Makala “Ösen bioremediasiýa tehnologiýalary we sintetiki organiki birleşmeleriň (SOC) gaýtadan işlenilmegi” atly ylmy mowzugyň bir bölegidir. Ähli 14 makalany görkez
Naftalin we onuň ornuny tutýan naftalinler (metilnaftalin, naftoý kislotasy, 1-naftil-N-metilkarbamat we ş.m.) ýaly pes molekulýar agramly polisiklik aromatik uglewodorodlar (PAU) dürli pudaklarda giňden ulanylýar we organizmler üçin genotoksik, mutagen we/ýa-da kanserogendir. Bu sintetiki organiki birleşmeler (SOC) ýa-da ksenobiotikler ileri tutulýan hapalaýjylar hasaplanýar we global daşky gurşawa we jemgyýetçilik saglygyna çynlakaý howp döredýär. Adam işiniň intensiwligi (meselem, kömür gazlaşdyrma, nebiti gaýtadan işlemek, ulag zyňyndylary we oba hojalyk ulanylyşlary) bu ähli ýerde ýaýran we dowamly birleşmeleriň konsentrasiýasyny, ykbalyny we daşalmagyny kesgitleýär. Fiziki we himiki arassalamak/aýyrmak usullaryndan başga-da, POC-lary doly dargadyp bilýän ýa-da olary zäherli däl goşmaça önümlere öwürýän mikroorganizmleri ulanýan bioremediasiýa ýaly ýaşyl we ekologiýa taýdan arassa tehnologiýalar howpsuz, tygşytly we geljegi uly alternatiwa hökmünde peýda boldy. Toprak mikrobiotasyndaky Proteobakteria (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia we Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus we Paenibacillus) we Actinobacteria (Rhodococcus we Arthrobacter) filalaryna degişli dürli bakteriýa görnüşleri dürli organiki birleşmeleri dargatmak ukybyny görkezdi. Metabolik barlaglar, genomika we metagenomiki analiz bize bu ýönekeý ýaşaýyş görnüşlerinde bar bolan katabolik çylşyrymlylygy we dürlüligi düşünmäge kömek edýär, bu bolsa netijeli biodegradasiýa üçin has-da ulanylyp bilner. PAH-laryň uzak möhletli ýaşamagy plazmidler, transpozonlar, bakteriofaglar, genom adalary we integratiw konýugatiw elementler ýaly genetiki elementleri ulanyp, gorizontal gen geçişi arkaly täze dargama fenotipleriniň peýda bolmagyna getirdi. Aýratyn izolýatlaryň ýa-da model jemgyýetleriň (konsorsiumlaryň) ulgam biologiýasy we genetiki inženerçiligi bu PAH-laryň sinergetik täsirler arkaly toplumlaýyn, çalt we netijeli bioremediasiýasyny üpjün edip biler. Bu synymda biz naftaliniň we onuň ornuny tutýan naftalin parçalaýjy bakteriýalaryň dürli metabolik ýollaryna we dürlüligine, genetiki düzümine we dürlüligine, şeýle hem öýjük reaksiýalaryna/uýgunlaşmagyna ünsi jemleýäris. Bu bolsa meýdanda ulanmak we netijeli bioremediasiýa üçin ştammlary optimizirlemek üçin ekologiýa maglumatlaryny berer.
Senagatyň çalt ösüşi (nefthimiýa, oba hojalygy, derman senagaty, dokma boýaglary, kosmetika we ş.m.) global ykdysady gülläp ösüşe we ýaşaýyş derejesiniň ýokarlanmagyna goşant goşdy. Bu eksponensial ösüş dürli önümleri öndürmek üçin ulanylýan köp sanly sintetiki organiki birleşmeleriň (SOC) öndürilmegine getirdi. Bu daşary ýurt birleşmelerine ýa-da SOC-lara polisiklik aromatik uglewodorodlar (PAU), pestisidler, gerbisidler, plastikleşdirijiler, boýaglar, derman serişdeleri, organofosfatlar, ot öçüriji maddalar, uçujy organiki erginler we ş.m. girýär. Olar atmosfera, suw we gury ýer ekosistemalaryna zyňylýar, ol ýerde köpugurly täsirleri bolýar we fiziki-himiki häsiýetleriň we jemgyýet gurluşynyň üýtgemegi arkaly dürli bioformalara zyýanly täsir edýär (Petrie we başg., 2015; Bernhardt we başg., 2017; Sarkar we başg., 2020). Köp sanly hoşboý ysly hapalaýjylar köp sanly bitewi ekosistemalara/biologiki dürlüligiň gyzgyn nokatlaryna (meselem, merjen rifleri, Arktika/Antarktika buz örtükleri, beýik dag kölleri, çuň deňiz çökündileri we ş.m.) güýçli we weýran ediji täsir edýär (Jones 2010; Beyer we başg. 2020; Nordborg we başg. 2020). Soňky geomikrobiologik barlaglar sintetiki organiki maddalaryň (meselem, hoşboý ysly hapalaýjylaryň) we olaryň öndürileriniň emeli gurluşlaryň (gurlan gurşawyň) ýüzünde (meselem, medeni miras ýerleri we granitden, daşdan, agaçdan we metaldan ýasalan ýadygärlikler) çökmeginiň olaryň dargamagyny çaltlaşdyrýandygyny görkezdi (Gadd 2017; Liu we başg. 2018). Adam işleri howanyň hapalanmagy we howanyň üýtgemegi arkaly ýadygärlikleriň we binalaryň biologiki dargamagyny güýçlendirip we ýaramazlaşdyryp biler (Liu we başg. 2020). Bu organiki hapalaýjylar atmosferadaky suw bugy bilen reaksiýa girip, gurluşa çöküp, materialyň fiziki we himiki dargamagyna sebäp bolýar. Biodegradasiýa, diri organizmleriň materiallaryň daşky görnüşindäki we häsiýetlerinde olaryň saklanyşyna täsir edýän islenilmeýän üýtgeşmeler hökmünde giňden ykrar edilýär (Pochon we Jaton, 1967). Bu birleşmeleriň mundan beýläk mikrob täsiri (metabolizmi) gurluş bitewüligini, gorag netijeliligini we medeni gymmatyny peseldip biler (Gadd, 2017; Liu we beýlekiler, 2018). Beýleki tarapdan, käbir ýagdaýlarda, bu gurluşlara mikroblaryň uýgunlaşmagy we olara jogap bermegi peýdaly bolup çykdy, sebäbi olar biofilmleri we çüýreme/parçalanma tizligini peseldýän beýleki gorag gabyklaryny emele getirýär (Martino, 2016). Şonuň üçin daş, metal we agaç ýadygärlikleri üçin netijeli uzak möhletli durnukly gorag strategiýalaryny işläp düzmek bu prosesde gatnaşýan esasy prosesleri doly düşünmegi talap edýär. Tebigy prosesler bilen deňeşdirilende (geologiki prosesler, tokaý ýangynlary, wulkan püskürmeleri, ösümlik we bakteriýa reaksiýalary), adamyň işleri ekosistemalara köp mukdarda polisiklik aromatik uglewodorodlaryň (PAH) we beýleki organiki uglerodyň (OC) goýberilmegine getirýär. Oba hojalygynda (insektisidler we pestisidler, mysal üçin DDT, atrazin, karbaril, pentahlorfenol we ş.m.), senagatda (çig nebit, nebit laýy/galyndylar, nebitden alynýan plastmassalar, PCB-ler, plastifikatorlar, ýuwujy serişdeler, dezinfeksiýa serişdeleri, fumigantlar, hoşboý yslar we konserwantlar), şahsy ideg serişdelerinde (gün kremleri, dezinfeksiýa serişdeleri, mör-möjeklere garşy serişdeler we polisiklik muskuslar) we ok-därilerde (2,4,6-TNT ýaly partlaýjy maddalar) ulanylýan köp sanly PAH-lar planetanyň saglygyna täsir edip biljek potensial ksenobiotiklerdir (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna we Phale, 2008; Petrie we başg., 2015). Bu sanawy nebitden alynýan birleşmeleri (ýangyç ýaglary, sürtgüler, asfaltenler), ýokary molekulýar agramly bioplastikleri we ion suwuklyklaryny goşmak bilen giňeltmek mümkin (Amde we başg., 2015). 1-nji tablisada dürli hoşboý ysly hapalaýjylar we olaryň dürli pudaklarda ulanylyşlary sanalýar. Soňky ýyllarda uçujy organiki birleşmeleriň, şeýle hem uglerod dioksidiniň we beýleki parnik gazlarynyň antropogen zyňyndylary artmaga başlady (Dworak we beýlekiler, 2017). Şeýle-de bolsa, antropogen täsirler tebigy täsirlerden ep-esli köp. Mundan başga-da, biz birnäçe SOC-laryň köp daşky gurşaw gurşawlarynda saklanyp galýandygyny we biomlara ýaramaz täsir edýän täze hapalaýjylar hökmünde kesgitlenendigini anykladyk (1-nji surat). Birleşen Ştatlaryň Daşky gurşawy goramak agentligi (USEPA) ýaly daşky gurşaw agentlikleri bu hapalaýjylaryň köpüsini sitotoksik, genotoksik, mutagen we kanserogen häsiýetleri sebäpli ileri tutulýan sanawlaryna goşdular. Şonuň üçin, hapalanan ekosistemalardan galyndylary gaýtadan işlemek/aýyrmak üçin berk zyňyndylary ýok etmek düzgünleri we netijeli strategiýalar zerurdyr. Piroliz, oksidatiw termiki işläp bejermek, howany howalandyrmak, çöplüklere taşlamak, ýakmak we ş.m. ýaly dürli fiziki we himiki işläp bejeriş usullary netijesiz we gymmatdyr we aşyndyryjy, zäherli we gaýtadan işlemek kyn bolan goşmaça önümleri döredýär. Ählumumy ekologiýa habardarlygynyň artmagy bilen, bu hapalaýjy maddalary we olaryň öndürýän maddalaryny (galogenleşdirilen, nitro, alkil we/ýa-da metil ýaly) dargadyp bilýän mikroorganizmler barha köp üns çekýär (Fennell we beýlekiler, 2004; Haritash we Kaushik, 2009; Phale we beýlekiler, 2020; Sarkar we beýlekiler, 2020; Schwanemann we beýlekiler, 2020). Bu ýerli dalaşgär mikroorganizmleriň aromatik hapalaýjy maddalary aýyrmak üçin ýekelikde ýa-da garyşyk medeniýetlerde (koloniýalarda) ulanylmagy ekologiýa howpsuzlygy, bahasy, netijeliligi, täsirliligi we durnuklylygy babatda artykmaçlyklara eýedir. Barlagçylar şeýle hem hapalaýjy maddalary arassalamak/aýyrmak üçin geljegi uly tehnologiýa hökmünde mikrob prosesleriniň elektrohimiki redoks usullary, ýagny bioelektrohimiki ulgamlar (BES) bilen utgaşdyrylmagyny öwrenýärler (Huang we beýlekiler, 2011). BES tehnologiýasy ýokary netijeliligi, arzanlygy, ekologiýa howpsuzlygy, otagyň temperaturasynda işlemegi, biouýgunlaşýan materiallary we gymmatly goşmaça önümleri (meselem, elektrik energiýasy, ýangyç we himiki maddalar) dikeltmek ukyby sebäpli barha köp üns çekdi (Pant we beýlekiler, 2012; Nazari we beýlekiler, 2020). Ýokary öndürijilikli genom yzygiderliliginiň we omiks gurallarynyň/usullarynyň peýda bolmagy dürli dargadyjy mikroorganizmleriň reaksiýalarynyň genetiki düzgünleşdirilişi, proteomikasy we fluksomikasy barada köp sanly täze maglumatlary berdi. Bu gurallary ulgam biologiýasy bilen utgaşdyrmak, netijeli we täsirli biodegradasiýa gazanmak üçin mikroorganizmlerde maksatly katabolik ýollaryň saýlanyşyny we inçe sazlanyşyny (ýagny metabolik dizaýn) düşünmegimizi has-da gowulandyrdy. Laýyk kandidat mikroorganizmleri ulanyp, netijeli bioremediasiýa strategiýalaryny işläp düzmek üçin mikroorganizmleriň biohimiki mümkinçiliklerini, metabolik dürlüligini, genetiki düzümini we ekologiýasyny (awtoekologiýa/sinekologiýa) düşünmelidiris.
1-nji surat. Pes molekulýar PAH-laryň dürli daşky gurşaw gurşawlaryndan we biota täsir edýän dürli faktorlardan geçýän çeşmeleri we ýollary. Puzik çyzyklar ekosistema elementleriniň arasyndaky özara täsirleri görkezýär.
