ఈ వ్యాసం “అడ్వాన్స్‌డ్ బయోరిమిడియేషన్ టెక్నాలజీస్ అండ్ సింథటిక్ ఆర్గానిక్ కాంపౌండ్స్ (SOC) రీసైక్లింగ్ ప్రక్రియలు” అనే పరిశోధన అంశంలో భాగం. మొత్తం 14 కథనాలను చూడండి.
నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్లు (మిథైల్నాఫ్తలీన్, నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లం, 1-నాఫ్థైల్-ఎన్-మిథైల్కార్బమేట్, మొదలైనవి) వంటి తక్కువ మాలిక్యులర్ వెయిట్ పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్లు (PAHలు) వివిధ పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి మరియు జీవులకు జెనోటాక్సిక్, మ్యూటాజెనిక్ మరియు/లేదా క్యాన్సర్ కారకాలు. ఈ సింథటిక్ ఆర్గానిక్ సమ్మేళనాలు (SOCలు) లేదా జెనోబయోటిక్‌లు ప్రాధాన్యత కాలుష్య కారకాలుగా పరిగణించబడతాయి మరియు ప్రపంచ పర్యావరణం మరియు ప్రజారోగ్యానికి తీవ్రమైన ముప్పును కలిగిస్తాయి. మానవ కార్యకలాపాల తీవ్రత (ఉదా. బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్, చమురు శుద్ధి, వాహన ఉద్గారాలు మరియు వ్యవసాయ అనువర్తనాలు) ఈ సర్వవ్యాప్త మరియు నిరంతర సమ్మేళనాల సాంద్రత, విధి మరియు రవాణాను నిర్ణయిస్తాయి. భౌతిక మరియు రసాయన చికిత్స/తొలగింపు పద్ధతులతో పాటు, POCలను పూర్తిగా క్షీణింపజేయగల లేదా వాటిని విషరహిత ఉప-ఉత్పత్తులుగా మార్చగల సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించే బయోరెమిడియేషన్ వంటి ఆకుపచ్చ మరియు పర్యావరణ అనుకూల సాంకేతికతలు సురక్షితమైన, ఖర్చు-సమర్థవంతమైన మరియు ఆశాజనక ప్రత్యామ్నాయంగా ఉద్భవించాయి. నేల మైక్రోబయోటాలోని ఫైలా ప్రోటీబాక్టీరియా (సూడోమోనాస్, సూడోమోనాస్, కోమమోనాస్, బర్ఖోల్డెరియా, మరియు నియోస్ఫింగోబాక్టీరియం), ఫర్మిక్యూట్స్ (బాసిల్లస్ మరియు పెనిబాసిల్లస్), మరియు ఆక్టినోబాక్టీరియా (రోడోకాకస్ మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్) కు చెందిన వివిధ బ్యాక్టీరియా జాతులు వివిధ సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను క్షీణింపజేసే సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి. జీవక్రియ అధ్యయనాలు, జన్యుశాస్త్రం మరియు మెటాజెనోమిక్ విశ్లేషణ ఈ సరళమైన జీవ రూపాల్లో ఉన్న క్యాటాబోలిక్ సంక్లిష్టత మరియు వైవిధ్యాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మాకు సహాయపడతాయి, వీటిని సమర్థవంతమైన జీవఅధోకరణం కోసం మరింత అన్వయించవచ్చు. PAHల దీర్ఘకాలిక ఉనికి ప్లాస్మిడ్‌లు, ట్రాన్స్‌పోజన్‌లు, బాక్టీరియోఫేజ్‌లు, జన్యు ద్వీపాలు మరియు సమగ్ర సంయోగ మూలకాలు వంటి జన్యు మూలకాలను ఉపయోగించి క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ ద్వారా నవల క్షీణత సమలక్షణాల ఆవిర్భావానికి దారితీసింది. నిర్దిష్ట ఐసోలేట్‌లు లేదా మోడల్ కమ్యూనిటీల (కన్సార్టియా) యొక్క సిస్టమ్స్ బయాలజీ మరియు జన్యు ఇంజనీరింగ్ సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాల ద్వారా ఈ PAHల యొక్క సమగ్ర, వేగవంతమైన మరియు సమర్థవంతమైన బయోరిమిడియేషన్‌ను ప్రారంభించగలవు. ఈ సమీక్షలో, మేము నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్-క్షీణించే బ్యాక్టీరియా యొక్క విభిన్న జీవక్రియ మార్గాలు మరియు వైవిధ్యం, జన్యు కూర్పు మరియు వైవిధ్యం మరియు సెల్యులార్ ప్రతిస్పందనలు/అనుసరణలపై దృష్టి పెడతాము. ఇది క్షేత్ర అప్లికేషన్ కోసం పర్యావరణ సమాచారాన్ని అందిస్తుంది మరియు సమర్థవంతమైన బయోరిమిడియేషన్ కోసం స్ట్రెయిన్ ఆప్టిమైజేషన్‌ను అందిస్తుంది.
పరిశ్రమల వేగవంతమైన అభివృద్ధి (పెట్రోకెమికల్స్, వ్యవసాయం, ఫార్మాస్యూటికల్స్, టెక్స్‌టైల్ డైస్, కాస్మెటిక్స్ మొదలైనవి) ప్రపంచ ఆర్థిక శ్రేయస్సుకు మరియు మెరుగైన జీవన ప్రమాణాలకు దోహదపడింది. ఈ ఘాతాంక అభివృద్ధి ఫలితంగా వివిధ ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పెద్ద సంఖ్యలో సింథటిక్ ఆర్గానిక్ సమ్మేళనాలు (SOCలు) ఉత్పత్తి అయ్యాయి. ఈ విదేశీ సమ్మేళనాలు లేదా SOCలలో పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (PAHలు), పురుగుమందులు, కలుపు సంహారకాలు, ప్లాస్టిసైజర్లు, రంగులు, ఫార్మాస్యూటికల్స్, ఆర్గానోఫాస్ఫేట్లు, జ్వాల నిరోధకాలు, అస్థిర సేంద్రీయ ద్రావకాలు మొదలైనవి ఉన్నాయి. అవి వాతావరణం, జల మరియు భూసంబంధమైన పర్యావరణ వ్యవస్థలలోకి విడుదలవుతాయి, అక్కడ అవి బహుమితీయ ప్రభావాలను కలిగి ఉంటాయి, భౌతిక రసాయన లక్షణాలు మరియు సమాజ నిర్మాణంలో మార్పు ద్వారా వివిధ జీవరూపాలపై హానికరమైన ప్రభావాలను కలిగిస్తాయి (పెట్రీ మరియు ఇతరులు, 2015; బెర్న్‌హార్డ్ మరియు ఇతరులు, 2017; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020). అనేక సుగంధ కాలుష్య కారకాలు అనేక చెక్కుచెదరకుండా ఉన్న పర్యావరణ వ్యవస్థలు/జీవవైవిధ్య హాట్‌స్పాట్‌లపై బలమైన మరియు విధ్వంసక ప్రభావాలను చూపుతాయి (ఉదా. పగడపు దిబ్బలు, ఆర్కిటిక్/అంటార్కిటిక్ మంచు పలకలు, ఎత్తైన పర్వత సరస్సులు, లోతైన సముద్ర అవక్షేపాలు మొదలైనవి) (జోన్స్ 2010; బేయర్ మరియు ఇతరులు 2020; నార్డ్‌బోర్గ్ మరియు ఇతరులు 2020). ఇటీవలి జియోమైక్రోబయోలాజికల్ అధ్యయనాలు కృత్రిమ నిర్మాణాల (నిర్మిత పర్యావరణం) (ఉదా. సాంస్కృతిక వారసత్వ ప్రదేశాలు మరియు గ్రానైట్, రాయి, కలప మరియు లోహంతో తయారు చేయబడిన స్మారక చిహ్నాలు) ఉపరితలాలపై సింథటిక్ సేంద్రీయ పదార్థం (ఉదా. సుగంధ కాలుష్య కారకాలు) మరియు వాటి ఉత్పన్నాల నిక్షేపణ వాటి క్షీణతను వేగవంతం చేస్తుందని చూపించాయి (గాడ్ 2017; లియు మరియు ఇతరులు 2018). మానవ కార్యకలాపాలు వాయు కాలుష్యం మరియు వాతావరణ మార్పు ద్వారా స్మారక చిహ్నాలు మరియు భవనాల జీవసంబంధమైన క్షీణతను తీవ్రతరం చేస్తాయి మరియు మరింత దిగజార్చుతాయి (లియు మరియు ఇతరులు 2020). ఈ సేంద్రీయ కలుషితాలు వాతావరణంలో నీటి ఆవిరితో చర్య జరిపి నిర్మాణంపై స్థిరపడతాయి, దీనివల్ల పదార్థం యొక్క భౌతిక మరియు రసాయన క్షీణత ఏర్పడుతుంది. జీవుల సంరక్షణను ప్రభావితం చేసే జీవుల వల్ల కలిగే పదార్థాల రూపాన్ని మరియు లక్షణాలలో అవాంఛనీయ మార్పులు జీవఅధోకరణం అని విస్తృతంగా గుర్తించబడింది (పోచాన్ మరియు జాటన్, 