп чыгуу үчүн колдонушту. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, хемосенсордук жолдор клетканын бөлүнүшү, клетка циклин жөнгө салуу жана биофильмдин пайда болушу сыяктуу башка клеткалык функцияларды да жөнгө салат, ошону менен деградация ылдамдыгын көзөмөлдөөгө жардам берет. Бирок, бул касиетти (хемотаксисти) натыйжалуу деградация үчүн пайдалануу бир нече тоскоолдуктар менен тоскоол болот. Негизги тоскоолдуктар: (а) ар кандай паралогиялык рецепторлор бир эле кошулмаларды/лиганддарды тааныйт; (б) альтернативдүү рецепторлордун болушу, б.а., энергетикалык тропизм; (в) бир эле рецептор үй-бүлөсүнүн сенсордук чөйрөлөрүндөгү олуттуу ырааттуулук айырмачылыктары; жана (г) негизги бактериялык сенсордук белоктор жөнүндө маалыматтын жетишсиздиги (Ortega et al., 2017; Martin-Mora et al., 2018). Кээде ароматтык углеводороддордун биодеградациясы бир нече метаболиттерди/аралык заттарды пайда кылат, алар бактериялардын бир тобу үчүн хемотаксистик, ал эми башкалары үчүн жийиркеничтүү болушу мүмкүн, бул процессти ого бетер татаалдаштырат. Лиганддардын (ароматтык углеводороддордун) химиялык рецепторлор менен өз ара аракеттенүүсүн аныктоо үчүн, биз Pseudomonas putida жана Escherichia coli сенсордук жана сигналдык домендерин бириктирүү аркылуу гибриддик сенсордук белокторду (PcaY, McfR жана NahY) курдук, алар тиешелүүлүгүнө жараша ароматтык кислоталардын, TCA аралык продуктуларынын жана нафталиндин рецепторлорун бутага алышат (Luu et al., 2019).
Нафталиндин жана башка полициклдик ароматтык углеводороддордун (ПАУ) таасири астында бактериялык мембрананын түзүлүшү жана микроорганизмдердин бүтүндүгү олуттуу өзгөрүүлөргө дуушар болот. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, нафталин гидрофобдук өз ара аракеттенүүлөр аркылуу ацил чынжырынын өз ара аракеттенүүсүнө тоскоол болуп, мембрананын шишигин жана суюктугун жогорулатат (Sikkema et al., 1995). Бул зыяндуу таасирге каршы туруу үчүн, бактериялар изо/антеизо тармакталган чынжырлуу май кислоталарынын ортосундагы катышты жана май кислотасынын курамын өзгөртүү жана цис-каныкпаган май кислоталарын тиешелүү транс-изомерлерге изомерлөө аркылуу мембрананын суюктугун жөнгө салат (Heipieper and de Bont, 1994). Нафталин менен иштетүүдө өстүрүлгөн Pseudomonas stutzeriде каныккан жана каныкпаган май кислоталарынын катышы 1,1ден 2,1ге чейин жогорулаган, ал эми Pseudomonas JS150дө бул катыш 7,5тен 12,0гө чейин жогорулаган (Mrozik et al., 2004). Нафталинге өстүрүлгөндө, Achromobacter KAs 3–5 клеткалары нафталин кристаллдарынын айланасында клеткалардын агрегациясын жана клетканын бетинин зарядынын төмөндөшүн (-22,5тен -2,5 мВга чейин), цитоплазмалык конденсация жана вакуолизация менен коштолгонун көрсөттү, бул клетканын түзүлүшүндөгү жана клетканын бетинин касиеттериндеги өзгөрүүлөрдү көрсөтүп турат (Mohapatra et al., 2019). Клеткалык/беттик өзгөрүүлөр ароматтык булгоочу заттарды жакшыраак сиңирүү менен түздөн-түз байланыштуу болгону менен, тиешелүү биоинженерия стратегиялары толук оптималдаштырылган эмес. Клетканын формасын манипуляциялоо биологиялык процесстерди оптималдаштыруу үчүн сейрек колдонулган (Volke and Nikel, 2018). Клетканын бөлүнүүсүнө таасир этүүчү гендердин өчүрүлүшү клетка морфологиясынын өзгөрүшүнө алып келет. Клетканын бөлүнүүсүнө таасир этүүчү гендердин өчүрүлүшү клетка морфологиясынын өзгөрүшүнө алып келет. Bacillus subtilisте клетканын септум белогу SepF септумдун пайда болушуна катышаары жана клетканын бөлүнүүсүнүн кийинки кадамдары үчүн талап кылынары көрсөтүлгөн, бирок ал маанилүү ген эмес. Bacillus subtilis бактериясындагы пептиддик гликан гидролазаларын коддогон гендердин жок кылынышы клеткалардын узарышына, өсүү ылдамдыгынын жогорулашына жана ферменттерди өндүрүү жөндөмдүүлүгүнүн жакшырышына алып келген (Cui et al., 2018).