Bu synymda biz naftalin we onuň ornuny tutýan naftalin ýaly ýönekeý PAH-laryň dürli bakteriýa izolýatlary tarapyndan dargadylmagy baradaky maglumatlary jemlemäge synanyşdyk, olar metabolik ýollary we dürlüligi, dargama gatnaşýan fermentleri, gen düzümini/mazmunyny we dürlüligini, öýjük jogaplaryny we bioremediasiýanyň dürli taraplaryny öz içine alýar. Biohimiki we molekulýar derejeleri düşünmek, şeýle ileri tutulýan hapalaýjy maddalary netijeli bioremediasiýa etmek üçin amatly eýe ştammlaryny we olaryň mundan beýläk-de genetiki inženerçiligini kesgitlemäge kömek eder. Bu bolsa netijeli bioremediasiýa üçin ýer üçin aýratyn bakteriýa konsorsiumlaryny döretmek strategiýalaryny işläp düzmäge kömek eder.
Köp sanly zäherli we howply aromatik birleşmeleriň bolmagy (Hukkel düzgüni 4n + 2π elektronlaryna laýyk gelýär, n = 1, 2, 3, …) howa, toprak, çökündiler, ýerüsti we ýerasty suwlar ýaly dürli daşky gurşaw serişdelerine çynlakaý howp döredýär (Puglisi we başg., 2007). Bu birleşmeler çyzykly, burçluk ýa-da klaster görnüşinde ýerleşdirilen ýeke benzol halkalaryna (monosiklik) ýa-da köp benzol halkalaryna (polisiklik) eýedir we ýokary negatiw rezonans energiýasy we inertligi (inertligi) sebäpli daşky gurşawda durnuklylyk (durnuklylyk/durnuksyzlyk) görkezýär, muny olaryň gidrofoblygy we peselen ýagdaýy bilen düşündirip bolýar. Aromatik halka metil (-CH3), karboksil (-COOH), gidroksil (-OH) ýa-da sulfonat (-HSO3) toparlary bilen çalşylanda, ol has durnukly bolýar, makromolekulalara has güýçli baglanyşygy bolýar we biologik ulgamlarda bioakkumulyasiýa edýär (Seo we beýlekiler, 2009; Phale we beýlekiler, 2020). Naftalin we onuň törämeleri [metilnaftalin, naftalen turşusy, naftalensulfonat we 1-naftil N-metilkarbamat (karbaril)] ýaly käbir pes molekulýar agramly polisiklik aromatik uglewodorodlar (LMWAHs) ABŞ-nyň Daşky gurşawy goramak agentligi tarapyndan genotoksik, mutagen we/ýa-da kanserogen hökmünde ileri tutulýan organiki hapalaýjylaryň sanawyna girizildi (Cerniglia, 1984). Bu synpdaky NM-PAH-laryň daşky gurşawa goýberilmegi bu birleşmeleriň iýmit zynjyrynyň ähli derejelerinde bioakkumulýasiýasyna sebäp bolup, şeýdip ekosistemalaryň saglygyna täsir edip biler (Binkova we beýlekiler, 2000; Srogi, 2007; Quinn we beýlekiler, 2009).
PAH-laryň biotalara çeşmeleri we ýollary, esasan, toprak, ýerasty suwlar, ýerüsti suwlar, ekinler we atmosfera ýaly dürli ekosistema bölekleriniň arasyndaky migrasiýa we özara täsirler arkaly amala aşyrylýar (Arey we Atkinson, 2003). 1-nji suratda ekosistemalarda dürli pes molekulýar agramly PAH-laryň özara täsirleri we paýlanyşy, şeýle hem olaryň biota/adam täsirine geçýän ýollary görkezilýär. PAH-lar howanyň hapalanmagy netijesinde we ulag serişdeleriniň zyňyndylarynyň, senagat işlenen gazlarynyň (kömür gazlaşdyrylyşy, ýakylma we koks önümçiligi) migrasiýasy (süýşmegi) we olaryň çökmegi arkaly ýerüsti ýerlerde çökýär. Sintetiki dokma önümleriniň, boýaglaryň we boýaglaryň önümçiligi; agaçlary gorap saklamak; rezin gaýtadan işlemek; sement öndürmek işleri; pestisidleriň önümçiligi; we oba hojalyk ulanylyşlary gury ýerdäki we suw ulgamlarynda PAH-laryň esasy çeşmeleridir (Bamforth we Singleton, 2005; Wick we beýlekiler, 2011). Barlaglar şäher töweregindäki we şäher ýerlerinde, awtoýollaryň golaýyndaky we uly şäherlerdäki topraklaryň elektrik stansiýalaryndan, ýaşaýyş jaýlaryny ýyladyşdan, howa we ýol gatnawlarynyň ýüklerinden we gurluşyk işlerinden çykýan zyňyndylar sebäpli polisiklik aromatik uglewodorodlara (PAU) has duýgurdygyny görkezdi (Suman we beýlekiler, 2016). (2008) ABŞ-nyň Luiziana ştatynyň Nýu Orlean şäherindäki ýollaryň golaýyndaky toprakdaky PAH-laryň 7189 μg/kg çenli ýokarydygyny, açyk meýdanda bolsa diňe 2404 μg/kg bolandygyny görkezdi. Şonuň ýaly-da, ABŞ-nyň birnäçe şäherlerinde kömür gazlaşdyryş merkezleriniň golaýyndaky ýerlerde PAH-yň 300 μg/kg çenli ýokary bolandygy habar berildi (Kanaly we Harayama, 2000; Bamforth we Singleton, 2005). Dehli (Sharma we beýlekiler, 2008), Agra (Dubey we beýlekiler, 2014), Mumbaý (Kulkarni we Venkataraman, 2000) we Wisakhapatnam (Kulkarni we beýlekiler, 2014) ýaly dürli Hindistan şäherleriniň topragynda PAH-laryň ýokary konsentrasiýalarynyň bardygy habar berildi. Aromatik birleşmeler toprak bölejiklerine, organiki maddalara we toýun minerallaryna has aňsat siňýär, şonuň üçin ekosistemalarda esasy uglerod siňdirijilerine öwrülýär (Srogi, 2007; Peng we beýlekiler, 2008). Suw ekosistemalarynda PAH-laryň esasy çeşmeleri ýagyş (çygly/gurak ýagyş we suw bugy), şäher akymy, hapa suwlaryň zyňylmagy, ýerasty suwlaryň gaýtadan doldurylmagy we ş.m. (Srogi, 2007). Deňiz ekosistemalarynda PAH-laryň takmynan 80% -iniň ýagyşdan, çökündilerden we galyndylaryň zyňylmagyndan emele gelýändigi çaklanylýar (Motelay-Massei we beýlekiler, 2006; Srogi, 2007). Ýerüsti suwlarda ýa-da gaty galyndylary taşlanýan ýerlerden çykýan suwlarda PAH-laryň ýokary konsentrasiýasy ahyrsoňy ýerasty suwlara syzýar we bu bolsa jemgyýetçilik saglygyna uly howp döredýär, sebäbi Günorta we Günorta-Gündogar Aziýada ilatyň 70% -den gowragy ýerasty suw içýär (Duttagupta we beýlekiler, 2019). Duttagupta we beýlekiler (2020) tarapyndan Günbatar Bengal, Hindistanda derýa (32) we ýerasty suw (235) seljermeleri boýunça geçirilen ýakynda geçirilen gözlegde şäher ýaşaýjylarynyň takmynan 53% -iniň we oba ýaşaýjylarynyň 44% -iniň (jemi 20 million ýaşaýjy) naftaline (4.9–10.6 μg/L) we onuň öndürýän önümlerine duçar bolmagy mümkindigi anyklandy. Ýer ulanyşynyň dürli görnüşleri we ýerasty suwlaryň çykarylmagynyň artmagy ýerasty suwlarda pes molekulýar agramly PAH-laryň dik daşalmagyny (adweksiýasyny) dolandyrýan esasy faktorlar hasaplanýar. Oba hojalyk akymy, şäher we senagat hapa suwlarynyň zyňyndylary we gaty galyndylaryň/zibilleriň zyňyndylaryna derýa basseýnlerinde we ýerasty çökündilerde PAH-laryň täsir edýändigi anyklandy. Atmosfera ýagyşy PAH-nyň hapalanmagyny has-da güýçlendirýär. PAH-laryň we olaryň alkil türewleriniň ýokary konsentrasiýalary (jemi 51) dünýä boýunça Fraser derýasy, Louan derýasy, Denso derýasy, Missuri derýasy, Anacostia derýasy, Ebro derýasy we Delawer derýasy ýaly derýalarda/suw howdanlarynda habar berildi (Yunker we beýlekiler, 2002; Motelay-Massei we beýlekiler, 2006; Li we beýlekiler, 2010; Amoako we beýlekiler, 2011; Kim we beýlekiler, 2018). Gang derýasynyň basseýn çökündilerinde naftalin we fenantren iň möhümleri bolup çykdy (nusgalaryň 70% -inde ýüze çykaryldy) (Duttagupta we beýlekiler, 2019). Mundan başga-da, barlaglar agyz suwuny hlorlamak has zäherli kislorodly we hlorly PAH-laryň emele gelmegine getirip biljekdigini görkezdi (Manoli we Samara, 1999). PAH-lar ösümlikleriň hapalanan topraklardan, ýerasty suwlardan we ýagyşdan özleşdirmegi netijesinde däneli ekinlerde, miwelerde we gök önümlerde toplanýar (Fismes we başg., 2002). Balyk, midiýa, mollyuskalar we krewetkalar ýaly köp suw organizmleri hapalanan iýmit we deňiz suwuny sarp etmek arkaly, şeýle hem dokumalar we deri arkaly PAH-lar bilen hapalanýar (Mackay we Fraser, 2000). Grilde bişirmek, bişirmek, tütletmek, gowrumak, guratmak, bişirmek we kömürde bişirmek ýaly bişirmek/gaýtadan işlemek usullary hem iýmitde PAH-laryň ep-esli mukdaryna getirip biler. Bu, esasan, tütletmek üçin ulanylýan materialyň saýlanmagyna, fenol/aromatik uglewodorodlaryň mukdaryna, bişirme usulyna, gyzdyryjynyň görnüşine, çyglylygyň mukdaryna, kislorod üpjünçiligine we ýanma temperaturasyna baglydyr (Guillén we başg., 2000; Gomes we başg., 2013). Polisiklik aromatik uglewodorodlar (PAH) süýtde dürli konsentrasiýalarda (0,75–2,1 mg/L) hem ýüze çykaryldy (Girelli we başg., 2014). Bu PAH-laryň iýmitde toplanmagy iýmitiň fiziki-himiki häsiýetlerine hem baglydyr, şol bir wagtyň özünde olaryň zäherli täsirleri fiziologiki funksiýalar, metabolik işjeňlik, siňdiriş, paýlanyş we beden paýlanyşy bilen baglanyşyklydyr (Mechini we beýlekiler, 2011).