1967). ఈ సమ్మేళనాల యొక్క మరింత సూక్ష్మజీవుల చర్య (జీవక్రియ) నిర్మాణ సమగ్రత, పరిరక్షణ ప్రభావం మరియు సాంస్కృతిక విలువను తగ్గిస్తుంది (గాడ్, 2017; లియు మరియు ఇతరులు, 2018). మరోవైపు, కొన్ని సందర్భాల్లో, ఈ నిర్మాణాలకు సూక్ష్మజీవుల అనుసరణ మరియు ప్రతిస్పందన ప్రయోజనకరంగా ఉంటుందని కనుగొనబడింది ఎందుకంటే అవి బయోఫిల్మ్‌లు మరియు ఇతర రక్షిత క్రస్ట్‌లను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి క్షయం/కుళ్ళిపోయే రేటును తగ్గిస్తాయి (మార్టినో, 2016). అందువల్ల, రాతి, లోహం మరియు కలప స్మారక చిహ్నాల కోసం సమర్థవంతమైన దీర్ఘకాలిక స్థిరమైన పరిరక్షణ వ్యూహాల అభివృద్ధికి ఈ ప్రక్రియలో పాల్గొన్న కీలక ప్రక్రియల గురించి పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవాలి. సహజ ప్రక్రియలతో (భూగోళ ప్రక్రియలు, అటవీ మంటలు, అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనాలు, మొక్కలు మరియు బ్యాక్టీరియా ప్రతిచర్యలు) పోలిస్తే, మానవ కార్యకలాపాలు పెద్ద పరిమాణంలో పాలీసైక్లిక్ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లు (PAHలు) మరియు ఇతర సేంద్రీయ కార్బన్ (OC) పర్యావరణ వ్యవస్థల్లోకి విడుదలవుతాయి. వ్యవసాయంలో ఉపయోగించే అనేక PAHలు (DDT, అట్రాజిన్, కార్బరిల్, పెంటాక్లోరోఫెనాల్ మొదలైన పురుగుమందులు మరియు పురుగుమందులు), పరిశ్రమ (ముడి చమురు, నూనె బురద/వ్యర్థాలు, పెట్రోలియం-ఉత్పన్న ప్లాస్టిక్‌లు, PCBలు, ప్లాస్టిసైజర్లు, డిటర్జెంట్లు, క్రిమిసంహారకాలు, ఫ్యూమిగెంట్లు, సువాసనలు మరియు సంరక్షణకారులు), వ్యక్తిగత సంరక్షణ ఉత్పత్తులు (సన్‌స్క్రీన్‌లు, క్రిమిసంహారకాలు, కీటకాల వికర్షకాలు మరియు పాలీసైక్లిక్ మస్క్‌లు) మరియు మందుగుండు సామగ్రి (2,4,6-TNT వంటి పేలుడు పదార్థాలు) గ్రహ ఆరోగ్యంపై ప్రభావం చూపే సంభావ్య జినోబయోటిక్‌లు (స్రోగి, 2007; వంశీ-కృష్ణ మరియు ఫేల్, 2008; పెట్రీ మరియు ఇతరులు, 2015). ఈ జాబితాను పెట్రోలియం-ఉత్పన్న సమ్మేళనాలు (ఇంధన నూనెలు, కందెనలు, అస్ఫాల్టెన్లు), అధిక పరమాణు బరువు బయోప్లాస్టిక్‌లు మరియు అయానిక్ ద్రవాలు (అమ్డే మరియు ఇతరులు, 2015) చేర్చడానికి విస్తరించవచ్చు. పట్టిక 1 వివిధ సుగంధ కాలుష్య కారకాలను మరియు వివిధ పరిశ్రమలలో వాటి అనువర్తనాలను జాబితా చేస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, అస్థిర కర్బన సమ్మేళనాలు, అలాగే కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు ఇతర గ్రీన్‌హౌస్ వాయువుల మానవజన్య ఉద్గారాలు పెరగడం ప్రారంభించాయి (డ్వోరాక్ మరియు ఇతరులు, 2017). అయితే, మానవజన్య ప్రభావాలు సహజమైన వాటి కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉన్నాయి. అదనంగా, అనేక పర్యావరణ వాతావరణాలలో అనేక SOCలు కొనసాగుతున్నాయని మరియు బయోమ్‌లపై ప్రతికూల ప్రభావాలను చూపే ఉద్గార కాలుష్య కారకాలుగా గుర్తించబడ్డాయని మేము కనుగొన్నాము (చిత్రం 1). యునైటెడ్ స్టేట్స్ ఎన్విరాన్‌మెంటల్ ప్రొటెక్షన్ ఏజెన్సీ (USEPA) వంటి పర్యావరణ సంస్థలు వాటి సైటోటాక్సిక్, జెనోటాక్సిక్, మ్యూటాజెనిక్ మరియు క్యాన్సర్ కారక లక్షణాల కారణంగా ఈ కాలుష్య కారకాలలో చాలా వాటిని తమ ప్రాధాన్యత జాబితాలో చేర్చాయి. అందువల్ల, కలుషితమైన పర్యావరణ వ్యవస్థల నుండి వ్యర్థాల చికిత్స/తొలగింపు కోసం కఠినమైన పారవేయడం నిబంధనలు మరియు ప్రభావవంతమైన వ్యూహాలు అవసరం. పైరోలిసిస్, ఆక్సీకరణ ఉష్ణ చికిత్స, గాలి వాయువు, ల్యాండ్‌ఫిల్లింగ్, దహనం మొదలైన వివిధ భౌతిక మరియు రసాయన చికిత్సా పద్ధతులు అసమర్థమైనవి మరియు ఖరీదైనవి మరియు తుప్పు పట్టే, విషపూరితమైనవి మరియు చికిత్స చేయడానికి కష్టతరమైన ఉప-ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ప్రపంచవ్యాప్తంగా పర్యావరణ అవగాహన పెరుగుతున్న కొద్దీ, ఈ కాలుష్య కారకాలను మరియు వాటి ఉత్పన్నాలను (హాలోజనేటెడ్, నైట్రో, ఆల్కైల్ మరియు/లేదా మిథైల్ వంటివి) క్షీణింపజేయగల సూక్ష్మజీవులు పెరుగుతున్న దృష్టిని ఆకర్షిస్తున్నాయి (ఫెన్నెల్ మరియు ఇతరులు, 2004; హరితాష్ మరియు కౌశిక్, 2009; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020; ష్వానెమాన్ మరియు ఇతరులు, 2020). సుగంధ కాలుష్య కారకాల తొలగింపు కోసం ఈ స్వదేశీ అభ్యర్థి సూక్ష్మజీవులను ఒంటరిగా లేదా మిశ్రమ సంస్కృతులలో (కాలనీలు) ఉపయోగించడం వల్ల పర్యావరణ భద్రత, ఖర్చు, సామర్థ్యం, ​​ప్రభావం మరియు స్థిరత్వం పరంగా ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. కాలుష్య కారకాల చికిత్స/తొలగింపు కోసం ఒక ఆశాజనక సాంకేతికతగా బయోఎలెక్ట్రోకెమికల్ సిస్టమ్స్ (BES) అనే ఎలక్ట్రోకెమికల్ రెడాక్స్ పద్ధతులతో సూక్ష్మజీవుల ప్రక్రియల ఏకీకరణను పరిశోధకులు అన్వేషిస్తున్నారు (హువాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2011). BES టెక్నాలజీ దాని అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ ఖర్చు, పర్యావరణ భద్రత, గది ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్, బయో కాంపాజిబుల్ పదార్థాలు మరియు విలువైన ఉప-ఉత్పత్తులను (ఉదా., విద్యుత్, ఇంధనం మరియు రసాయనాలు) తిరిగి పొందగల సామర్థ్యం కారణంగా పెరుగుతున్న దృష్టిని ఆకర్షించింది (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). హై-త్రూపుట్ జీనోమ్ సీక్వెన్సింగ్ మరియు ఓమిక్స్ సాధనాలు/పద్ధతుల ఆగమనం వివిధ క్షీణత సూక్ష్మజీవుల ప్రతిచర్యల జన్యు నియంత్రణ, ప్రోటీమిక్స్ మరియు ఫ్లక్సోమిక్స్‌పై కొత్త సమాచారాన్ని అందించింది. ఈ సాధనాలను సిస్టమ్స్ బయాలజీతో కలపడం వల్ల సమర్థవంతమైన మరియు ప్రభావవంతమైన బయోడిగ్రేడేషన్‌ను సాధించడానికి సూక్ష్మజీవులలో (అంటే, జీవక్రియ రూపకల్పన) లక్ష్య క్యాటాబోలిక్ మార్గాల ఎంపిక మరియు చక్కటి ట్యూనింగ్ గురించి మన అవగాహన మరింత మెరుగుపడింది. తగిన అభ్యర్థి సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించి ప్రభావవంతమైన బయోరిమిడియేషన్ వ్యూహాలను రూపొందించడానికి, సూక్ష్మజీవుల జీవరసాయన సంభావ్యత, జీవక్రియ వైవిధ్యం, జన్యు కూర్పు మరియు జీవావరణ శాస్త్రం (ఆటోఎకాలజీ/సైనకాలజీ) మనం అర్థం చేసుకోవాలి.