Карбарил деградация жолун бөлүү Pseudomonas C5pp жана C7 штаммдарынын натыйжалуу деградациясына жетүү үчүн сунушталган (Kamini et al., 2018). Карбарил сырткы мембрана пердеси жана/же диффузиялануучу пориндер аркылуу периплазмалык мейкиндикке ташылат деп болжолдонууда. CH - бул карбарилдин гидролизин 1-нафтолго катализдөөчү периплазмалык фермент, ал туруктуураак, гидрофобдук жана уулуураак. CH периплазмада локалдашкан жана карбарилге аз жакындыкка ээ, ошону менен 1-нафтолдун пайда болушун көзөмөлдөйт, ошону менен анын клеткаларда топтолушуна жол бербейт жана клеткалар үчүн уулуулугун азайтат (Kamini et al., 2018). Пайда болгон 1-нафтол цитоплазмага ички мембрана аркылуу бөлүнүү жана/же диффузия аркылуу ташылат, андан кийин борбордук көмүртек жолунда андан ары метаболизм үчүн жогорку жакындыктагы 1NH ферменти тарабынан 1,2-дигидроксинафталинге гидроксилденет.
Микроорганизмдер ксенобиотикалык көмүртек булактарын ыдыратууга генетикалык жана метаболикалык мүмкүнчүлүктөргө ээ болгону менен, аларды пайдалануунун иерархиялык түзүлүшү (б.а., татаал көмүртек булактарына караганда жөнөкөй булактарды артыкчылыктуу колдонуу) биодеградацияга чоң тоскоолдук болуп саналат. Жөнөкөй көмүртек булактарынын болушу жана колдонулушу ПАГ сыяктуу татаал/артыкчылыктуу эмес көмүртек булактарын ыдыратуучу ферменттерди коддогон гендерди төмөндөтөт. Жакшы изилденген мисал, глюкоза жана лактоза Escherichia coli менен бирге берилгенде, глюкоза лактозага караганда натыйжалуураак колдонулат (Jacob and Monod, 1965). Pseudomonas көмүртек булактары катары ар кандай ПАГдарды жана ксенобиотикалык кошулмаларды ыдырат деп кабарланган. Pseudomonas көмүртек булактарын пайдалануу иерархиясы органикалык кислоталар > глюкоза > ароматтык кошулмалар (Hylemon and Phibbs, 1972; Collier et al., 1996). Бирок, бир өзгөчөлүк бар. Кызыктуусу, Pseudomonas sp. CSV86 глюкозанын ордуна ароматтык углеводороддорду (бензой кислотасы, нафталин ж.б.) артыкчылыктуу колдонгон жана ароматтык углеводороддорду органикалык кислоталар менен бирге метаболизмге киргизген уникалдуу иерархиялык түзүлүштү көрсөтөт (Basu et al., 2006). Бул бактерияда ароматтык углеводороддордун деградациясы жана ташылышы үчүн гендер глюкоза же органикалык кислоталар сыяктуу экинчи көмүртек булагы болгон учурда да төмөндөбөйт. Глюкоза жана ароматтык углеводороддор чөйрөсүндө өстүрүлгөндө, глюкозаны ташуу жана метаболизм үчүн гендер төмөндөгөнү, ароматтык углеводороддор биринчи логарифмдик фазада, ал эми глюкоза экинчи логарифмдик фазада колдонулганы байкалган (Basu et al., 2006; Choudhary et al., 2017). Башка жагынан алганда, органикалык кислоталардын болушу ароматтык углеводороддордун метаболизминин экспрессиясына таасир эткен эмес, ошондуктан бул бактерия биодеградация изилдөөлөрү үчүн талапкер штамм болот деп күтүлүүдө (Phale et al., 2020).