Polisiklik aromatik uglewodorodlaryň (PAH) zäherliligi we zyýanly täsirleri köp wagt bäri belli (Çerniglia, 1984). Pes molekulýar agramly polisiklik aromatik uglewodorodlar (LMW-PAH) (iki-üç halka) DNK, RNK we beloklar ýaly dürli makromolekulalara kowalent baglanyp bilýär we kanserogendir (Santarelli we başg., 2008). Gidrofob tebigaty sebäpli olar lipid membranalary bilen bölünýär. Adamlarda sitohrom P450 monooksigenazalary PAH-lary epoksidlere oksidleýär, olaryň käbiri ýokary reaksiýa eýedir (meselem, baediol epoksid) we kadaly öýjükleriň zyýanly öýjüklere öwrülmegine getirip bilýär (Marston we başg., 2001). Mundan başga-da, PAH-laryň hinonlar, fenollar, epoksidler, diollar we ş.m. ýaly özgeriş önümleri esasy birleşmelerden has zäherlidir. Käbir PAH-lar we olaryň metabolik aralyk önümleri metabolizmdäki gormonlara we dürli fermentlere täsir edip, ösüşe, merkezi nerw ulgamyna, reproduktiw we immun ulgamlaryna ýaramaz täsir edip biler (Swetha we Phale, 2005; Vamsee-Krishna we başg., 2006; Oostingh we başg., 2008). Pes molekulýar agramly PAH-lara gysga möhletli täsir etmegiň astmatiklerde öýken funksiýasynyň we trombozyň bozulmagyna sebäp bolýandygy, şeýle hem deri, öýken, peşew haltasy we aşgazan-içege rak keseliniň töwekgelçiligini ýokarlandyrýandygy habar berildi (Olsson we başg., 2010; Diggs we başg., 2011). Haýwanlardaky barlaglar hem PAH-a täsir etmegiň reproduktiw funksiýa we ösüşe ýaramaz täsir edip biljekdigini we katarakta, böwrek we bagryň zeperlenmegine, şeýle hem sarygetirmä sebäp bolup biljekdigini görkezdi. Diollar, epoksidler, hinonlar we erkin radikallar (kationlar) ýaly dürli PAH biotransformasiýa önümleriniň DNK goşulmalaryny emele getirýändigi görkezildi. Durnukly adduktlaryň DNK replikasiýa mehanizmini üýtgedýändigi görkezildi, durnuksyz adduktlar bolsa DNK-ny depurinleşdirip bilýär (esasan adenine we käwagt guanine); ikisi hem mutasiýalara getirýän ýalňyşlyklary döredip bilýär (Schweigert we başg. 2001). Mundan başga-da, hinonlar (benzo-/pan-) reaktiv kislorod görnüşlerini (ROS) döredip, DNK-a we beýleki makromolekulalara ölüm howply zyýan ýetirip, şeýlelik bilen dokumalaryň işine/ýaşaýş ukybyna täsir edip bilýär (Ewa we Danuta 2017). Piren, bifenil we naftaliniň pes konsentrasiýalaryna dowamly täsir etmegiň tejribe haýwanlarynda rak keselini döretýändigi habar berildi (Diggs we başg. 2012). Ölüm howply zäherliligi sebäpli, bu PAH-lary täsirlenen/hapalanan ýerlerden arassalamak/aýyrmak ileri tutulýan meseledir.
PAH-lary hapalanan ýerlerden/daşky gurşawlardan aýyrmak üçin dürli fiziki we himiki usullar ulanyldy. Ýakmak, dehlorlaşdyrmak, ultramelewşe şöhleleriň oksidlenmegi, fiksasiýa we ergin bilen ekstraksiýa ýaly prosesleriň köp kemçilikleri bar, şol sanda zäherli goşmaça önümleriň emele gelmegi, prosesiň çylşyrymlylygy, howpsuzlyk we kadalaşdyryjy meseleler, pes netijelilik we ýokary çykdajylar. Şeýle-de bolsa, mikrobial biodegradasiýa (bioremediasiýa diýilýär) mikroorganizmleri arassa medeniýetler ýa-da koloniýalar görnüşinde ulanmagy öz içine alýan geljegi uly alternatiw usuldyr. Fiziki we himiki usullar bilen deňeşdirilende, bu proses ekologiýa taýdan arassa, zyýansyz, tygşytly we durnuklydyr. Bioremediasiýa täsirlenen ýerde (in situ) ýa-da ýörite taýýarlanan ýerde (ex situ) amala aşyrylyp bilner we şonuň üçin däp bolan fiziki we himiki usullara garanyňda has durnukly remediasiýa usuly hasaplanýar (Juhasz we Naidu, 2000; Andreoni we Gianfreda, 2007; Megharaj we beýlekiler, 2011; Phale we beýlekiler, 2020; Sarkar we beýlekiler, 2020).
Aromatik hapalaýjylaryň dargamagyna gatnaşýan mikrobial metabolik tapgyrlary düşünmek ekologiýa we daşky gurşawyň durnuklylygy üçin uly ylmy we ykdysady ähmiýete eýedir. Dünýäde çökündilerde we organiki birleşmelerde (ýagny nebitde, tebigy gazda we kömürde, ýagny gazylyp alynýan ýangyçlarda) takmynan 2,1 × 1018 gram uglerod (C) saklanýar we global uglerod aýlanyşygyna uly goşant goşýar. Şeýle-de bolsa, çalt senagatlaşma, gazylyp alynýan ýangyjyň çykarylmagy we adam işleri bu litosfera uglerod gorlaryny azaltýar we her ýyl atmosfera takmynan 5,5 × 1015 g organiki uglerody (hapalaýjy hökmünde) goýberýär (Gonzalez-Gaya we beýlekiler, 2019). Bu organiki uglerodyň köp bölegi gury ýer we deňiz ekosistemalaryna çökündi, daşalýar we akym arkaly girýär. Mundan başga-da, gazylyp alynýan ýangyçlardan alynýan täze sintetiki hapalaýjylar, mysal üçin, plastmassalar, plastifikatorlar we plastik stabilizatorlar (ftalatlar we olaryň izomerleri) deňiz, toprak we suw ekosistemalaryny we olaryň biotasyny çynlakaý hapalaýar we şeýdip global howa howplaryny has-da güýçlendirýär. Polietilen tereftalatdan (PET) alynýan dürli görnüşli mikroplastikler, nanoplastikler, plastik bölekleri we olaryň zäherli monomer önümleri Demirgazyk Amerika bilen Günorta-Gündogar Aziýanyň arasyndaky Ýuwaş ummanynda toplanyp, "Uly Ýuwaş umman zibil meýdançasyny" emele getirip, deňiz jandarlaryna zyýan ýetirdi (Newell we beýlekiler, 2020). Ylmy barlaglar şeýle hapalaýjylary/galyndylary hiç hili fiziki ýa-da himiki usullar bilen aýyrmagyň mümkin däldigini subut etdi. Bu babatda iň peýdaly mikroorganizmler hapalaýjylary oksidleşdirip, uglerod dioksidine, himiki energiýa we beýleki zäherli däl goşmaça önümlere öwürýänlerdir, olar ahyrsoňy beýleki iýmit sikl proseslerine (H, O, N, S, P, Fe we ş.m.) girýärler. Şeýlelik bilen, aromatik hapalaýjylaryň minerallaşmagynyň mikrobial ekofiziologiýasyny we onuň daşky gurşaw gözegçiligini düşünmek mikrobial uglerod sikllerini, arassa uglerod býujetini we geljekki howa töwekgelçiliklerini bahalandyrmak üçin örän möhümdir. Daşky gurşawdan şeýle birleşmeleri aýyrmagyň gyssagly zerurlygyny göz öňünde tutup, arassa tehnologiýalara gönükdirilen dürli ekosenagatlar peýda boldy. Başgaça aýdylanda, ekosistemalarda toplanan senagat galyndylarynyň/galyndy himiki maddalaryň gymmatlandyrylmagy (ýagny, galyndylary baýlyga öwürmek usuly) aýlawly ykdysadyýetiň we durnukly ösüşiň maksatlarynyň esasy ugurlarynyň biri hasaplanýar (Close we beýlekiler, 2012). Şonuň üçin, bu mümkin bolan dargama kandidatlarynyň metabolik, fermentatiw we genetiki taraplaryny düşünmek şeýle hoşboý ysly hapalaýjylary netijeli aýyrmak we bioremediasiýa etmek üçin örän möhümdir.
Köp sanly hoşboý ysly hapalaýjylaryň arasynda biz naftalin we onuň ornuny tutýan naftalinler ýaly pes molekulýar agramly PAH-lara aýratyn üns berýäris. Bu birleşmeler nebitden alynýan ýangyçlaryň, dokma boýaglarynyň, sarp ediş önümleriniň, pestisidleriň (naftalin we mör-möjeklere garşy serişdeler), plastifikatorlaryň we taninleriň esasy bölekleri bolup durýar we şonuň üçin köp ekosistemalarda giňden ýaýrandyr (Preuss we başg., 2003). Soňky hasabatlarda naftaliniň konsentrasiýalarynyň suw çökündilerinde, ýerasty suwlarda we ýerasty topraklarda, wadoza zolaklarynda we derýalaryň ýakalarynda toplanýandygy nygtalýar, bu bolsa onuň daşky gurşawda bioakkumulýasiýasyny görkezýär (Duttagupta we başg., 2019, 2020). 2-nji tablisada naftaliniň we onuň öndürilýän önümleriniň fiziki-himiki häsiýetleri, ulanylyşlary we saglyga täsirleri jemlenendir. Beýleki ýokary molekulýar agramly PAH-lar bilen deňeşdirilende, naftalin we onuň öndürilýän önümleri az gidrofob, suwda has ereýär we ekosistemalarda giňden ýaýrandyr, şonuň üçin olar köplenç PAH-laryň metabolizmini, genetikasyny we metabolik dürlüligini öwrenmek üçin model substrat hökmünde ulanylýar. Mikroorganizmleriň köpüsi naftalini we onuň törämelerini metabolize edip bilýär we olaryň metabolik ýollary, fermentleri we kadalaşdyryjy aýratynlyklary barada giňişleýin maglumatlar bar (Mallick we beýlekiler, 2011; Phale we beýlekiler, 2019, 2020). Mundan başga-da, naftalin we onuň törämeleri ýokary mukdarda we bioelýeterliligi sebäpli daşky gurşawyň hapalanmagyny bahalandyrmak üçin prototip birleşmeler hökmünde bellenilýär. ABŞ-nyň Daşky gurşawy goramak agentligi naftaliniň ortaça derejesiniň çilim tüssesinden, esasan doly däl ýanmadan, kub metre 5,19 mkg we gapdaldan çykýan tüsseden 7,8-den 46 mkg-a çenli bolandygyny, kreozot we naftaline sezewar bolmagyň bolsa 100-den 10,000 esse ýokarydygyny çaklaýar (Preuss we beýlekiler, 2003). Esasanam, naftaliniň görnüşlere, sebitlere we jynslara görä dem alyş zäherliligine we kanserogenligine eýedigi anyklandy. Haýwanlardaky barlaglara esaslanyp, Halkara Rak Barlag Agentligi (IARC) naftalini "adam üçin mümkin bolan kanserogen" (2B topary)1 hökmünde klassifikasiýa etdi. Çalşyrylan naftalinlere, esasan, dem alyş ýoly bilen ýa-da parenteral (agyz arkaly) sezewar bolmak, öýken dokumalarynyň zeperlenmegine sebäp bolýar we syçanlarda we syçanlarda öýken şişleriniň ýüze çykmagyny köpeldýär (Milli Toksikologiýa Maksatnamasy 2). Ýiti täsirlere ýürek bulanma, gaýtarma, garyn agyry, içgeçme, başagyry, çaşgynlyk, köp terleme, gyzgynlyk, tahikardiýa we ş.m. girýär. Beýleki tarapdan, giň spektrli karbamat insektisid karbaril (1-naftil N-metilkarbamat) suwda ýaşaýan oňurgasyz haýwanlar, amfibiýalar, bal arylary we adamlar üçin zäherlidigi we paraliz döredýän asetilholinesterazany basyp ýatyrýandygy görkezildi (Smulders we beýlekiler, 2003; Bulen we Distel, 2011). Şonuň üçin mikroblaryň dargamagynyň, genetiki düzgünleşdirmegiň, fermentatiw we öýjük reaksiýalarynyň mehanizmlerini düşünmek hapalanan gurşawlarda bioremediasiýa strategiýalaryny işläp düzmek üçin örän möhümdir.
2-nji tablisa. Naftaliniň we onuň öndürilýän önümleriniň fiziki-himiki häsiýetleri, ulanylyşy, anyklaýyş usullary we baglanyşykly keselleri barada jikme-jik maglumatlar.
Hapalanan nişalarda gidrofob we lipofil aromatik hapalaýjylar daşky gurşawyň mikrobiomyna (jemgyýetine) dürli öýjük täsirlerini döredip biler, mysal üçin membrananyň suwuklygynyň, membrananyň geçirijiliginiň, lipid iki gatlagynyň şişmeginiň, energiýa geçişiniň bozulmagynyň (elektron daşamak zynjyry/proton hereketlendiriji güýji) we membrana bilen baglanyşykly beloklaryň işjeňliginiň üýtgemegi (Sikkema we başg., 1995). Mundan başga-da, katehollar we hinonlar ýaly käbir ereýän aralyk önümler reaktiv kislorod görnüşlerini (ROS) döredýär we DNK we beloklar bilen goşulmalary emele getirýär (Penning we başg., 1999). Şeýlelik bilen, ekosistemalardaky şeýle birleşmeleriň köp bolmagy mikrobial jemgyýetlere dürli fiziologiki derejelerde, şol sanda siňdiriş/daşamak, öýjük içi özgeriş, assimiliasiýa/ulanyş we bölümlere bölünmekde netijeli dargadyjylara öwrülmek üçin saýlama basyşyny edýär.