చిత్రం 1. వివిధ పర్యావరణ వాతావరణాలు మరియు బయోటాను ప్రభావితం చేసే వివిధ కారకాల ద్వారా తక్కువ-పరమాణు బరువు PAH ల మూలాలు మరియు మార్గాలు. డాష్ చేసిన పంక్తులు పర్యావరణ వ్యవస్థ మూలకాల మధ్య పరస్పర చర్యలను సూచిస్తాయి.
ఈ సమీక్షలో, జీవక్రియ మార్గాలు మరియు వైవిధ్యం, క్షీణతలో పాల్గొన్న ఎంజైమ్‌లు, జన్యు కూర్పు/కంటెంట్ మరియు వైవిధ్యం, సెల్యులార్ ప్రతిస్పందనలు మరియు బయోరెమిడియేషన్ యొక్క వివిధ అంశాలను కవర్ చేసే వివిధ బ్యాక్టీరియా ఐసోలేట్‌ల ద్వారా నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్‌ల వంటి సాధారణ PAHల క్షీణతపై డేటాను సంగ్రహించడానికి మేము ప్రయత్నించాము. జీవరసాయన మరియు పరమాణు స్థాయిలను అర్థం చేసుకోవడం తగిన హోస్ట్ జాతులను గుర్తించడంలో మరియు అటువంటి ప్రాధాన్యత కాలుష్య కారకాల ప్రభావవంతమైన బయోరెమిడియేషన్ కోసం వాటి తదుపరి జన్యు ఇంజనీరింగ్‌లో సహాయపడుతుంది. ప్రభావవంతమైన బయోరెమిడియేషన్ కోసం సైట్-నిర్దిష్ట బాక్టీరియల్ కన్సార్టియా స్థాపనకు వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయడంలో ఇది సహాయపడుతుంది.
విషపూరితమైన మరియు ప్రమాదకరమైన సుగంధ సమ్మేళనాలు పెద్ద సంఖ్యలో ఉండటం (హకెల్ నియమం 4n + 2π ఎలక్ట్రాన్‌లను సంతృప్తి పరుస్తుంది, n = 1, 2, 3, …) గాలి, నేల, అవక్షేపాలు మరియు ఉపరితలం మరియు భూగర్భజలం వంటి వివిధ పర్యావరణ మాధ్యమాలకు తీవ్రమైన ముప్పును కలిగిస్తుంది (పుగ్లిసి మరియు ఇతరులు, 2007). ఈ సమ్మేళనాలు సరళ, కోణీయ లేదా క్లస్టర్ రూపంలో అమర్చబడిన సింగిల్ బెంజీన్ రింగులు (మోనోసైక్లిక్) లేదా బహుళ బెంజీన్ రింగులు (పాలిసైక్లిక్) కలిగి ఉంటాయి మరియు అధిక ప్రతికూల ప్రతిధ్వని శక్తి మరియు జడత్వం (జడత్వం) కారణంగా వాతావరణంలో స్థిరత్వం (స్థిరత్వం/అస్థిరత్వం) ప్రదర్శిస్తాయి, వీటిని వాటి హైడ్రోఫోబిసిటీ మరియు తగ్గిన స్థితి ద్వారా వివరించవచ్చు. సుగంధ వలయాన్ని మిథైల్ (-CH3), కార్బాక్సిల్ (-COOH), హైడ్రాక్సిల్ (-OH) లేదా సల్ఫోనేట్ (-HSO3) సమూహాల ద్వారా భర్తీ చేసినప్పుడు, అది మరింత స్థిరంగా మారుతుంది, స్థూల అణువులకు బలమైన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు జీవ వ్యవస్థలలో బయోఅక్యుమ్యులేటివ్‌గా ఉంటుంది (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలు [మిథైల్నాఫ్తలీన్, నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లం, నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనేట్ మరియు 1-నాఫ్థైల్ N-మిథైల్కార్బమేట్ (కార్బరిల్)] వంటి కొన్ని తక్కువ పరమాణు బరువు గల పాలీసైక్లిక్ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లు (LMWAHలు) US పర్యావరణ పరిరక్షణ సంస్థ ద్వారా జెనోటాక్సిక్, మ్యూటాజెనిక్ మరియు/లేదా కార్సినోజెనిక్‌గా ప్రాధాన్యత గల సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల జాబితాలో చేర్చబడ్డాయి (సెర్నిగ్లియా, 1984). ఈ తరగతి NM-PAH లను పర్యావరణంలోకి విడుదల చేయడం వలన ఆహార గొలుసులోని అన్ని స్థాయిలలో ఈ సమ్మేళనాల బయోఅక్యుమ్యులేషన్ ఏర్పడవచ్చు, తద్వారా పర్యావరణ వ్యవస్థల ఆరోగ్యంపై ప్రభావం చూపుతుంది (బింకోవా మరియు ఇతరులు, 2000; స్రోగి, 2007; క్విన్ మరియు ఇతరులు, 2009).