Углеводород биотрансформациясы микроорганизмдерде кычкылдануу стрессин жана антиоксидант ферменттеринин жогорулашын пайда кылышы мүмкүн экени белгилүү. Стационардык фаза клеткаларында да, уулуу кошулмалардын катышуусунда да нафталиндин натыйжасыз биодеградациясы реактивдүү кычкылтек түрлөрүнүн (ROS) пайда болушуна алып келет (Kang et al. 2006). Нафталинди деградациялоочу ферменттер темир-күкүрт кластерлерин камтыгандыктан, кычкылдануу стрессинин астында гемдеги темир жана темир-күкүрт белоктору кычкылданып, белоктун инактивдешүүсүнө алып келет. Ферредоксин-NADP+ редуктаза (Fpr) супероксиддисмутаза (SOD) менен бирге NADP+/NADPH менен ферредоксиндин же флаводоксиндин эки молекуласынын ортосундагы кайтарымдуу кычкылдануу-калыбына келүү реакциясын ортомчулук кылат, ошону менен ROSту жок кылат жана кычкылдануу стрессинин астында темир-күкүрт борборун калыбына келтирет (Li et al. 2006). Pseudomonas чөйрөсүндөгү Fpr жана SodA (SOD) кычкылдануу стрессинен улам пайда болушу мүмкүн экени жана нафталин кошулган шарттарда өсүү учурунда төрт Pseudomonas штаммында (O1, W1, As1 жана G1) SOD жана каталаза активдүүлүгүнүн жогорулаганы байкалган (Kang et al., 2006). Изилдөөлөр көрсөткөндөй, аскорбин кислотасы же темир (Fe2+) сыяктуу антиоксиданттарды кошуу нафталиндин өсүү ылдамдыгын жогорулата алат. Rhodococcus erythropolis нафталин чөйрөсүндө өскөндө, sodA (Fe/Mn супероксид дисмутаза), sodC (Cu/Zn супероксид дисмутаза) жана recA сыяктуу кычкылдануу стрессине байланыштуу цитохром P450 гендеринин транскрипциясы жогорулаган (Sazykin et al., 2019). Нафталинде өстүрүлгөн Pseudomonas клеткаларынын салыштырмалуу сандык протеомикалык анализи кычкылдануу стрессинин реакциясы менен байланышкан ар кандай белоктордун жогорулашы стресс менен күрөшүү стратегиясы экенин көрсөттү (Herbst et al., 2013).
Микроорганизмдер гидрофобдук көмүртек булактарынын таасири астында биосурфактанттарды өндүрөрү кабарланган. Бул сурфактанттар - мунай-суу же аба-суу чекиттеринде агрегаттарды пайда кыла турган амфифилдик беттик активдүү кошулмалар. Бул жасалма эригичтикке өбөлгө түзөт жана ароматтык углеводороддордун адсорбциясын жеңилдетет, натыйжада натыйжалуу биодеградацияга алып келет (Рахман жана башкалар, 2002). Ушул касиеттерден улам, биосурфактанттар ар кандай тармактарда кеңири колдонулат. Бактериялык культураларга химиялык сурфактанттарды же биосурфактанттарды кошуу углеводороддордун деградациясынын натыйжалуулугун жана ылдамдыгын жогорулатат. Биосурфактанттардын арасында Pseudomonas aeruginosa тарабынан өндүрүлгөн рамнолипиддер кеңири изилденип, мүнөздөлгөн (Hisatsuka жана башкалар, 1971; Рахман жана башкалар, 2002). Мындан тышкары, биосурфактанттардын башка түрлөрүнө липопептиддер (Pseudomonas fluorescens муциндери), 378 эмульгатору (Pseudomonas fluorescensтен) (Розенберг жана Рон, 1999), Rhodococcusтан алынган трегалоза дисахарид липиддери (Ramdahl, 1985), Bacillusтан алынган лихенинди (Saraswathy жана Hallberg, 2002) жана Bacillus subtilisтен алынган беттик активдүү затты (Ziegmund жана Wagner, 1991) жана Bacillus amyloliquefaciensтен алынган беттик активдүү затты (Zhi et al., 2017) камтыйт. Бул күчтүү беттик активдүү заттар беттик тартылууну 72 дин/см2ден 30 дин/см2ден азга чейин төмөндөтүп, углеводороддордун жакшы сиңишине мүмкүндүк берери көрсөтүлгөн. Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia жана башка бактерия түрлөрү нафталин жана метилнафталин чөйрөсүндө өстүрүлгөндө ар кандай рхамнолипиддик жана гликолипиддик негиздеги биосурфактанттарды өндүрө алары кабарланган (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 нафтои кислотасы сыяктуу ароматтык кошулмаларда өстүрүлгөндө клеткадан тышкаркы Biosur-Pm биосурфактантын өндүрө алат (Phale et al., 1995). Biosur-Pm пайда болуу кинетикасы анын синтези өсүүгө жана рНга көз каранды процесс экенин көрсөттү. Нейтралдуу рН деңгээлиндеги клеткалар тарабынан өндүрүлгөн Biosur-Pm көлөмү рН 8,5 деңгээлиндегиге караганда жогору