Ribosomal Maglumat Bazasynyň Project-II (RDP-II) gözlegi netijesinde, naftalin ýa-da onuň türewleri bilen hapalanan gurşawlardan ýa-da baýlaşdyryjy medeniýetlerden jemi 926 bakteriýa görnüşiniň bölünip alnandygy ýüze çykaryldy. Proteobacteria toparynda iň köp wekilleriň sany bardy (n = 755), ondan soň Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10) we klassifikasiýa edilmedik bakteriýalar (8) gelýär (2-nji surat). γ-Proteobacteria wekilleri (Pseudomonadales we Xanthomonadales) G+C mukdary ýokary bolan ähli Gram-negatiw toparlarda agdyklyk edýärdi (54%), Clostridiales we Bacillales (30%) bolsa G+C mukdary pes bolan Gram-pozitiw toparlardy. Pseudomonas (iň köp sanly, 338 görnüş) dürli hapalanan ekosistemalarda (kömür tar, nebit, çig nebit, laý, nebit dökülmeleri, hapa suwlar, organiki galyndylary we zibilhanalar), şeýle hem bitewi ekosistemalarda (toprak, derýalar, çökündiler we ýerasty suwlar) naftalini we onuň metil türewlerini dargadyp bilýändigi habar berildi (2-nji surat). Mundan başga-da, bu sebitleriň käbiriniň baýlaşdyryş barlaglary we metagenomiki seljermesi medeniýetsiz Legionella we Clostridium görnüşleriniň dargadyp bilýändigini görkezdi, bu bolsa täze ýollary we metabolik dürlüligi öwrenmek üçin bu bakteriýalary ösdürip ýetişdirmegiň zerurdygyny görkezýär.
Şekil 2. Naftalin we naftalin türewleri bilen hapalanan gurşawlarda bakteriýa wekilleriniň taksonomiki dürlüligi we ekologik taýdan ýaýrawy.
Dürli aromatik uglewodorodlary dargadýan mikroorganizmleriň arasynda köpüsi naftalini uglerodyň we energiýanyň ýeke-täk çeşmesi hökmünde dargadyp bilýär. Naftaliniň metabolizmine gatnaşýan wakalaryň yzygiderligi Pseudomonas sp. üçin beýan edildi. (ştammlar: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 we CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 we beýleki ştammlar (ND6 we AS1) (Mahajan we beýlekiler, 1994; Resnick we beýlekiler, 1996; Annweiler we beýlekiler, 2000; Basu we beýlekiler, 2003; Dennis we Zylstra, 2004; Sota we beýlekiler, 2006; Metabolizm köp komponentli dioksigenaza [naftalin dioksigenaza (NDO), halkaly gidroksilleşdiriji dioksigenaza] tarapyndan başlanýar, ol naftaliniň aromatik halkalarynyň biriniň oksidlenmegini katalizleýär we beýleki substrat hökmünde molekulýar kislorody ulanýar, naftalini sis-naftalenediola öwürýär (3-nji surat). Sis-dihidrodiol 1,2-dihidroksinaftaline öwrülýär. dehidrogenaza. Halka bölýän dioksigenaza, 1,2-dihidroksinaftalin dioksigenaza (12DHNDO), 1,2-dihidroksinaftalini 2-gidroksihromen-2-karbon kislotasyna öwürýär. Fermentatiw sis-trans izomerleşmesi gidrataza aldolaza tarapyndan salisil aldegide we piruwata bölünýän trans-o-gidroksibenzilidenepiruwaty öndürýär. Organiki kislota piruwaty naftalin uglerod skeletinden alynýan we merkezi uglerod ýoluna gönükdirilen ilkinji C3 birleşmesi boldy. Mundan başga-da, NAD+-garaşly salisilaldegid dehidrogenaza salisilaldegidi salisilaldegidi salisil kislotasyna öwürýär. Bu tapgyrdaky metabolizm naftaliniň dargamagynyň "ýokarky ýoly" diýlip atlandyrylýar. Bu ýol naftalini dargadýan bakteriýalaryň köpüsinde örän ýaýrandyr. Şeýle-de bolsa, birnäçe istisnalar bar; mysal üçin, termofil Bacillus hamburgii 2-de naftaliniň dargamagy naftalin tarapyndan başlanýar. 2,3-dioksidenaza emele getirýän 2,3-dioksigenaza (Annweiler we başg., 2000).
3-nji surat. Naftaliniň, metilnaftaliniň, naftoý turşusynyň we karbaril dargamagynyň ýollary. Töwereklenen sanlar naftaliniň we onuň türewleriniň indiki önümlere yzygiderli öwrülmegine jogapkär fermentleri görkezýär. 1 — naftalin dioksigenaza (NDO); 2, sis-dihidrodioldehidrogenaza; 3, 1,2-dihidroksinaftalin dioksigenaza; 4, 2-gidroksihrom-2-karbon turşusy izomeraza; 5, trans-O-gidroksibenzilidenepiruwat gidrataza aldolaza; 6, salisiladegiddegidrogenaza; 7, salisilat 1-gidroksilaza; 8, katehol 2,3-dioksigenaza (C23DO); 9, 2-gidroksimukonat ýarymaldegiddegidrogenaza; 10, 2-oksopent-4-enoat gidrataza; 11, 4-gidroksi-2-oksopentanoat aldolaza; 12, asetaldegiddegidrogenaza; 13, katehol-1,2-dioksigenaza (C12DO); 14, mukonat sikloizomeraza; 15, mukonolakton delta-izomeraza; 16, β-ketoadipatenollakton gidrolaza; 17, β-ketoadipat suksinil-KoA transferaza; 18, β-ketoadipat-KoA tiolaza; 19, suksinil-KoA: asetil-KoA suksiniltransferaza; 20, salisilat 5-gidroksilaza; 21 – gentisat 1,2-dioksigenaza (GDO); 22, maleilpiruwat izomeraza; 23, fumarilpiruwat gidrolaza; 24, metilnaftalin gidroksilaza (NDO); 25, gidroksimetilnaftalindegidrogenaza; 26, naftaldegiddegidrogenaza; 27, 3-formilsalisilik kislota oksidaza; 28, gidroksiizoftalat dekarboksilaza; 29, karbaril gidrolaza (CH4); 30, 1-naftol-2-gidroksilaza.
Organizme we onuň genetiki düzümine baglylykda, emele gelen salisil turşusy salisil 1-gidroksilaza (S1H) ulanyp katehol ýoly arkaly ýa-da salisil 5-gidroksilaza (S5H) ulanyp gentisat ýoly arkaly has-da metabolizlenýär (3-nji surat). Salisil turşusy naftalin metabolizminde esasy aralyk önüm bolany üçin (ýokarky ýol), salisil turşusyndan TCA aralygyna çenli ädimler köplenç aşaky ýol diýlip atlandyrylýar we genler bir operona bölünýär. Ýokarky ýol operonyndaky (nah) we aşaky ýol operonyndaky (sal) genleriň umumy düzgünleşdiriji faktorlar bilen düzgünleşdirilýändigini görmek bolýar; mysal üçin, NahR we salisil turşusy induktor hökmünde hereket edýär we iki operona hem naftalini doly metabolizlemäge mümkinçilik berýär (Phale we beýlekiler, 2019, 2020).
Mundan başga-da, katehol katehol 2,3-dioksigenaza (C23DO) tarapyndan meta ýol arkaly sikliki taýdan 2-gidroksimukonat ýarymaldegide bölünýär (Yen we beýlekiler, 1988) we 2-gidroksimukonat ýarymaldegid gidrolaza tarapyndan gidrolizlenip, 2-gidroksipent-2,4-dieno kislotasyny emele getirýär. Soňra 2-gidroksipent-2,4-dienoat gidrataza (2-oksopent-4-enoat gidrataza) we aldolaza (4-gidroksi-2-oksopentanoat aldolaza) tarapyndan piruwata we asetaldegide öwrülýär we soňra merkezi uglerod ýoluna girýär (3-nji surat). Başgaça aýdylanda, katehol katehol 1,2-oksigenaza (C12DO) tarapyndan orto ýol arkaly sis,sis-mukonata sikliki taýdan bölünýär. Mukonat sikloizomeraza, mukonolakton izomeraza we β-ketoadipat-nollakton gidrolaza sis,sis-mukonaty 3-oksoadipata öwürýär, ol bolsa suksinil-KoA we asetil-KoA arkaly merkezi uglerod ýoluna girýär (Nozaki we beýlekiler, 1968) (3-nji surat).
Gentisat (2,5-dihidroksibenzoat) ýolunda aromatik halka gentisat 1,2-dioksigenaza (GDO) tarapyndan maleilpiruwat emele getirmek üçin bölünýär. Bu önüm gönüden-göni piruwata we malata gidrolizlenip bilner ýa-da fumarilpiruwat emele getirmek üçin izomerleşdirilip bilner, soňra ol piruwata we fumarata gidrolizlenip bilner (Larkin we Deý, 1986). Alternatiw ýoluň saýlanmagy biohimiki we genetiki derejelerde hem Gram-negatiw, hem-de Gram-pozitiw bakteriýalarda syn edildi (Morawski we beýlekiler, 1997; Whyte we beýlekiler, 1997). Gram-negatiw bakteriýalar (Pseudomonas) naftalin metabolizminiň induktory bolan salisil turşusyny ulanmagy makul bilýärler, ony salisil 1-gidroksilaza ulanyp katehol dekarboksilleşdirýärler (Gibson we Subramanian, 1984). Beýleki tarapdan, Gram-pozitiw bakteriýalarda (Rhodococcus) salisilat 5-gidroksilaza salisilik kislotany gentis kislotasyna öwürýär, salisilik kislota bolsa naftalin genleriniň transkripsiýasyna induktiw täsir etmeýär (Grund we beýlekiler, 1992) (3-nji surat).
Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas we Mycobacterium görnüşleri ýaly görnüşleriň monometilnaftalini ýa-da dimetilnaftalini dargadyp biljekdigi habar berildi (Dean-Raymond we Bartha, 1975; Cane we Williams, 1982; Mahajan we beýlekiler, 1994; Dutta we beýlekiler, 1998; Hedlund we beýlekiler, 1999). Olaryň arasynda Pseudomonas sp. CSV86-nyň 1-metilnaftalin we 2-metilnaftalin dargadyş ýoly biohimiki we fermentatiw derejelerde aýdyň öwrenildi (Mahajan we beýlekiler, 1994). 1-Metilnaftalin iki ýol arkaly metabolizlenýär. Ilki bilen, aromatik halka gidroksillenýär (metilnaftaliniň çalşyrylmadyk halkasy), sis-1,2-dihidroksi-1,2-dihidro-8-metilnaftalin emele getirýär, ol metil salisilat we metilkatehol üçin has-da oksidlenýär we soňra halka bölünenden soň merkezi uglerod ýoluna girýär (3-nji surat). Bu ýol "uglerod çeşmesiniň ýoly" diýlip atlandyrylýar. Ikinji "detoksikasiýa ýolunda" metil topary NDO arkaly gidroksillenip, 1-gidroksimetilnaftalin emele getirip bilner, ol has-da 1-naftoý kislotasyna oksidlenýär we medeniýet gurşawyna ölü önüm hökmünde çykarylýar. Barlaglar CSV86 ştammynyň ýeke-täk uglerod we energiýa çeşmesi hökmünde 1- we 2-naftoý kislotasynda ösüp bilmeýändigini görkezdi, bu bolsa onuň detoksikasiýa ýoluny tassyklaýar (Mahajan we beýlekiler, 1994; Basu we beýlekiler, 2003). 2-metilnaftalinde metil topary gidroksilaza arkaly gidroksillenmäge sezewar bolup, 2-gidroksimetilnaftalini emele getirýär. Mundan başga-da, naftalin halkasynyň çalşyrylmadyk halkasy digidrodiol emele getirmek üçin halka gidroksillenmäge sezewar bolýar, ol ferment katalizlenen reaksiýalaryň tapgyrynda 4-gidroksimetilkatehola oksidlenýär we meta-halka bölünme ýoly arkaly merkezi uglerod ýoluna girýär. Şonuň ýaly-da, S. paucimobilis 2322-niň NDO-ny ulanyp, 2-metilnaftalini gidroksilländigi, ol bolsa metil salisilat we metilkatehol emele getirmek üçin oksidlenýändigi habar berildi (Dutta we beýlekiler, 1998).