బయోటాకు PAH లు మూలాలు మరియు మార్గాలు ప్రధానంగా నేల, భూగర్భజలం, ఉపరితల నీరు, పంటలు మరియు వాతావరణం వంటి వివిధ పర్యావరణ వ్యవస్థ భాగాల మధ్య వలస మరియు పరస్పర చర్యల ద్వారా జరుగుతాయి (అరే మరియు అట్కిన్సన్, 2003). పర్యావరణ వ్యవస్థలలో వివిధ తక్కువ పరమాణు బరువు PAH ల పరస్పర చర్యలు మరియు పంపిణీని మరియు బయోటా/మానవ బహిర్గతంకు వాటి మార్గాలను చిత్రం 1 చూపిస్తుంది. వాయు కాలుష్యం మరియు వాహన ఉద్గారాల వలస (డ్రిఫ్ట్), పారిశ్రామిక ఎగ్జాస్ట్ వాయువులు (బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్, దహన మరియు కోక్ ఉత్పత్తి) మరియు వాటి నిక్షేపణ ఫలితంగా PAH లు ఉపరితలాలపై జమ చేయబడతాయి. సింథటిక్ వస్త్రాలు, రంగులు మరియు పెయింట్ల తయారీ వంటి పారిశ్రామిక కార్యకలాపాలు; కలప సంరక్షణ; రబ్బరు ప్రాసెసింగ్; సిమెంట్ తయారీ కార్యకలాపాలు; పురుగుమందుల ఉత్పత్తి; మరియు వ్యవసాయ అనువర్తనాలు భూసంబంధమైన మరియు జల వ్యవస్థలలో PAH లకు ప్రధాన వనరులు (బామ్‌ఫోర్త్ మరియు సింగిల్టన్, 2005; విక్ మరియు ఇతరులు, 2011). విద్యుత్ ప్లాంట్లు, నివాస తాపన, గాలి మరియు రోడ్డు ట్రాఫిక్ భారం మరియు నిర్మాణ కార్యకలాపాల నుండి ఉద్గారాల కారణంగా శివారు మరియు పట్టణ ప్రాంతాలలో, హైవేలకు సమీపంలో మరియు పెద్ద నగరాల్లోని నేలలు పాలీసైక్లిక్ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లకు (PAHలు) ఎక్కువగా గురవుతాయని అధ్యయనాలు చెబుతున్నాయి (సుమన్ మరియు ఇతరులు, 2016). (2008) USAలోని లూసియానాలోని న్యూ ఓర్లీన్స్‌లోని రోడ్ల దగ్గర ఉన్న మట్టిలో PAHలు 7189 μg/kg వరకు ఉన్నాయని, అయితే బహిరంగ ప్రదేశంలో అవి 2404 μg/kg మాత్రమే ఉన్నాయని చూపించింది. అదేవిధంగా, అనేక US నగరాల్లోని బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ ప్రదేశాల సమీపంలోని ప్రాంతాలలో 300 μg/kg వరకు PAH స్థాయిలు నివేదించబడ్డాయి (కనలీ మరియు హరాయమా, 2000; బామ్‌ఫోర్త్ మరియు సింగిల్టన్, 2005). ఢిల్లీ (శర్మ మరియు ఇతరులు, 2008), ఆగ్రా (దుబే మరియు ఇతరులు, 2014), ముంబై (కులకర్ణి మరియు ఇతరులు, 2000) మరియు విశాఖపట్నం (కులకర్ణి మరియు ఇతరులు, 2014) వంటి వివిధ భారతీయ నగరాల నుండి వచ్చిన నేలలు అధిక సాంద్రత కలిగిన PAH లను కలిగి ఉన్నట్లు నివేదించబడ్డాయి. సుగంధ సమ్మేళనాలు నేల కణాలు, సేంద్రియ పదార్థం మరియు బంకమట్టి ఖనిజాలపై సులభంగా శోషించబడతాయి, తద్వారా పర్యావరణ వ్యవస్థలలో ప్రధాన కార్బన్ సింక్‌లుగా మారుతాయి (స్రోగి, 2007; పెంగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). జల పర్యావరణ వ్యవస్థలలో PAH ల యొక్క ప్రధాన వనరులు అవపాతం (తడి/పొడి అవపాతం మరియు నీటి ఆవిరి), పట్టణ ప్రవాహం, మురుగునీటి ఉత్సర్గం, భూగర్భజల రీఛార్జ్ మొదలైనవి. (స్రోగి, 2007). సముద్ర పర్యావరణ వ్యవస్థలలోని 80% PAH లు అవపాతం, అవక్షేపణ మరియు వ్యర్థాల ఉత్సర్గ నుండి ఉద్భవించాయని అంచనా వేయబడింది (మోటేలే-మస్సే మరియు ఇతరులు, 2006; స్రోగి, 2007). ఉపరితల నీటిలో PAH ల అధిక సాంద్రతలు లేదా ఘన వ్యర్థాల తొలగింపు ప్రదేశాల నుండి లీచేట్ చివరికి భూగర్భ జలాల్లోకి లీక్ అవుతాయి, ఇది ప్రజారోగ్యానికి పెద్ద ముప్పును కలిగిస్తుంది ఎందుకంటే దక్షిణ మరియు ఆగ్నేయాసియాలోని 70% కంటే ఎక్కువ మంది జనాభా భూగర్భ జలాలను తాగుతారు (దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2019). భారతదేశంలోని పశ్చిమ బెంగాల్ నుండి దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు (2020) నది (32) మరియు భూగర్భ జలాల (235) విశ్లేషణల ఇటీవలి అధ్యయనంలో, పట్టణ నివాసితులలో 53% మరియు గ్రామీణ నివాసితులలో 44% (మొత్తం 20 మిలియన్ల నివాసితులు) నాఫ్తలీన్ (4.9–10.6 μg/L) మరియు దాని ఉత్పన్నాలకు గురికావచ్చని కనుగొన్నారు. భూగర్భంలో తక్కువ పరమాణు బరువు PAH ల నిలువు రవాణా (అడ్వెక్షన్) ను నియంత్రించే ప్రధాన కారకాలుగా విభిన్న భూ వినియోగ నమూనాలు మరియు పెరిగిన భూగర్భ జలాల వెలికితీత పరిగణించబడతాయి. వ్యవసాయ ప్రవాహం, మునిసిపల్ మరియు పారిశ్రామిక మురుగునీటి ఉత్సర్గాలు మరియు ఘన వ్యర్థాలు/చెత్త ఉత్సర్గలు నదీ పరీవాహక ప్రాంతాలు మరియు భూగర్భ అవక్షేపాలలో PAH లచే ప్రభావితమవుతాయని కనుగొనబడింది. వాతావరణ అవపాతం PAH కాలుష్యాన్ని మరింత తీవ్రతరం చేస్తుంది. ఫ్రేజర్ నది, లౌవాన్ నది, డెన్సో నది, మిస్సోరీ నది, అనకోస్టియా నది, ఎబ్రో నది మరియు డెలావేర్ నది వంటి ప్రపంచవ్యాప్తంగా నదులు/జలాశయాలలో PAHలు మరియు వాటి ఆల్కైల్ ఉత్పన్నాలు (మొత్తం 51) అధిక సాంద్రతలో ఉన్నట్లు నివేదించబడింది (యుంకర్ మరియు ఇతరులు, 2002; మోటెలే-మస్సే మరియు ఇతరులు, 2006; లి మరియు ఇతరులు, 2010; అమోకో మరియు ఇతరులు, 2011; కిమ్ మరియు ఇతరులు, 2018). గంగా నది బేసిన్ అవక్షేపాలలో, నాఫ్తలీన్ మరియు ఫినాంత్రేన్ అత్యంత ముఖ్యమైనవిగా కనుగొనబడ్డాయి (70% నమూనాలలో కనుగొనబడింది) (దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2019). అంతేకాకుండా, తాగునీటి క్లోరినేషన్ మరింత విషపూరితమైన ఆక్సిజన్ మరియు క్లోరినేటెడ్ PAHలు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి (మనోలి మరియు సమారా, 1999). కలుషితమైన నేలలు, భూగర్భ జలాలు మరియు అవపాతం నుండి మొక్కలు గ్రహించడం వల్ల తృణధాన్యాలు, పండ్లు మరియు కూరగాయలలో PAHలు పేరుకుపోతాయి (ఫిస్మెస్ మరియు ఇతరులు, 2002). చేపలు, మస్సెల్స్, క్లామ్స్ మరియు రొయ్యలు వంటి అనేక జల జీవులు కలుషితమైన ఆహారం మరియు సముద్రపు నీటిని తీసుకోవడం ద్వారా, అలాగే కణజాలం మరియు చర్మం ద్వారా PAHలతో కలుషితమవుతాయి (మాకే మరియు ఫ్రేజర్, 2000). గ్రిల్లింగ్, రోస్టింగ్, స్మోకింగ్, ఫ్రైయింగ్, డ్రైయింగ్, బేకింగ్ మరియు చార్‌కోల్ వంట వంటి వంట/ప్రాసెసింగ్ పద్ధతులు కూడా ఆహారంలో గణనీయమైన మొత్తంలో PAHలకు దారితీయవచ్చు. ఇది ఎక్కువగా స్మోకింగ్ మెటీరియల్ ఎంపిక, ఫినాలిక్/సుగంధ హైడ్రోకార్బన్ కంటెంట్, వంట విధానం, హీటర్ రకం, తేమ శాతం, ఆక్సిజన్ సరఫరా మరియు దహన ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది (గిల్లెన్ మరియు ఇతరులు, 2000; గోమ్స్ మరియు ఇతరులు, 2013). పాలలో పాలిసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (PAHలు) వివిధ సాంద్రతలలో (0.75–2.1 mg/L) కూడా కనుగొనబడ్డాయి (గిరెల్లి మరియు ఇతరులు, 2014). ఆహారంలో ఈ PAH లు చేరడం కూడా ఆహారం యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే వాటి విష ప్రభావాలు శారీరక విధులు, జీవక్రియ కార్యకలాపాలు, శోషణ, పంపిణీ మరియు శరీర పంపిణీకి సంబంధించినవి (మెచిని మరియు ఇతరులు, 2011).
పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (PAHలు) విషపూరితం మరియు హానికరమైన ప్రభావాలు చాలా కాలంగా తెలుసు (చెర్నిగ్లియా, 1984). తక్కువ మాలిక్యులర్ బరువు పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (LMW-PAHలు) (రెండు నుండి మూడు వలయాలు) DNA, RNA మరియు ప్రోటీన్‌ల వంటి వివిధ స్థూల అణువులతో సమయోజనీయంగా బంధించగలవు మరియు క్యాన్సర్ కారకమైనవి (శాంటారెల్లి మరియు ఇతరులు, 2008). వాటి హైడ్రోఫోబిక్ స్వభావం కారణంగా, అవి లిపిడ్ పొరల ద్వారా వేరు చేయబడతాయి. మానవులలో, సైటోక్రోమ్ P450 మోనోఆక్సిజనేస్‌లు PAHలను ఎపాక్సైడ్‌లుగా ఆక్సీకరణం చేస్తాయి, వీటిలో కొన్ని అధిక రియాక్టివ్‌గా ఉంటాయి (ఉదా., బేడియోల్ ఎపాక్సైడ్) మరియు సాధారణ కణాలను ప్రాణాంతక కణాలుగా మార్చడానికి దారితీయవచ్చు (మార్స్టన్ మరియు ఇతరులు, 2001). అదనంగా, క్వినోన్‌లు, ఫినాల్స్, ఎపాక్సైడ్‌లు, డయోల్స్ మొదలైన PAHల పరివర్తన ఉత్పత్తులు మాతృ సమ్మేళనాల కంటే ఎక్కువ విషపూరితమైనవి. కొన్ని PAHలు మరియు వాటి జీవక్రియ మధ్యవర్తులు జీవక్రియలో హార్మోన్లు మరియు వివిధ ఎంజైమ్‌లను ప్రభావితం చేస్తాయి, తద్వారా పెరుగుదల, కేంద్ర నాడీ వ్యవస్థ, పునరుత్పత్తి మరియు రోగనిరోధక వ్యవస్థలను ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తాయి (శ్వేత మరియు ఫేల్, 2005; వంశీ-కృష్ణ మరియు ఇతరులు, 2006; ఊస్టింగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). తక్కువ పరమాణు బరువు గల PAHలకు స్వల్పకాలిక బహిర్గతం ఆస్తమా రోగులలో ఊపిరితిత్తుల పనితీరు మరియు థ్రాంబోసిస్‌ను దెబ్బతీస్తుందని మరియు చర్మం, ఊపిరితిత్తులు, మూత్రాశయం మరియు జీర్ణశయాంతర క్యాన్సర్‌ల ప్రమాదాన్ని పెంచుతుందని నివేదించబడింది (ఓల్సన్ మరియు ఇతరులు, 2010; డిగ్స్ మరియు ఇతరులు, 2011). PAH ఎక్స్‌పోజర్ పునరుత్పత్తి పనితీరు మరియు అభివృద్ధిపై ప్రతికూల ప్రభావాలను చూపుతుందని మరియు కంటిశుక్లం, మూత్రపిండాలు మరియు కాలేయం దెబ్బతినడం మరియు కామెర్లు కలిగిస్తుందని జంతు అధ్యయనాలు కూడా చూపించాయి. డయోల్స్, ఎపాక్సైడ్‌లు, క్వినోన్‌లు మరియు ఫ్రీ రాడికల్స్ (కేషన్‌లు) వంటి వివిధ PAH బయోట్రాన్స్ఫర్మేషన్ ఉత్పత్తులు DNA సంకలనాలను ఏర్పరుస్తాయని తేలింది. స్థిరమైన సంకలనాలు DNA ప్రతిరూపణ యంత్రాంగాన్ని మారుస్తాయని తేలింది, అయితే అస్థిర సంకలనాలు DNAను డీప్యూరినేట్ చేయగలవు (ప్రధానంగా అడెనైన్‌కు మరియు కొన్నిసార్లు గ్వానైన్‌కు); రెండూ ఉత్పరివర్తనాలకు దారితీసే లోపాలను సృష్టించగలవు (ష్వీగర్ట్ మరియు ఇతరులు 2001). అదనంగా, క్వినోన్‌లు (బెంజో-/పాన్-) రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతులను (ROS) ఉత్పత్తి చేయగలవు, DNA మరియు ఇతర స్థూల అణువులకు ప్రాణాంతక నష్టాన్ని కలిగిస్తాయి, తద్వారా కణజాల పనితీరు/సాధ్యతను ప్రభావితం చేస్తాయి (ఎవా మరియు డనుటా 2017). పైరీన్, బైఫినైల్ మరియు నాఫ్తలీన్ యొక్క తక్కువ సాంద్రతలకు దీర్ఘకాలికంగా గురికావడం వల్ల ప్రయోగాత్మక జంతువులలో క్యాన్సర్ వస్తుందని నివేదించబడింది (డిగ్స్ మరియు ఇతరులు 2012). వాటి ప్రాణాంతక విషపూరితం కారణంగా, ప్రభావిత/కలుషితమైన ప్రదేశాల నుండి ఈ PAHలను శుభ్రపరచడం/తొలగించడం ప్రాధాన్యత.
కలుషితమైన ప్రదేశాలు/వాతావరణాల నుండి PAHలను తొలగించడానికి వివిధ భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతులు ఉపయోగించబడ్డాయి. దహనం, డీక్లోరినేషన్, UV ఆక్సీకరణ, స్థిరీకరణ మరియు ద్రావణి వెలికితీత వంటి ప్రక్రియలు విషపూరిత ఉప-ఉత్పత్తుల ఏర్పాటు, ప్రక్రియ సంక్లిష్టత, భద్రత మరియు నియంత్రణ సమస్యలు, తక్కువ సామర్థ్యం మరియు అధిక వ్యయంతో సహా అనేక ప్రతికూలతలను కలిగి ఉన్నాయి. అయితే, సూక్ష్మజీవుల జీవఅధోకరణం (బయోరిమిడియేషన్ అని పిలుస్తారు) అనేది స్వచ్ఛమైన సంస్కృతులు లేదా కాలనీల రూపంలో సూక్ష్మజీవుల వాడకాన్ని కలిగి ఉన్న ఒక ఆశాజనక ప్రత్యామ్నాయ విధానం. భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతులతో పోలిస్తే, ఈ ప్రక్రియ పర్యావరణ అనుకూలమైనది, దాడి చేయనిది, ఖర్చు-సమర్థవంతమైనది మరియు స్థిరమైనది. బయోరెమిడియేషన్‌ను ప్రభావిత ప్రదేశంలో (ఇన్ సిటు) లేదా ప్రత్యేకంగా తయారుచేసిన ప్రదేశంలో (ఎక్స్ సిటు) నిర్వహించవచ్చు మరియు అందువల్ల సాంప్రదాయ భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతుల కంటే ఇది మరింత స్థిరమైన నివారణ పద్ధతిగా పరిగణించబడుతుంది (జుహాజ్ మరియు నాయుడు, 2000; ఆండ్రియోని మరియు జియాన్‌ఫ్రెడా, 2007; మేఘరాజ్ మరియు ఇతరులు, 2011; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020).