экени аныкталган. рН 8,5 деңгээлинде өстүрүлгөн клеткалар гидрофобдук жактан жогору болгон жана рН 7,0 деңгээлинде өстүрүлгөн клеткаларга караганда ароматтык жана алифаттык кошулмаларга жогорку жакындыкка ээ болгон. Rhodococcus spp. N6, көмүртектин азотко (C:N) жогорку катышы жана темирдин чектелиши клеткадан тышкаркы биосурфактанттарды өндүрүү үчүн оптималдуу шарттар болуп саналат (Mutalik et al., 2008). Штаммдарды жана ачытууну оптималдаштыруу аркылуу биосурфактанттардын (сурфактиндердин) биосинтезин жакшыртуу аракеттери көрүлдү. Бирок, өстүрүү чөйрөсүндөгү сурфактанттын титринин деңгээли төмөн (1,0 г/л), бул ири көлөмдөгү өндүрүш үчүн кыйынчылык жаратат (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Ошондуктан, анын биосинтезин жакшыртуу үчүн генетикалык инженерия ыкмалары колдонулган. Бирок, анын инженердик модификациясы оперондун чоң өлчөмүнөн (∼25 кб) жана кворумдук сезүү системасынын татаал биосинтетикалык жөнгө салынышынан улам кыйын (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Bacillus бактерияларында бир катар генетикалык инженерия модификациялары жүргүзүлдү, негизинен промоторду (srfA оперон) алмаштыруу, сурфактин экспорттоочу YerP протеинин жана жөнгө салуучу факторлор ComX жана PhrC ашыкча экспрессиялоо аркылуу сурфактин өндүрүшүн көбөйтүүгө багытталган (Jiao et al., 2017). Бирок, бул генетикалык инженерия ыкмалары бир же бир нече гана генетикалык модификацияга жетишкен жана азырынча коммерциялык өндүрүшкө жете элек. Ошондуктан, билимге негизделген оптималдаштыруу ыкмаларын андан ары изилдөө зарыл.
PAH биодеградациясын изилдөө негизинен стандарттуу лабораториялык шарттарда жүргүзүлөт. Бирок, булганган жерлерде же булганган чөйрөлөрдө көптөгөн абиотикалык жана биотикалык факторлор (температура, рН, кычкылтек, азык заттардын болушу, субстраттын биожеткиликтүүлүгү, башка ксенобиотиктер, акыркы продуктунун ингибирлениши ж.б.) микроорганизмдердин деградациялык жөндөмүн өзгөртүп, таасир этери көрсөтүлгөн.
Температура ПАГдын биодеградациясына олуттуу таасир этет. Температура жогорулаган сайын эриген кычкылтектин концентрациясы төмөндөйт, бул аэробдук микроорганизмдердин метаболизмине таасир этет, анткени алар гидроксилденүү же шакекче бөлүнүү реакцияларын жүргүзгөн оксигеназалар үчүн субстраттардын бири катары молекулярдык кычкылтекти талап кылат. Көбүнчө жогорку температура баштапкы ПАГдарды уулуураак кошулмаларга айландырып, ошону менен биодеградацияны басаңдатары белгиленет (Muller et al., 1998).
Көптөгөн ПАХ менен булганган жерлердин рН мааниси өтө жогору экени, мисалы, кислоталуу шахталардын дренаждары менен булганган жерлер (рН 1–4) жана щелочтуу фильтрат менен булганган жаратылыш газы/көмүр газификациясы жерлери (рН 8–12) сыяктуу экени белгиленген. Бул шарттар биодеградация процессине олуттуу таасир этиши мүмкүн. Ошондуктан, микроорганизмдерди биоремедиация үчүн колдонуудан мурун, щелочтуу топуракка аммоний сульфаты же аммоний нитраты сыяктуу ылайыктуу химиялык заттарды (орточодон өтө төмөн кычкылдануу-калыбына келүү потенциалы менен) кошуу же кислоталуу жерлерге кальций карбонаты же магний карбонаты менен акиташтоо менен рН маанисин тууралоо сунушталат (Bowlen et al. 1995; Gupta and Sar 2020).
Жабыркаган аймакка кычкылтек менен камсыздоо ПАХтын биодеградациясынын ылдамдыгын чектөөчү фактор болуп саналат. Айлана-чөйрөнүн кычкылдануу-калыбына келүү шарттарына байланыштуу, in situ биоремедиация процесстери көбүнчө тышкы булактардан кычкылтек киргизүүнү талап кылат (айдоо, абаны тазалоо жана химиялык кошулмалар) (Pardieck et al., 1992). Odenkranz et al. (1996) булганган суу катмарына магний пероксидин (кычкылтек бөлүп чыгаруучу кошулма) кошуу BTEX кошулмаларын натыйжалуу биоремедиациялай аларын көрсөтүштү. Дагы бир изилдөөдө булганган суу катмарында фенол менен BTEXтин in situ деградациясы натрий нитратын сайып, натыйжалуу биоремедиацияга жетүү үчүн экстракциялык кудуктарды куруу менен изилденген (Bewley and Webb, 2001).