Naftoý kislotalary (çalşyrylan/çalşyrylmadyk) metilnaftaliniň, fenantreniň we antraseniň dargamagy wagtynda emele gelýän we sarp edilen medeniýet gurşawyna goýberilýän detoksikasiýa/biotransformasiýanyň goşmaça önümleridir. Toprak izolýaty Stenotrophomonas maltophilia CSV89-yň 1-naftoý kislotasyny uglerod çeşmesi hökmünde metabolizläp bilýändigi habar berildi (Phale we beýlekiler, 1995). Metabolizm aromatik halkanyň dihidroksilleşmesinden başlap, 1,2-dihidroksi-8-karboksinaftalini emele getirýär. Netijede dörän diol 2-hidroksi-3-karboksibenzilidenepiruwat, 3-formilsalisilik kislota, 2-hidroksiizoftalik kislota we salisil kislotasy arkaly katehol oksidlenýär we meta-halka bölüniş ýoly arkaly merkezi uglerod ýoluna girýär (3-nji surat).
Karbaril naftil karbamat pestisididir. 1970-nji ýyllarda Hindistanda bolan Ýaşyl Rewolýusiýadan bäri himiki dökünleriň we pestisidleriň ulanylmagy oba hojalyk üçin niýetlenen däl çeşmelerden polisiklik aromatik uglewodorodlaryň (PAH) zyňyndylarynyň artmagyna getirdi (Pingali, 2012; Duttagupta we beýlekiler, 2020). Hindistanda umumy ekin meýdanlarynyň takmynan 55% -i (85,722,000 gektar) himiki pestisidler bilen işlenilýär. Soňky bäş ýylyň dowamynda (2015–2020) Hindistanyň oba hojalyk pudagy her ýyl ortaça 55,000-den 60,000 tonna çenli pestisid ulandy (Hindistan hökümetiniň Oba hojalyk ministrliginiň Kooperatiwler we Daýhanlaryň abadançylygy ministrligi, 2020-nji ýylyň awgusty). Demirgazyk we merkezi Gang düzlüklerinde (ilaty we ilatyň dykyzlygy iň ýokary bolan ştatlarda) ekinlerde pestisidleriň ulanylmagy giňden ýaýrandyr, insektisidler agdyklyk edýär. Karbaril (1-naftil-N-metilkarbamat) Hindistanyň oba hojalygynda ortaça 100–110 tonna möçberinde ulanylýan giň spektrli, orta we ýokary zäherli karbamat insektisididir. Ol köplenç "Sevin" söwda ady bilen satylýar we dürli ekinlere (mekgejöwen, soýa, pagta, miweler we gök önümler) täsir edýän mör-möjekleri (bitler, ot garynjalary, bürgeler, akarlar, mör-möjekler we beýleki köp sanly daşarky zyýankeşler) gözegçilik etmek üçin ulanylýar. Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus we Arthrobacter ýaly käbir mikroorganizmler beýleki zyýankeşleri gözegçilik etmek üçin hem ulanylyp bilner. RC100-iň karbarili dargadyp bilýändigi habar berildi (Larkin we Day, 1986; Chapalamadugu we Chaudhry, 1991; Hayatsu we başg., 1999; Swetha we Phale, 2005; Trivedi we başg., 2017). Karbarili dargadyp bilmek ýoly Pseudomonas sp. ştammlarynyň C4, C5 we C6 toprak izolýatlarynda biohimiki, fermentatiw we genetiki derejelerde giňden öwrenildi (Swetha we Phale, 2005; Trivedi we başg., 2016) (3-nji surat). Metabolik ýol karbaril gidrolaza (CH4) tarapyndan efir baglanyşygynyň gidrolizinden başlanýar we 1-naftol, metilamin we uglerod dioksidini emele getirýär. 1-naftol soňra 1-naftol gidroksilaza (1-NH) tarapyndan 1,2-dihidroksinaftaline öwrülýär, ol bolsa salisilat we gentisat arkaly merkezi uglerod ýoly arkaly metabolizirlenýär. Käbir karbaril parçalaýjy bakteriýalaryň ony katehol orto halkasynyň bölünmegi arkaly salisil turşusyna öwürýändigi habar berildi (Larkin we Deý, 1986; Çapalamadugu we Çaudri, 1991). Naftalin parçalaýjy bakteriýalar, esasan, salisil turşusyny katehol arkaly metabolizirleýärler, karbaril parçalaýjy bakteriýalar bolsa salisil turşusyny gentisat ýoly arkaly metabolizirlemegi has gowy görýärler.
Naftalinsulfon turşusy/disulfon turşusy we naftilaminsulfon turşusynyň törämeleri azo boýaglarynyň, çyglylandyryjylaryň, dispersantlaryň we ş.m. önümçiliginde ara önümler hökmünde ulanylyp bilner. Bu birleşmeleriň adamlar üçin zäherliligi pes bolsa-da, sitotoksiklik bahalandyrmalary olaryň balyklar, dafniýalar we suw otlary üçin öldüriji täsir edýändigini görkezdi (Greim we başg., 1994). Pseudomonas urugynyň wekilleriniň (A3, C22 ştammlary) sulfon turşusy toparyny öz içine alýan aromatik halkanyň iki gezek gidroksillenmegi arkaly metabolizmi başlap, dihidrodiol emele getirýändigi, soňra bolsa sulfit toparynyň öz-özünden bölünmegi arkaly 1,2-dihidroksinaftaline öwrülýändigi habar berildi (Brilon we başg., 1981). Netijede emele gelen 1,2-dihidroksinaftalin klassiki naftalin ýoly, ýagny katehol ýa-da gentisat ýoly arkaly katabolizlenýär (4-nji surat). Aminonaftalinsulfon turşusynyň we gidroksinaftalinsulfon turşusynyň goşmaça katabolik ýollary bolan garyşyk bakteriýa konsorsiumlary tarapyndan doly dargap biljekdigi görkezildi (Nortemann we beýlekiler, 1986). Konsorsiumyň bir agzasynyň aminonaftalinsulfon turşusyny ýa-da gidroksinaftalinsulfon turşusyny 1,2-dioksigenleşdirme arkaly kükürdi desulfurizasiýa edýändigi, aminosalisilat ýa-da gidroksinaftalinsulfon turşusynyň bolsa medeniýet gurşawyna ölü metabolit hökmünde goýberilýändigi we soňra konsorsiumyň beýleki agzalary tarapyndan kabul edilýändigi görkezildi. Naftalinsulfon turşusy deňeşdirme boýunça polýar, ýöne biodegradasiýa taýdan pes derejede bolýar we şonuň üçin dürli ýollar arkaly metabolizasiýa edilip bilner. Ilkinji desulfurizasiýa aromatik halkanyň we sulfon turşusy toparynyň regioselektiv dihidroksilleşdirilmegi wagtynda bolýar; Ikinji kükürtsizlenme salisil kislotasy 5-gidroksilaza tarapyndan 5-sulfosalisil kislotasynyň gidroksillenmegi mahalynda bolup geçýär we gentis kislotasyny emele getirýär, ol bolsa merkezi uglerod ýoluna girýär (Brilon we başg., 1981) (4-nji surat). Naftaliniň dargamagyna jogapkär fermentler naftalin sulfonat metabolizmi üçin hem jogapkärdir (Brilon we başg., 1981; Keck we başg., 2006).
4-nji surat. Naftalin sulfonatyň dargamagynyň metabolik ýollary. Tegelekleriň içindäki sanlar 3-nji suratda beýan edilen fermentlere meňzeş/birmeňzeş bolan naftil sulfonatyň metabolizmi üçin jogapkär fermentleri görkezýär.
Pes molekulýar agramly PAH-lar (LMW-PAH-lar) reduksiýa edilýän, gidrofob we erbet ereýändir, şonuň üçin tebigy dargama/degradasiýa sezewar bolmaýarlar. Şeýle-de bolsa, aerob mikroorganizmler molekulýar kislorody (O2) özüne siňdirip, ony oksidleşdirip bilýärler. Bu fermentler, esasan, oksidoreduktazalar klasyna degişlidir we aromatik halka gidroksilleşme (mono- ýa-da digidroksilleşme), degidrogenleşme we aromatik halka bölünmesi ýaly dürli reaksiýalary amala aşyryp bilýärler. Bu reaksiýalardan alynýan önümler ýokary oksidlenme ýagdaýynda bolýar we merkezi uglerod ýoly arkaly has aňsat metabolizirlenýär (Phale we başg., 2020). Dargama ýolundaky fermentleriň induksiýa edilýändigi habar berildi. Öýjükler glýukoza ýa-da organiki kislotalar ýaly ýönekeý uglerod çeşmelerinde ösdürilip ýetişdirilende, bu fermentleriň işjeňligi örän pes ýa-da äsgerilmeýär. 3-nji tablisada naftaliniň we onuň türewleriniň metabolizmine gatnaşýan dürli fermentler (oksigenazalar, gidrolazalar, degidrogenazalar, oksidazalar we ş.m.) gysgaça beýan edilýär.
3-nji tablisa. Naftaliniň we onuň öndürileriniň dargamagyna jogapkär fermentleriň biohimiki häsiýetnamalary.
Radioizotop barlaglary (18O2) molekulýar O2-niň oksigenazalar tarapyndan aromatik halkalara goşulmagynyň birleşmäniň mundan beýläk biodegradasiýasyny işjeňleşdirmekde iň möhüm ädimdigini görkezdi (Hayaishi we beýlekiler, 1955; Mason we beýlekiler, 1955). Molekulýar kisloroddan (O2) bir kislorod atomynyň (O) substrata goşulmagy endogen ýa-da ekzogen monooksigenazalar (gidroksilazalar hem diýilýär) tarapyndan başlanýar. Başga bir kislorod atomy suwa öwrülýär. Ekzogen monooksigenazalar flawini NADH ýa-da NADPH bilen azaldýar, endomonooksigenazalarda bolsa flawin substrat tarapyndan azaldylýar. Gidroksilasiýanyň ýagdaýy önümiň emele gelmeginde dürlilige getirýär. Mysal üçin, salisilat 1-gidroksilaza salisilik kislotany C1 ýagdaýynda gidroksilleýär we katehol emele getirýär. Beýleki tarapdan, köpkomponentli salisilat 5-gidroksilaza (reduktaza, ferredoksin we oksigenaza böleklerini öz içine alýar) salisilik kislotany C5 pozisiýasynda gidroksilleşdirip, gentis kislotasyny emele getirýär (Yamamoto we beýlekiler, 1965).
Dioksigenazalar substrata iki O2 atomyny goşýar. Emele gelen önümlere baglylykda, olar halkaly gidroksilleşdiriji dioksigenazalara we halkaly bölünýän dioksigenazalara bölünýär. Halkaly gidroksilleşdiriji dioksigenazalar aromatik substratlary sis-digidrodiollara (meselem, naftalin) öwürýär we bakteriýalaryň arasynda giňden ýaýrandyr. Häzirki güne çenli halkaly gidroksilleşdiriji dioksigenazalary öz içine alýan organizmleriň dürli aromatik uglerod çeşmelerinde ösüp bilýändigi görkezildi we bu fermentler NDO (naftalin), toluol dioksigenaza (TDO, toluol) we bifenil dioksigenaza (BPDO, bifenil) diýlip klassifikasiýa edilýär. NDO we BPDO dürli polisiklik aromatik uglewodorodlaryň (toluol, nitrotoluol, ksilol, etilbenzol, naftalin, bifenil, fluoren, indol, metilnaftalin, naftalinsulfonat, fenantren, antrasen, asetofenon we ş.m.) goşa oksidlenmesini we gapdal zynjyrynyň gidroksillenmegini katalizläp bilýär (Boyd we Sheldrake, 1998; Phale we başg., 2020). NDO oksidoreduktazadan, ferredoksinden we işjeň ýer saklaýan oksigenaza komponentinden ybarat köpkomponentli ulgamdyr (Gibson we Subramanian, 1984; Resnick we başg., 1996). NDO-nyň katalitik birligi uly α kiçi birliginden we α3β3 konfigurasiýasynda ýerleşýän kiçi β kiçi birliginden ybaratdyr. NDO oksigenazalaryň uly maşgalasyna degişlidir we onuň α-kiçi birligi Rieske saýtyny [2Fe-2S] we NDO-nyň substrat spesifikasiýasyny kesgitleýän mononuklear gem däl demiri öz içine alýar (Parales we başg., 1998). Adatça, bir katalitik siklde piridin nukleotidiniň reduktasiýasyndan iki elektron reduktaza, ferredoksin we Rieske saýty arkaly işjeň ýerde Fe(II) ionuna geçirilýär. Reduktasiýanyň ekwiwalentleri substrat dihidroksilasiýasy üçin zerur şert bolan molekulýar kislorody işjeňleşdirýär (Ferraro we başg., 2005). Häzirki güne çenli diňe birnäçe NDO dürli ştammlardan arassalandy we jikme-jik häsiýetlendirildi we naftaliniň dargamagyna gatnaşýan ýollaryň genetiki gözegçiligi jikme-jik öwrenildi (Resnick we başg., 1996; Parales we başg., 1998; Karlsson we başg., 2003). Halka bölýän dioksigenazalar (endo- ýa-da orto-halka bölýän fermentler we ekzodiol- ýa-da meta-halka bölýän fermentler) gidroksillenen aromatik birleşmelere täsir edýär. Mysal üçin, orto-halka bölýän dioksigenaza katehol-1,2-dioksigenaza, meta-halka bölýän dioksigenaza bolsa katehol-2,3-dioksigenazadyr (Kojima we beýlekiler, 1961; Nozaki we beýlekiler, 1968). Dürli oksigenazalardan başga-da, aromatik dihidrodiollaryň, spirtleriň we aldegidleriň degidrogenleşdirilmegine we NAD+/NADP+-y elektron akseptorlary hökmünde ulanmaga jogapkär dürli dehidrogenazalar hem bar, olar metabolizmde gatnaşýan möhüm fermentleriň käbiri (Gibson we Subramanian, 1984; Shaw we Harayama, 1990; Fahle we beýlekiler, 2020).