సుగంధ కాలుష్య కారకాల క్షీణతలో పాల్గొన్న సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియ దశలను అర్థం చేసుకోవడం పర్యావరణ మరియు పర్యావరణ స్థిరత్వానికి అపారమైన శాస్త్రీయ మరియు ఆర్థిక ప్రభావాలను కలిగి ఉంది. ప్రపంచవ్యాప్తంగా 2.1×1018 గ్రాముల కార్బన్ (C) అవక్షేపాలు మరియు సేంద్రీయ సమ్మేళనాలలో (అంటే, చమురు, సహజ వాయువు మరియు బొగ్గు, అంటే, శిలాజ ఇంధనాలు) నిల్వ చేయబడిందని అంచనా వేయబడింది, ఇది ప్రపంచ కార్బన్ చక్రానికి గణనీయమైన సహకారాన్ని అందిస్తుంది. అయితే, వేగవంతమైన పారిశ్రామికీకరణ, శిలాజ ఇంధన వెలికితీత మరియు మానవ కార్యకలాపాలు ఈ లిథోస్పిరిక్ కార్బన్ జలాశయాలను క్షీణింపజేస్తున్నాయి, ఏటా 5.5×1015 గ్రా సేంద్రీయ కార్బన్ (కాలుష్య కారకాలుగా) వాతావరణంలోకి విడుదల చేస్తున్నాయి (గొంజాలెజ్-గయా మరియు ఇతరులు, 2019). ఈ సేంద్రీయ కార్బన్‌లో ఎక్కువ భాగం అవక్షేపణ, రవాణా మరియు ప్రవాహం ద్వారా భూసంబంధమైన మరియు సముద్ర పర్యావరణ వ్యవస్థల్లోకి ప్రవేశిస్తుంది. అదనంగా, ప్లాస్టిక్‌లు, ప్లాస్టిసైజర్‌లు మరియు ప్లాస్టిక్ స్టెబిలైజర్‌లు (థాలేట్‌లు మరియు వాటి ఐసోమర్‌లు) వంటి శిలాజ ఇంధనాల నుండి తీసుకోబడిన కొత్త సింథటిక్ కాలుష్య కారకాలు సముద్ర, నేల మరియు జల పర్యావరణ వ్యవస్థలను మరియు వాటి బయోటాను తీవ్రంగా కలుషితం చేస్తాయి, తద్వారా ప్రపంచ వాతావరణ ప్రమాదాలను తీవ్రతరం చేస్తాయి. ఉత్తర అమెరికా మరియు ఆగ్నేయాసియా మధ్య పసిఫిక్ మహాసముద్రంలో వివిధ రకాల మైక్రోప్లాస్టిక్‌లు, నానోప్లాస్టిక్‌లు, ప్లాస్టిక్ శకలాలు మరియు పాలిథిలిన్ టెరెఫ్తాలేట్ (PET) నుండి తీసుకోబడిన వాటి విషపూరిత మోనోమర్ ఉత్పత్తులు పేరుకుపోయి, "గ్రేట్ పసిఫిక్ గార్బేజ్ ప్యాచ్"ను ఏర్పరుస్తాయి, ఇది సముద్ర జీవులకు హాని కలిగిస్తుంది (న్యూవెల్ మరియు ఇతరులు, 2020). అటువంటి కాలుష్య కారకాలను/వ్యర్థాలను ఏ భౌతిక లేదా రసాయన పద్ధతుల ద్వారా తొలగించడం సాధ్యం కాదని శాస్త్రీయ అధ్యయనాలు నిరూపించాయి. ఈ సందర్భంలో, అత్యంత ఉపయోగకరమైన సూక్ష్మజీవులు కార్బన్ డయాక్సైడ్, రసాయన శక్తి మరియు ఇతర విషరహిత ఉప-ఉత్పత్తులుగా కాలుష్య కారకాలను ఆక్సీకరణంగా జీవక్రియ చేయగల సామర్థ్యం కలిగి ఉంటాయి, ఇవి చివరికి ఇతర పోషక సైక్లింగ్ ప్రక్రియలలోకి ప్రవేశిస్తాయి (H, O, N, S, P, Fe, మొదలైనవి). అందువల్ల, సుగంధ కాలుష్య కారకాల ఖనిజీకరణ యొక్క సూక్ష్మజీవుల పర్యావరణ భౌతిక శాస్త్రాన్ని మరియు దాని పర్యావరణ నియంత్రణను అర్థం చేసుకోవడం సూక్ష్మజీవుల కార్బన్ చక్రం, నికర కార్బన్ బడ్జెట్ మరియు భవిష్యత్తు వాతావరణ ప్రమాదాలను అంచనా వేయడానికి చాలా ముఖ్యమైనది. పర్యావరణం నుండి అటువంటి సమ్మేళనాలను తొలగించాల్సిన అత్యవసర అవసరం ఉన్నందున, శుభ్రమైన సాంకేతికతలపై దృష్టి సారించిన వివిధ పర్యావరణ పరిశ్రమలు ఉద్భవించాయి. ప్రత్యామ్నాయంగా, పర్యావరణ వ్యవస్థలలో పేరుకుపోయిన పారిశ్రామిక వ్యర్థాలు/వ్యర్థ రసాయనాల విలువను పెంచడం (అంటే వ్యర్థాలను సంపదగా మార్చే విధానం) వృత్తాకార ఆర్థిక వ్యవస్థ మరియు స్థిరమైన అభివృద్ధి లక్ష్యాల స్తంభాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది (క్లోజ్ మరియు ఇతరులు, 2012). అందువల్ల, ఈ సంభావ్య క్షీణత అభ్యర్థుల జీవక్రియ, ఎంజైమాటిక్ మరియు జన్యుపరమైన అంశాలను అర్థం చేసుకోవడం అటువంటి సుగంధ కాలుష్య కారకాల ప్రభావవంతమైన తొలగింపు మరియు బయోరెమిడియేషన్‌కు అత్యంత ముఖ్యమైనది.