Gidrolazalar (esterazalar, amidazalar) ýaly fermentler kowalent baglanyşyklary bölmek üçin suw ulanýan we giň substrat spesifikligini görkezýän fermentleriň ikinji möhüm klasydyr. Karbaril gidrolaza we beýleki gidrolazalar Gram-negatiw bakteriýalaryň agzalarynda periplazmanyň (transmembran) bölekleri hasaplanýar (Kamini we beýlekiler, 2018). Karbaril hem amid, hem-de efir baglanyşygyna eýedir; şonuň üçin ol esteraza ýa-da amidaza tarapyndan gidrolizlenip, 1-naftol emele getirip bilner. Rhizobium rhizobium ştammynyň AC10023 we Arthrobacter RC100 ştammyndaky karbaril degişlilikde esteraza we amidaza hökmünde işleýär diýlip habar berildi. Arthrobacter RC100 ştammyndaky karbaril hem amidaza hökmünde işleýär. RC100-iň karbaril, metomil, mefenamin turşusy we XMC ýaly dört N-metilkarbamat synpyndaky insektisidleri gidrolizleýändigi görkezildi (Hayaatsu we başg., 2001). Pseudomonas sp. C5pp-däki CH-iň karbaril (100% işjeňlik) we 1-naftil asetata (36% işjeňlik) täsir edip bilýändigi, ýöne 1-naftilasetamide täsir edip bilmeýändigi habar berildi, bu bolsa onuň esterazadygyny görkezýär (Trivedi we başg., 2016).
Biohimiki barlaglar, fermentleriň düzgünleşdirilişiniň görnüşleri we genetiki analizler naftaliniň dargama genleriniň iki induksiýa edilýän düzgünleşdiriji birlikden ýa-da "operonlardan" ybaratdygyny görkezdi: nah (naftalini salisil kislotasyna öwürýän "ýokarky ýol") we sal (katehol arkaly salisil kislotasyny merkezi uglerod ýoluna öwürýän "aşaky ýol". Salisil kislotasy we onuň analoglary induktor hökmünde hereket edip bilerler (Shamsuzzaman we Barnsley, 1974). Glýukoza ýa-da organiki kislotalaryň gatnaşmagynda operon basylyp ýatyrylýar. 5-nji suratda naftaliniň dargamasynyň doly genetiki gurluşy görkezilýär (operon görnüşinde). Nah geniniň birnäçe atlandyrylan görnüşleri / görnüşleri (ndo/pah/dox) beýan edildi we ähli Pseudomonas görnüşleriniň arasynda ýokary yzygiderlilikli gomologiýa (90%) eýedigi anyklandy (Abbasian we beýlekiler, 2016). Naftaliniň ýokarky ýolunyň genleri, umuman, 5A suratda görkezilişi ýaly, konsensus tertibinde ýerleşdirildi. Başga bir gen, nahQ, hem naftalin metabolizmine gatnaşýandygy we adatça nahC bilen nahE arasynda ýerleşýändigi habar berildi, ýöne onuň hakyky funksiýasy henizem anyklanmaly. Şonuň ýaly-da, naftaline duýgur hemotaksis üçin jogapkär nahY geni käbir agzalarda nah operonynyň distal ujunda tapyldy. Ralstonia sp.-de glutation S-transferazany (gsh) kodlaýan U2 geni nahAa bilen nahAb arasynda ýerleşýändigi, ýöne naftaliniň ulanylyş häsiýetlerine täsir etmeýändigi anyklandy (Zylstra we beýlekiler, 1997).
5-nji surat. Bakteriýa görnüşleriniň arasynda naftaliniň dargamagy wagtynda syn edilýän genetiki gurama we dürlüligi; (A) Ýokarky naftalin ýoly, naftaliniň salisil turşusyna metabolizmi; (B) Aşakky naftalin ýoly, salisil turşusynyň katehol arkaly merkezi uglerod ýoluna geçmegi; (C) salisil turşusynyň gentisat arkaly merkezi uglerod ýoluna geçmegi.
"Aşakky ýol" (sal operon) adatça nahGTHINLMOKJ-den ybarat bolup, salisilaty katehol metaring bölüniş ýoly arkaly piruwata we asetaldegide öwürýär. NahG geni (salisilat gidroksilazany kodlaýan) operonyň proksimal ujunda saklanýandygy anyklandy (5B surat). Naftalin parçalaýan beýleki ştammlar bilen deňeşdirilende, P. putida CSV86-da nah we sal operonlary tandemdir we örän ýakyn baglanyşyklydyr (takmynan 7,5 kb). Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2 we P. putida AK5 ýaly käbir Gram-negatiw bakteriýalarda naftalin gentisat ýoly arkaly (sgp/nag operon görnüşinde) merkezi uglerod metaboliti hökmünde metabolize edilýär. Gen kassetasy adatça nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI görnüşinde görkezilýär, bu ýerde nagR (LysR görnüşli regulýatory kodlaýan) ýokarky ujunda ýerleşýär (5C surat).
Karbaril merkezi uglerod sikline 1-naftol, 1,2-dihidroksinaftalin, salisil kislotasy we gentis kislotasynyň metabolizmi arkaly girýär (3-nji surat). Genetiki we metabolik barlaglara esaslanyp, bu ýoly "ýokarky akym" (karbarili salisil kislotasyna öwürmek), "orta" (salisil kislotasyny gentis kislotasyna öwürmek) we "aşaky akym" (gentis kislotasyny merkezi uglerod ýolunyň aralyk önümlerine öwürmek) bölmek teklip edildi (Singh we beýlekiler, 2013). C5pp-iň (supercontig A, 76.3 kb) genomik analizi mcbACBDEF geniniň karbarili salisil turşusyna öwürmekde, soňra salisil turşusyny gentis turşusyna öwürmekde mcbIJKL-iň we gentis turşusyny merkezi uglerod aralyklaryna (fumarat we piruwat, Trivedi we beýlekiler, 2016) öwürmekde mcbOQP-niň gatnaşýandygyny ýüze çykardy (6-njy surat).
Aromatik uglewodorodlaryň (şol sanda naftalin we salisil turşusynyň) dargamagyna gatnaşýan fermentleriň degişli birleşmeler tarapyndan induksiýa edilip, glýukoza ýa-da organiki turşular ýaly ýönekeý uglerod çeşmeleri tarapyndan basylyp bilinýändigi habar berildi (Shingler, 2003; Phale we başg., 2019, 2020). Naftaliniň we onuň törämeleriniň dürli metabolik ýollarynyň arasynda naftaliniň we karbariliň kadalaşdyryjy aýratynlyklary belli bir derejede öwrenildi. Naftalin üçin, ýokarky we aşaky ýollardaky genler LysR görnüşli trans-täsirli oňyn düzgünleşdiriji NahR tarapyndan düzgünleşdirilýär. Ol salisil turşusy tarapyndan nah geniniň induksiýasy we onuň soňraky ýokary derejeli ekspresiýasy üçin zerurdyr (Yen we Gunsalus, 1982). Mundan başga-da, barlaglar integratiw eýe faktorynyň (IHF) we XylR-iň (sigma 54-garaşly transkripsiýa düzgünleşdirijisi) naftalin metabolizminde genleriň transkripsiýa aktiwleşdirilmegi üçin hem möhümdigini görkezdi (Ramos we başg., 1997). Barlaglar katehol meta-halka açylyş ýolunyň fermentleriniň, ýagny katehol 2,3-dioksigenazanyň, naftalin we/ýa-da salisil turşusynyň gatnaşmagynda induksiýa edilýändigini görkezdi (Basu we başg., 2006). Barlaglar katehol orto-halka açylyş ýolunyň fermentleriniň, ýagny katehol 1,2-dioksigenazanyň, benzoý turşusynyň we sis,sis-mukonatyň gatnaşmagynda induksiýa edilýändigini görkezdi (Parsek we başg., 1994; Tover we başg., 2001).
C5pp ştammynda, karbaril dargamasyny gözegçilikde saklamaga jogapkär transkripsiýa düzgünleşdirijileriniň LysR/TetR maşgalasyna degişli bolan düzgünleşdirijileri kodlaýan bäş gen. Gomologik gen mcbG Burkholderia RP00725-de fenantren metabolizmine gatnaşýan LysR görnüşli düzgünleşdiriji PhnS (58% aminokislota meňzeşligi) bilen iň ýakyn baglanyşyklydygy anyklandy (Trivedi we başg., 2016). mcbH geni aralyk ýolda (salisil turşusynyň gentis turşusyna öwrülmegi) gatnaşýandygy we Pseudomonas we Burkholderia-da LysR görnüşli transkripsiýa düzgünleşdirijisi NagR/DntR/NahR-a degişlidigi anyklandy. Bu maşgalanyň agzalarynyň salisil turşusyny dargama genleriniň induksiýasy üçin ýörite effektor molekulasy hökmünde tanaýandygy habar berildi. Beýleki tarapdan, aşaky akym ýolunda (gentisat-merkezi uglerod ýolunyň metabolitleri) LysR we TetR görnüşli transkripsiýa düzgünleşdirijilerine degişli üç gen, mcbN, mcbR we mcbS, anyklanyldy.
Prokariotlarda plazmidler, transpozonlar, profaglar, genom adalary we integratiw konýugatiw elementler (ICE) arkaly gorizontal gen geçiş prosesleri (alynma, alyş-çalyş ýa-da geçiş) bakteriýa genomlarynda plastikligiň esasy sebäpleri bolup, belli bir funksiýalaryň/aýratynlyklaryň gazanylmagyna ýa-da ýitmegine getirýär. Bu bakteriýalaryň dürli daşky gurşaw şertlerine çalt uýgunlaşmagyna mümkinçilik berýär we aromatik birleşmeleriň dargamagy ýaly eýe üçin mümkin bolan adaptiw metabolik artykmaçlyklary üpjün edýär. Metabolik üýtgeşmeler köplenç dargama operonlarynyň, olaryň düzgünleşdiriji mehanizmleriniň we fermentleriň aýratynlyklarynyň inçe sazlanmagy arkaly amala aşyrylýar, bu bolsa aromatik birleşmeleriň has giň gerimli dargamagyna ýardam edýär (Nojiri we beýlekiler, 2004; Phale we beýlekiler, 2019, 2020). Naftaliniň dargamagy üçin gen kasetleriniň plazmidler (konýugatiw we konýugatiw däl), transpozonlar, genomlar, ICE-ler we dürli bakteriýa görnüşleriniň utgaşmalary ýaly dürli ykjam elementlerde ýerleşýändigi anyklandy (5-nji surat). Pseudomonas G7-de, NAH7 plazmidiniň nah we sal operonlary bir ugurda transkripsiýa edilýär we mobilizasiýa üçin Tn4653 transpozazasyny talap edýän kemçilikli transpozonlaryň bir bölegidir (Sota we beýlekiler, 2006). Pseudomonas NCIB9816-4 ştammynda gen konýugatiw plazmid pDTG1-de garşylykly ugurlarda transkripsiýa edilen iki operon (takmynan 15 kb aralykda) hökmünde tapyldy (Dennis we Zylstra, 2004). Pseudomonas putida AK5 ştammynda, konýugatiw däl plazmid pAK5 gentisat ýoly arkaly naftaliniň dargamagyna jogapkär fermenti kodlaýar (Izmalkova we beýlekiler, 2013). Pseudomonas PMD-1 ştammynda nah operon hromosomada ýerleşýär, sal operon bolsa konýugatiw plazmid pMWD-1-de ýerleşýär (Zuniga we başg., 1981). Şeýle-de bolsa, Pseudomonas stutzeri AN10-da ähli naftalin dargama genleri (nah we sal operonlary) hromosomada ýerleşýär we transpozisiýa, rekombinasiýa we gaýtadan düzüliş wakalary arkaly toplanýandygy çak edilýär (Bosch we başg., 2000). Pseudomonas sp. CSV86-da nah we sal operonlary genomda ICE (ICECSV86) görnüşinde ýerleşýär. Gurluş tRNAGly tarapyndan goralýar, soňra rekombinasiýa/birikme ýerlerini (attR we attL) we tRNAGly-niň iki ujunda ýerleşýän fag ýaly integrazany görkezýän gönüden-göni gaýtalamalar gelýär, şonuň üçin gurluş taýdan ICEclc elementine (hlorokateholyň parçalanmagy üçin Pseudomonas knackmusii-de ICEclcB13) meňzeýär. ICE-däki genleriň örän pes geçiş ýygylygy (10-8) bilen konýugasiýa arkaly geçirilip bilinjekdigi, şeýlelik bilen parçalanma häsiýetlerini alyjy tarapa geçirip bilýändigi habar berildi (Basu we Phale, 2008; Phale we beýlekiler, 2019).