అనేక సుగంధ కాలుష్య కారకాలలో, నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్లు వంటి తక్కువ-పరమాణు-బరువు గల PAH లపై మేము ప్రత్యేక శ్రద్ధ చూపుతాము. ఈ సమ్మేళనాలు పెట్రోలియం-ఉత్పన్న ఇంధనాలు, వస్త్ర రంగులు, వినియోగదారు ఉత్పత్తులు, పురుగుమందులు (మాత్‌బాల్స్ మరియు కీటకాల వికర్షకాలు), ప్లాస్టిసైజర్లు మరియు టానిన్‌లలో ప్రధాన భాగాలు మరియు అందువల్ల అనేక పర్యావరణ వ్యవస్థలలో విస్తృతంగా వ్యాపించాయి (ప్రూస్ మరియు ఇతరులు, 2003). ఇటీవలి నివేదికలు జలచరాలు, భూగర్భజలాలు మరియు భూగర్భ నేలలు, వాడోస్ మండలాలు మరియు నదీ పడకలలో నాఫ్తలీన్ సాంద్రతలు పేరుకుపోవడాన్ని హైలైట్ చేస్తాయి, ఇది పర్యావరణంలో దాని బయోఅక్యుమ్యులేషన్‌ను సూచిస్తుంది (దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). టేబుల్ 2 నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాలు, అనువర్తనాలు మరియు ఆరోగ్య ప్రభావాలను సంగ్రహిస్తుంది. ఇతర అధిక-పరమాణు-బరువు గల PAHలతో పోలిస్తే, నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలు తక్కువ హైడ్రోఫోబిక్, నీటిలో కరిగేవి మరియు పర్యావరణ వ్యవస్థలలో విస్తృతంగా పంపిణీ చేయబడతాయి, కాబట్టి వాటిని తరచుగా PAHల జీవక్రియ, జన్యుశాస్త్రం మరియు జీవక్రియ వైవిధ్యాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి నమూనా ఉపరితలాలుగా ఉపయోగిస్తారు. పెద్ద సంఖ్యలో సూక్ష్మజీవులు నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలను జీవక్రియ చేయగలవు మరియు వాటి జీవక్రియ మార్గాలు, ఎంజైమ్‌లు మరియు నియంత్రణ లక్షణాలపై సమగ్ర సమాచారం అందుబాటులో ఉంది (మల్లిక్ మరియు ఇతరులు, 2011; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). అదనంగా, నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలు వాటి అధిక సమృద్ధి మరియు జీవ లభ్యత కారణంగా పర్యావరణ కాలుష్య అంచనా కోసం ప్రోటోటైప్ సమ్మేళనాలుగా నియమించబడ్డాయి. US పర్యావరణ పరిరక్షణ సంస్థ అంచనా ప్రకారం, సిగరెట్ పొగ నుండి, ప్రధానంగా అసంపూర్ణ దహనం నుండి, మరియు సైడ్‌స్ట్రీమ్ పొగ నుండి నాఫ్తలీన్ యొక్క సగటు స్థాయిలు క్యూబిక్ మీటర్‌కు 5.19 μg మరియు క్రియోసోట్ మరియు నాఫ్తలీన్‌లకు గురికావడం 100 నుండి 10,000 రెట్లు ఎక్కువ (ప్రూస్ మరియు ఇతరులు 2003). ముఖ్యంగా నాఫ్తలీన్ జాతులు, ప్రాంతాలు మరియు లింగం-నిర్దిష్ట శ్వాసకోశ విషపూరితం మరియు క్యాన్సర్ కారక లక్షణాలను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. జంతు అధ్యయనాల ఆధారంగా, ఇంటర్నేషనల్ ఏజెన్సీ ఫర్ రీసెర్చ్ ఆన్ క్యాన్సర్ (IARC) నాఫ్తలీన్‌ను "సాధ్యమైన మానవ క్యాన్సర్ కారక" (గ్రూప్ 2B)1 గా వర్గీకరించింది. ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్‌లకు గురికావడం, ప్రధానంగా పీల్చడం లేదా పేరెంటరల్ (నోటి) పరిపాలన ద్వారా, ఊపిరితిత్తుల కణజాల గాయానికి కారణమవుతుంది మరియు ఎలుకలు మరియు ఎలుకలలో ఊపిరితిత్తుల కణితుల సంభవం పెరుగుతుంది (నేషనల్ టాక్సికాలజీ ప్రోగ్రామ్ 2). తీవ్రమైన ప్రభావాలలో వికారం, వాంతులు, కడుపు నొప్పి, విరేచనాలు, తలనొప్పి, గందరగోళం, విపరీతమైన చెమట, జ్వరం, టాచీకార్డియా మొదలైనవి ఉన్నాయి. మరోవైపు, విస్తృత-స్పెక్ట్రమ్ కార్బమేట్ క్రిమిసంహారక కార్బరిల్ (1-నాఫ్తైల్ N-మిథైల్ కార్బమేట్) జల అకశేరుకాలు, ఉభయచరాలు, తేనెటీగలు మరియు మానవులకు విషపూరితమైనదని నివేదించబడింది మరియు పక్షవాతానికి కారణమయ్యే ఎసిటైల్‌కోలినెస్టరేస్‌ను నిరోధిస్తుందని చూపబడింది (స్మల్డర్స్ మరియు ఇతరులు, 2003; బులెన్ మరియు డిస్టెల్, 2011). అందువల్ల, కలుషితమైన వాతావరణాలలో బయోరెమిడియేషన్ వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయడానికి సూక్ష్మజీవుల క్షీణత, జన్యు నియంత్రణ, ఎంజైమాటిక్ మరియు సెల్యులార్ ప్రతిచర్యల విధానాలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం.
పట్టిక 2. నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల భౌతిక రసాయన లక్షణాలు, ఉపయోగాలు, గుర్తింపు పద్ధతులు మరియు సంబంధిత వ్యాధులపై వివరణాత్మక సమాచారం.
కలుషితమైన ప్రదేశాలలో, హైడ్రోఫోబిక్ మరియు లిపోఫిలిక్ సుగంధ కాలుష్య కారకాలు పర్యావరణ సూక్ష్మజీవి (సమాజం)పై వివిధ రకాల సెల్యులార్ ప్రభావాలను కలిగిస్తాయి, అవి పొర ద్రవత్వంలో మార్పులు, పొర పారగమ్యత, లిపిడ్ ద్విపొర వాపు, శక్తి బదిలీకి అంతరాయం (ఎలక్ట్రాన్ రవాణా గొలుసు/ప్రోటాన్ ప్రేరణ శక్తి) మరియు పొర-సంబంధిత ప్రోటీన్ల కార్యకలాపాలు (సిక్కెమా మరియు ఇతరులు, 1995). అదనంగా, కాటెకాల్స్ మరియు క్వినోన్‌లు వంటి కొన్ని కరిగే మధ్యవర్తులు రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతులను (ROS) ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు DNA మరియు ప్రోటీన్‌లతో అనుబంధాలను ఏర్పరుస్తాయి (పెన్నింగ్ మరియు ఇతరులు, 1999). అందువల్ల, పర్యావరణ వ్యవస్థలలో ఇటువంటి సమ్మేళనాల సమృద్ధి సూక్ష్మజీవుల సంఘాలపై ఎంపిక ఒత్తిడిని కలిగిస్తుంది, తద్వారా అవి తీసుకోవడం/రవాణా, కణాంతర పరివర్తన, సమీకరణ/వినియోగం మరియు కంపార్ట్‌మెంటలైజేషన్ వంటి వివిధ శారీరక స్థాయిలలో సమర్థవంతమైన క్షీణతకు దారితీస్తాయి.
రైబోసోమల్ డేటాబేస్ ప్రాజెక్ట్-II (RDP-II) యొక్క శోధనలో మొత్తం 926 బాక్టీరియా జాతులు నాఫ్తలీన్ లేదా దాని ఉత్పన్నాలతో కలుషితమైన మీడియా లేదా సుసంపన్న సంస్కృతుల నుండి వేరుచేయబడ్డాయని తేలింది. ప్రోటీబాక్టీరియా సమూహంలో అత్యధిక సంఖ్యలో ప్రతినిధులు ఉన్నారు (n = 755), తరువాత ఫర్మిక్యూట్స్ (52), బాక్టీరాయిడెట్స్ (43), ఆక్టినోబాక్టీరియా (39), టెనెరిక్యూట్స్ (10), మరియు వర్గీకరించని బ్యాక్టీరియా (8) (చిత్రం 2). γ-ప్రోటీబాక్టీరియా (సూడోమోనాడల్స్ మరియు క్సాంతోమోనాడల్స్) ప్రతినిధులు అధిక G+C కంటెంట్ (54%) ఉన్న అన్ని గ్రామ్-నెగటివ్ సమూహాలపై ఆధిపత్యం చెలాయించగా, క్లోస్ట్రిడియల్స్ మరియు బాసిల్లెల్స్ (30%) తక్కువ G+C కంటెంట్ కలిగిన గ్రామ్-పాజిటివ్ సమూహాలు. వివిధ కలుషిత పర్యావరణ వ్యవస్థలలో (బొగ్గు తారు, పెట్రోలియం, ముడి చమురు, బురద, చమురు చిందటాలు, మురుగునీరు, సేంద్రీయ వ్యర్థాలు మరియు పల్లపు ప్రదేశాలు) అలాగే చెక్కుచెదరకుండా ఉన్న పర్యావరణ వ్యవస్థలలో (నేల, నదులు, అవక్షేపాలు మరియు భూగర్భజలాలు) సూడోమోనాస్ (అత్యధిక సంఖ్యలో, 338 జాతులు) నాఫ్తలీన్ మరియు దాని మిథైల్ ఉత్పన్నాలను క్షీణింపజేయగలవని నివేదించబడింది (చిత్రం 2). అంతేకాకుండా, ఈ ప్రాంతాలలో కొన్నింటిపై సుసంపన్న అధ్యయనాలు మరియు మెటాజెనోమిక్ విశ్లేషణలు సంస్కృతి చేయని లెజియోనెల్లా మరియు క్లోస్ట్రిడియం జాతులు క్షీణత సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండవచ్చని వెల్లడించాయి, ఇది కొత్త మార్గాలను మరియు జీవక్రియ వైవిధ్యాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఈ బ్యాక్టీరియాను సంస్కృతి చేయవలసిన అవసరాన్ని సూచిస్తుంది.