Karbaril dargamagyna jogapkär genleriň köpüsi plazmidlerde ýerleşýär. Arthrobacter sp. RC100 üç plazmidden (pRC1, pRC2 we pRC300) ybarat, olaryň iki konýugatiw plazmidleri, pRC1 we pRC2, karbarili gentisata öwürýän fermentleri kodlaýar. Beýleki tarapdan, gentisatyň merkezi uglerod metabolitlerine öwrülmegine gatnaşýan fermentler hromosomada ýerleşýär (Hayaatsu we başg., 1999). Rhizobium urugynyň bakteriýalary. Karbarili 1-naftol öwürmek üçin ulanylýan AC100 ştammy, goşulyş elementine meňzeş yzygiderlikler (istA we istB) bilen gurşalan Tnceh transpozonynyň bir bölegi hökmünde CH kodlaýan cehA genini daşaýan plazmid pAC200-i öz içine alýar (Hashimoto we başg., 2002). Sphingomonas CF06 ştammynda karbaril dargama geni bäş plazmidde bar diýlip hasaplanylýar: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04 we pCF05. Bu plazmidleriň DNK gomologiýasy ýokary, bu bolsa geniň iki esse köpelme hadysasynyň bardygyny görkezýär (Feng we beýlekiler, 1997). Iki Pseudomonas görnüşinden ybarat bolan karbaril dargama simbiontynda 50581 ştammy mcd karbaril gidrolaza genini kodlaýan konýugatiw plazmid pCD1 (50 kb) saklaýar, 50552 ştammyndaky konýugatiw plazmid bolsa 1-naftol dargama fermentini kodlaýar (Chapalamadugu we Chaudhry, 1991). Achromobacter WM111 ştammynda mcd furadan gidrolaza geni 100 kb plazmidde (pPDL11) ýerleşýär. Bu gen dürli geografik sebitlerden dürli bakteriýalarda dürli plazmidlerde (100, 105, 115 ýa-da 124 kb) bardygy görkezildi (Parekh we beýlekiler, 1995). Pseudomonas sp. C5pp-de karbaril dargamagyna jogapkär ähli genler 76,3 kb yzygiderliligi öz içine alýan genomda ýerleşýär (Trivedi we beýlekiler, 2016). Genom analizi (6,15 Mb) 42 MGE-niň we 36 GEI-niň bardygyny ýüze çykardy, olaryň 17 MGE-si ortaça assimetrik G+C mukdary (54–60 mol%) bolan superkontig A-da (76,3 kb) ýerleşýär, bu bolsa gorizontal gen geçiş wakalarynyň mümkindigini görkezýär (Trivedi we beýlekiler, 2016). P. putida XWY-1 karbaril dargadyjy genleriň meňzeş düzülişini görkezýär, ýöne bu genler plazmidde ýerleşýär (Zhu we beýlekiler, 2019).
Biohimiki we genom derejelerinde metabolik netijelilige goşmaça, mikroorganizmler hapalanan gurşawlarda aromatiki hapalaýjylary has netijeli metabolizirlemäge kömek edýän himotaksis, öýjük ýüzüniň üýtgedilmegi, bölümlere bölünmegi, artykmaç ulanylyş, biosurfaktant önümçiligi we ş.m. ýaly beýleki häsiýetleri ýa-da reaksiýalary hem görkezýärler (7-nji surat).
7-nji surat. Daşarky hapalaýjy birleşmeleriň netijeli biodegradasiýasy üçin ideal aromatik uglewodorodlary dargadýan bakteriýalaryň dürli öýjük jogap strategiýalary.
Hemotaktik reaksiýalar dürli hapalanan ekosistemalarda organiki hapalaýjylaryň dargamagyny güýçlendirýän faktorlar hasaplanýar. (2002) Pseudomonas sp. G7-niň naftalana hemotaksisiniň suw ulgamlarynda naftaliniň dargamagynyň tizligini ýokarlandyrýandygyny görkezdi. G7 ýabany görnüşli ştammy naftalini hemotaksis ýetmezçiligi bolan mutant ştammyndan has çalt dargadýar. NahY belogynyň (membran topologiýasy bolan 538 aminokislota) NAH7 plazmidinde metakleawaj ýoly genleri bilen bilelikde transkripsiýa edilendigi anyklandy we hemotaksis öwrüjileri ýaly, bu belogyň naftaliniň dargamagy üçin hemoreseptor hökmünde işleýändigi görünýär (Grimm we Harwood 1997). Hansel we beýlekiler tarapyndan geçirilen başga bir gözleg (2009) belogyň hemotaktikdigini, ýöne onuň dargamagynyň tizliginiň ýokarydygyny görkezdi. (2011) Pseudomonas (P. putida)-nyň gaz görnüşli naftalana himotaktik jogabyny görkezdi, bu ýerde gaz fazasynyň diffuziýasy öýjüklere naftaliniň durnukly akymyna getirdi, bu bolsa öýjükleriň himotaktik jogabyny gözegçilikde saklady. Barlagçylar bu himotaktik özüni alyp barşy dargamagyň tizligini ýokarlandyrýan mikroblary döretmek üçin ulandylar. Barlaglar himotaktik ýollaryň öýjük bölünişi, öýjük sikliniň düzgünleşdirilmegi we biofilmiň emele gelmegi ýaly beýleki öýjük funksiýalaryny hem düzgünleşdirýändigini we şeýdip dargamagyň tizligini gözegçilikde saklamaga kömek edýändigini görkezdi. Şeýle-de bolsa, bu häsiýeti (himotaksis) netijeli dargamak üçin ulanmak birnäçe päsgelçilikler bilen kynlaşýar. Esasy päsgelçilikler: (a) dürli paralog reseptorlar şol bir birleşmeleri/ligandlary tanaýar; (b) alternatiw reseptorlaryň bolmagy, ýagny energiýa tropizmi; (c) şol bir reseptor maşgalasynyň duýgy oblastlarynda möhüm yzygiderlilik tapawutlary; we (d) esasy bakteriýa sensor beloklary barada maglumatyň ýetmezçiligi (Ortega we beýlekiler, 2017; Martin-Mora we beýlekiler, 2018). Käwagt aromatik uglewodorodlaryň biodegradasiýasy birnäçe metabolitleri/aralyk maddalary öndürýär, olar bakteriýalaryň bir topary üçin hemotaktik, beýlekileri üçin bolsa ýigrenji bolup biler we bu bolsa prosesi has-da çylşyrymlaşdyrýar. Ligandlaryň (aromatik uglewodorodlaryň) himiki reseptorlar bilen özara täsirini kesgitlemek üçin, biz degişlilikde aromatik kislotalaryň, TCA aralyk maddalarynyň we naftaliniň reseptorlaryny nyşana alýan Pseudomonas putida we Escherichia coli-niň sensor we signal domenlerini birleşdirmek arkaly gibrid sensor beloklaryny (PcaY, McfR we NahY) döretdik (Luu we beýlekiler, 2019).
Naftalin we beýleki polisiklik aromatik uglewodorodlaryň (PAH) täsiri astynda bakteriýa membranasynyň gurluşy we mikroorganizmleriň bitewüligi düýpli üýtgeşmelere sezewar bolýar. Barlaglar naftaliniň gidrofob özara täsirler arkaly asil zynjyrynyň özara täsirine päsgel berýändigini we şonuň bilen membrananyň şişmegini we akyjylygyny artdyrýandygyny görkezdi (Sikkema we başg., 1995). Bu zyýanly täsiriň öňüni almak üçin bakteriýalar izo/anteizo şahalanan zynjyrly ýag kislotalarynyň arasyndaky gatnaşygy we ýag kislotasynyň düzümini üýtgetmek we sis-doýmadyk ýag kislotalaryny degişli trans-izomerlere izomerleşdirmek arkaly membrananyň akyjylygyny düzgünleşdirýärler (Heipieper we de Bont, 1994). Naftalin bilen işlenilen Pseudomonas stutzeri-de doýgun we doýmadyk ýag kislotasynyň gatnaşygy 1,1-den 2,1-e çenli ýokarlandy, Pseudomonas JS150-de bolsa bu gatnaşyk 7,5-den 12,0-e çenli ýokarlandy (Mrozik we başg., 2004). Naftalinde ösdürilip ýetişdirilende, Achromobacter KAs 3–5 öýjükleri naftalin kristallarynyň töwereginde öýjük agregasiýasyny we öýjük ýüzüniň zarýadynyň peselmegini (-22,5-den -2,5 mV-a çenli) görkezdi, bu bolsa öýjük gurluşynyň we öýjük ýüzüniň häsiýetleriniň üýtgemegini görkezýär (Mohapatra we beýlekiler, 2019). Öýjük/ýüz üýtgeşmeleri aromatik hapalandyryjylaryň has gowy özleşdirilmegi bilen gönüden-göni baglanyşykly bolsa-da, degişli bioinženerçilik strategiýalary doly optimizirlenmedi. Öýjük görnüşiniň manipulýasiýasy biologik prosesleri optimizirlemek üçin seýrek ulanyldy (Volke we Nikel, 2018). Öýjük bölünmegine täsir edýän genleriň ýok edilmegi öýjük morfologiýasynda üýtgeşmelere sebäp bolýar. Öýjük bölünmegine täsir edýän genleriň ýok edilmegi öýjük morfologiýasynda üýtgeşmelere sebäp bolýar. Bacillus subtilis-de öýjük septumy belogy SepF-iň septumy emele getirmekde gatnaşýandygy we öýjük bölünmeginiň indiki ädimleri üçin zerurdygy görkezildi, ýöne ol möhüm gen däl. Bacillus subtilis-de peptid glikan gidrolazalaryny kodlaýan genleriň ýok edilmegi öýjükleriň uzalmagyna, ösüş tizliginiň ýokarlanmagyna we ferment öndürmek ukybynyň gowulanmagyna getirdi (Cui we beýlekiler, 2018).
Pseudomonas C5pp we C7 ştammlarynyň netijeli dargamagyna ýetmek üçin karbaril dargama ýolunyň bölümlere bölünmegi teklip edildi (Kamini we başg., 2018). Karbariliň daşky membrana septumyndan we/ýa-da diffuziýa bolýan porinlerden periplazmatik giňişlige daşalmagy teklip edilýär. CH karbariliň has durnukly, has gidrofob we has zäherli bolan 1-naftolyň gidrolizini katalizleýän periplazmatik fermentdir. CH periplazmada ýerleşýär we karbaril üçin pes affinitete eýedir, şeýlelik bilen 1-naftolyň emele gelmegini gözegçilikde saklaýar, şeýlelik bilen onuň öýjüklerde toplanmagynyň öňüni alýar we öýjükler üçin zäherliligini azaldýar (Kamini we başg., 2018). Netijede dörän 1-naftol bölünmek we/ýa-da diffuziýa arkaly içki membrana arkaly sitoplazma daşalýar we soňra merkezi uglerod ýolunda mundan beýläk metabolizm üçin ýokary affinitetli 1NH fermenti tarapyndan 1,2-dihidroksinaftaline gidroksillenýär.
Mikroorganizmler ksenobiotik uglerod çeşmelerini dargatmak üçin genetiki we metabolik ukyplara eýe bolsa-da, olaryň ulanylyşynyň ierarhiki gurluşy (ýagny, çylşyrymly uglerod çeşmelerine garanda ýönekeý çeşmeleriň artykmaç ulanylmagy) biodegradasiýanyň esasy päsgelçilikidir. Ýönekeý uglerod çeşmeleriniň bolmagy we ulanylmagy PAH ýaly çylşyrymly/arzylanmaýan uglerod çeşmelerini dargadýan fermentleri kodlaýan genleri peseldýär. Gowy öwrenilen mysal, glýukoza we laktoza Escherichia coli bilen bilelikde berlende, glýukoza laktozadan has netijeli ulanylýar (Jacob we Monod, 1965). Pseudomonas-yň dürli PAH-lary we ksenobiotik birleşmeleri uglerod çeşmeleri hökmünde dargadýandygy habar berildi. Pseudomonas-da uglerod çeşmeleriniň ulanylyşynyň ierarhiýasy organiki kislotalar > glýukoza > aromatik birleşmelerdir (Hylemon we Phibbs, 1972; Collier we başg., 1996). Şeýle-de bolsa, bir kadadan çykma bar. Gyzykly tarapy, Pseudomonas sp. CSV86 glýukozanyň ýerine aromatik uglewodorodlary (benzoý kislotasy, naftalin we ş.m.) artykmaçlyk bilen ulanýan we aromatik uglewodorodlary organiki kislotalar bilen bilelikde metaboliz edýän özboluşly ierarhiki gurluş görkezýär (Basu we başg., 2006). Bu bakteriýada aromatik uglewodorodlaryň dargamagy we daşalmagy üçin genler, hatda glýukoza ýa-da organiki kislotalar ýaly ikinji uglerod çeşmesiniň barlygynda hem peselmeýär. Glýukoza we aromatik uglewodorodlar gurşawynda ösdürilip ýetişdirilende, glýukoza daşalmagy we metabolizmi üçin genleriň peselendigi, aromatik uglewodorodlaryň birinji log fazasynda, glýukozanyň bolsa ikinji log fazasynda ulanylandygy bellenildi (Basu we başg., 2006; Choudhary we başg., 2017). Beýleki tarapdan, organiki kislotalaryň bolmagy aromatik uglewodorodlaryň metabolizminiň ekspresiýasyna täsir etmedi, şonuň üçin bu bakteriýanyň biodegradasiýa barlaglary üçin dalaşgär ştamm bolmagyna garaşylýar (Phale we başg., 2020).
Uglewodorod biotransformasiýasynyň mikroorganizmlerde oksidatiw strese we antioksidant fermentleriň ýokarlanmagyna sebäp bolup biljekdigi mälimdir. Stasionar fazaly öýjüklerde we zäherli birleşmeleriň bolmagynda naftaliniň biodegradasiýasynyň netijesiz bolmagy reaktiv kislorod görnüşleriniň (ROS) emele gelmegine getirýär (Kang we başg. 2006). Naftalini dargadýan fermentler demir-kükürt klasterlerini öz içine alýandygy sebäpli, oksidatiw stresde gemdäki demir we demir-kükürt beloklary oksidleşer we belogyň işjeňsizleşmegine getirer. Ferredoksin-NADP+ reduktaza (Fpr), superoksid dismutaza (SOD) bilen bilelikde, NADP+/NADPH bilen ferredoksin ýa-da flawodoksin molekulalarynyň arasyndaky gaýtaryp bolýan oksidatiw-oksud reaksiýasyny amala aşyrýar, şeýlelik bilen ROS-y aýyrýar we oksidatiw stresde demir-kükürt merkezini dikeldýär (Li we başg. 2006). Pseudomonas-da Fpr we SodA (SOD) oksidatiw stres bilen induksiýa edilip bilinjekdigi habar berildi we naftalin goşulan şertlerde ösüş döwründe dört Pseudomonas ştammynda (O1, W1, As1 we G1) SOD we katalaza işjeňliginiň ýokarlanandygy syn edildi (Kang we başg., 2006). Barlaglar askorbin turşusy ýa-da demir demir (Fe2+) ýaly antioksidantlaryň goşulmagynyň naftaliniň ösüş tizligini ýokarlandyryp biljekdigini görkezdi. Rhodococcus eritropolis naftalin gurşawynda ösende, sodA (Fe/Mn superoksid dismutaza), sodC (Cu/Zn superoksid dismutaza) we recA ýaly oksidatiw stres bilen baglanyşykly sitohrom P450 genleriniň transkripsiýasy ýokarlandy (Sazykin we başg., 2019). Naftalinde ösdürilip ýetişdirilen Pseudomonas öýjükleriniň deňeşdirme mukdary proteomiki analizi oksidatiw stress reaksiýasy bilen baglanyşykly dürli beloklaryň ýokarlanmagynyň stress bilen göreşmek strategiýasydygyny görkezdi (Herbst we beýlekiler, 2013).
Mikroorganizmleriň gidrofob uglerod çeşmeleriniň täsiri astynda biosurfaktantlary öndürýändigi habar berildi. Bu surfaktantlar nebit-suw ýa-da howa-suw serhetlerinde agregatlar emele getirip bilýän amfifil ýüzleý aktiw birleşmelerdir. Bu bolsa ýalan erimege ýardam edýär we aromatik uglewodorodlaryň adsorbsiýasyny ýeňilleşdirýär, netijede netijeli biodegradasiýa bolýar (Rahman we beýlekiler, 2002). Bu häsiýetler sebäpli biosurfaktantlar dürli pudaklarda giňden ulanylýar. Bakteriýa medeniýetlerine himiki surfaktantlaryň ýa-da biosurfaktantlaryň goşulmagy uglewodorodlaryň dargamagynyň netijeliligini we tizligini ýokarlandyryp biler. Biosurfaktantlaryň arasynda Pseudomonas aeruginosa tarapyndan öndürilen ramnolipidler giňden öwrenildi we häsiýetlendirildi (Hisatsuka we beýlekiler, 1971; Rahman we beýlekiler, 2002). Mundan başga-da, biosurfaktantlaryň beýleki görnüşlerine lipopeptidler (Pseudomonas fluorescens-den musinler), emulgator 378 (Pseudomonas fluorescens-den) (Rosenberg we Ron, 1999), Rhodococcus-dan trehaloza disaharid lipidleri (Ramdahl, 1985), Bacillus-dan lihenin (Saraswathy we Hallberg, 2002) we Bacillus subtilis-den (Siegmund we Wagner, 1991) we Bacillus amyloliquefaciens-den surfaktant (Zhi we başg., 2017) girýär. Bu güýçli surfaktantlaryň ýüz dartgynlygyny 72 din/sm3-den 30 din/sm3-den az derejä çenli azaldýandygy we uglewodorodlaryň has gowy siňdirilmegine mümkinçilik berýändigi görkezildi. Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia we beýleki bakteriýa görnüşleriniň naftalin we metilnaftalin gurşawlarynda ösdürilip ýetişdirilende dürli rhamnolipid we glikolipid esasly biosurfaktantlary öndürip bilýändigi habar berildi (Kanga we beýlekiler, 1997; Puntus we beýlekiler, 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 naftol turşusy ýaly aromatik birleşmelerde ösdürilip ýetişdirilende öýjük daşyndaky biosurfaktant Biosur-Pm öndürip bilýär (Phale we beýlekiler, 1995). Biosur-Pm emele gelmeginiň kinetikasy onuň sinteziniň ösüşe we pH-a bagly bir prosesdigini görkezdi. Neýtral pH-da öýjükler tarapyndan öndürilýän Biosur-Pm mukdarynyň pH 8.5-däkiden ýokarydygy anyklandy. pH 8.5-de ösdürilip ýetişdirilen öýjükler pH 7.0-da ösdürilip ýetişdirilen öýjüklere garanyňda has gidrofob we aromatik we alifatik birleşmelere has ýokary ýakynlyga eýe boldy. Rhodococcus spp.-da. N6, ýokary uglerodyň azota (C:N) gatnaşygy we demir çäklendirmesi öýjükara biosurfaktantlaryň öndürilmegi üçin iň amatly şertlerdir (Mutalik we başg., 2008). Ştammlary we fermentasiýany optimizirlemek arkaly biosurfaktantlaryň (surfaktinleriň) biosintezini gowulandyrmak üçin synanyşyklar edildi. Şeýle-de bolsa, medeniýet gurşawyndaky surfaktantyň titri pes (1,0 g/L), bu bolsa uly möçberli önümçilik üçin kynçylyk döredýär (Jiao we başg., 2017; Wu we başg., 2019). Şonuň üçin onuň biosintezini gowulandyrmak üçin genetiki inženerçilik usullary ulanyldy. Şeýle-de bolsa, operonyň uly ölçegi (~25 kb) we kvorum duýujy ulgamynyň çylşyrymly biosintez düzgünleşdirilmegi sebäpli onuň inženerçilik modifikasiýasyny geçirmek kyn (Jiao we başg., 2017; Wu we başg., 2019). Bacillus bakteriýalarynda birnäçe genetiki inženerçilik modifikasiýalary geçirildi, esasan promotoryň (srfA operon) ornuny tutmak, surfaktiniň eksport belogy YerP-ni we kadalaşdyryjy faktorlar ComX we PhrC-ni artykmaç ekspresirlemek arkaly surfaktiniň önümçiligini artdyrmak maksat edinilýär (Jiao we beýlekiler, 2017). Şeýle-de bolsa, bu genetiki inženerçilik usullary diňe bir ýa-da birnäçe genetiki modifikasiýany gazandy we heniz täjirçilik önümçiligine ýetmedi. Şonuň üçin bilime esaslanýan optimizasiýa usullaryny has giňişleýin öwrenmek zerurdyr.
PAH-yň biodegradasiýa barlaglary, esasan, standart laboratoriýa şertlerinde geçirilýär. Şeýle-de bolsa, hapalanan ýerlerde ýa-da hapalanan gurşawlarda köp abiotik we biotiki faktorlaryň (temperatura, pH, kislorod, iýmit maddalarynyň elýeterliligi, substratyň bioelýeterliligi, beýleki ksenobiotikler, ahyrky önümiň basylyp saklanmagy we ş.m.) mikroorganizmleriň dargama ukybyny üýtgedýändigi we täsir edýändigi görkezildi.
Temperatura PAH-yň biodegradasiýasyna uly täsir edýär. Temperatura ýokarlananda, ereýän kislorodyň konsentrasiýasy peselýär, bu bolsa aerob mikroorganizmleriň metabolizmine täsir edýär, sebäbi olar gidroksillenmegi ýa-da halka bölünme reaksiýalaryny amala aşyrýan oksigenazalar üçin substratlaryň biri hökmünde molekulýar kisloroda mätäç bolýarlar. Ýokary temperaturanyň esasy PAH-lary has zäherli birleşmelere öwürýändigi we şonuň bilen biodegradasiýanyň öňüni alýandygy köplenç bellenilýär (Muller we beýlekiler, 1998).
PAH bilen hapalanan köp ýerleriň, mysal üçin, kislotaly magdanlaryň suw akabalarynyň hapalanan ýerleri (pH 1–4) we gidroksidi suw bilen hapalanan tebigy gaz/kömür gazlaşdyrma ýerleri (pH 8–12) ýaly pH derejeleriniň ýokarydygy bellenildi. Bu şertler biodegradasiýa prosesine düýpli täsir edip biler. Şonuň üçin, mikroorganizmleri bioremediasiýa üçin ulanmazdan öň, gidroksidi topraklar üçin ammonium sulfat ýa-da ammonium nitrat ýaly amatly himiki maddalary (orta we örän pes oksidlenme-dikeldiş potensialy bilen) goşmak ýa-da kislotaly ýerler üçin kalsiý karbonaty ýa-da magniý karbonaty bilen heklemek arkaly pH derejesini sazlamak maslahat berilýär (Bowlen we beýlekiler 1995; Gupta we Sar 2020).
Täsirlenen ýere kislorod bilen üpjünçilik PAH-yň biodegradasiýasynyň tizligini çäklendirýän faktor bolup durýar. Daşky gurşawyň redoks şertleri sebäpli, in situ bioremediasiýa prosesleri adatça daşarky çeşmelerden kislorodyň girizilmegini talap edýär (ýer sürmek, howany sowurmak we himiki maddalary goşmak) (Pardieck we beýlekiler, 1992). Odenkranz we beýlekiler (1996) hapalanan suw gatlagyna magniý peroksidiniň (kislorod çykarýan birleşme) goşulmagynyň BTEX birleşmelerini netijeli bioremediasiýa edip biljekdigini görkezdiler. Başga bir gözlegde hapalanan suw gatlagynda fenolyň we BTEX-iň in situ dargamagy natriý nitratyny inýeksiýa etmek we netijeli bioremediasiýa gazanmak üçin ekstraksiýa guýularyny gurmak arkaly öwrenildi (Bewley we Webb, 2001).