చిత్రం 2. నాఫ్తలీన్ మరియు నాఫ్తలీన్ ఉత్పన్నాలతో కలుషితమైన వాతావరణాలలో బ్యాక్టీరియా ప్రతినిధుల వర్గీకరణ వైవిధ్యం మరియు పర్యావరణ పంపిణీ.
వివిధ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్-క్షీణించే సూక్ష్మజీవులలో, చాలా వరకు కార్బన్ మరియు శక్తి యొక్క ఏకైక వనరుగా నాఫ్తలీన్‌ను క్షీణింపజేయగలవు. నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో పాల్గొన్న సంఘటనల క్రమం సూడోమోనాస్ sp కోసం వివరించబడింది. (జాతులు: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 మరియు CSV86), సూడోమోనాస్ స్టట్జెరి AN10, సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ PC20 మరియు ఇతర జాతులు (ND6 మరియు AS1) (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994; రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996; అన్వీలర్ మరియు ఇతరులు, 2000; బసు మరియు ఇతరులు, 2003; డెన్నిస్ మరియు జైల్స్ట్రా, 2004; సోటా మరియు ఇతరులు, 2006; జీవక్రియ అనేది బహుళ-భాగాల డయాక్సిజనేస్ [నాఫ్తలీన్ డయాక్సిజనేస్ (NDO), రింగ్ హైడ్రాక్సీలేటింగ్ డయాక్సిజనేస్] ద్వారా ప్రారంభించబడుతుంది, ఇది నాఫ్తలీన్ యొక్క సుగంధ వలయాలలో ఒకదాని ఆక్సీకరణను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది, ఇది నాఫ్తలీన్‌ను సిస్-నాఫ్తలీన్డియోల్‌గా మారుస్తుంది (చిత్రం 3). సిస్-డైహైడ్రోడియోల్‌గా మార్చబడుతుంది డీహైడ్రోజినేస్ ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్. రింగ్-క్లీవింగ్ డయాక్సిజనేస్, 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్ డయాక్సిజనేస్ (12DHNDO), 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌ను 2-హైడ్రాక్సీక్రోమీన్-2-కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది. ఎంజైమాటిక్ సిస్-ట్రాన్స్ ఐసోమరైజేషన్ ట్రాన్స్-ఓ-హైడ్రాక్సీబెంజిలిడెనెపైరువేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది హైడ్రేటేస్ ఆల్డోలేస్ ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆల్డిహైడ్ మరియు పైరువేట్‌గా విభజించబడుతుంది. సేంద్రీయ ఆమ్లం పైరువేట్ అనేది నాఫ్తలీన్ కార్బన్ అస్థిపంజరం నుండి ఉద్భవించిన మొదటి C3 సమ్మేళనం మరియు కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి దర్శకత్వం వహించబడుతుంది. అదనంగా, NAD+-ఆధారిత సాలిసిలాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్ సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది. ఈ దశలో జీవక్రియను నాఫ్తలీన్ క్షీణత యొక్క "ఎగువ మార్గం" అంటారు. చాలా నాఫ్తలీన్-క్షీణించే బ్యాక్టీరియాలో ఈ మార్గం చాలా సాధారణం. అయితే, కొన్ని మినహాయింపులు ఉన్నాయి; ఉదాహరణకు, థర్మోఫిలిక్ బాసిల్లస్ హాంబర్గి 2లో, నాఫ్తలీన్ క్షీణత నాఫ్తలీన్ 2,3-డయాక్సిజనేస్ ద్వారా ప్రారంభించబడి 2,3-డయాక్సినాఫ్తలీన్ ఏర్పడుతుంది (అన్వీలర్ మరియు ఇతరులు, 2000).
చిత్రం 3. నాఫ్తలీన్, మిథైల్నాఫ్తలీన్, నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లం మరియు కార్బరిల్ క్షీణత యొక్క మార్గాలు. వృత్తాకార సంఖ్యలు నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలను తదుపరి ఉత్పత్తులుగా మార్చడానికి కారణమైన ఎంజైమ్‌లను సూచిస్తాయి. 1 — నాఫ్తలీన్ డయాక్సిజనేస్ (NDO); 2, సిస్-డైహైడ్రోడియోల్ డీహైడ్రోజినేస్; 3, 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్ డయాక్సిజనేస్; 4, 2-హైడ్రాక్సీక్రోమీన్-2-కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లం ఐసోమెరేస్; 5, ట్రాన్స్-O-హైడ్రాక్సీబెంజిలిడెనెపైరువేట్ హైడ్రేటేస్ ఆల్డోలేస్; 6, సాలిసైలాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 7, సాలిసైలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్; 8, కాటెకాల్ 2,3-డయాక్సిజనేస్ (C23DO); 9, 2-హైడ్రాక్సీముకోనేట్ సెమియాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 10, 2-ఆక్సోపెంట్-4-ఎనోయేట్ హైడ్రేటేస్; 11, 4-హైడ్రాక్సీ-2-ఆక్సోపెంటానోయేట్ ఆల్డోలేస్; 12, అసిటాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 13, కాటెకాల్-1,2-డయాక్సిజనేస్ (C12DO); 14, మ్యూకోనేట్ సైక్లోయిసోమెరేస్; 15, మ్యూకోనోలాక్టోన్ డెల్టా-ఐసోమెరేస్; 16, β-కీటోఅడిపటెనోలాక్టోన్ హైడ్రోలేస్; 17, β-కీటోఅడిపేట్ సక్సినైల్-CoA ట్రాన్స్‌ఫేరేస్; 18, β-కీటోఅడిపేట్-CoA థియోలేస్; 19, సక్సినైల్-CoA: ఎసిటైల్-CoA సక్సినైల్‌ట్రాన్స్‌ఫేరేస్; 20, సాలిసైలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్; 21 – జెంటిసేట్ 1,2-డయాక్సిజనేస్ (GDO); 22, మాలేల్పైరువేట్ ఐసోమెరేస్; 23, ఫ్యూమరైల్పైరువేట్ హైడ్రోలేస్; 24, మిథైల్‌నాఫ్తలీన్ హైడ్రాక్సిలేస్ (NDO); 25, హైడ్రాక్సీమీథైల్‌నాఫ్తలీన్ డీహైడ్రోజినేస్; 26, నాఫ్తాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 27, 3-ఫార్మిల్‌సాలిసిలిక్ యాసిడ్ ఆక్సిడేస్; 28, హైడ్రాక్సీఐసోఫ్తలేట్ డెకార్బాక్సిలేస్; 29, కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ (CH); 30, 1-నాఫ్తలీన్-2-హైడ్రాక్సిలేస్.
జీవి మరియు దాని జన్యు నిర్మాణంపై ఆధారపడి, ఫలితంగా వచ్చే సాలిసిలిక్ ఆమ్లం సాలిసిలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్ (S1H) ఉపయోగించి కాటెకాల్ మార్గం ద్వారా లేదా సాలిసిలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ (S5H) ఉపయోగించి జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా మరింత జీవక్రియ చేయబడుతుంది (చిత్రం 3). నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో (ఎగువ మార్గం) సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ప్రధాన ఇంటర్మీడియట్ కాబట్టి, సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నుండి TCA ఇంటర్మీడియట్ వరకు దశలను తరచుగా దిగువ మార్గంగా సూచిస్తారు మరియు జన్యువులు ఒకే ఒపెరాన్‌గా నిర్వహించబడతాయి. ఎగువ మార్గం ఒపెరాన్ (నాహ్) మరియు దిగువ మార్గం ఒపెరాన్ (సాల్) లోని జన్యువులు సాధారణ నియంత్రణ కారకాల ద్వారా నియంత్రించబడటం సాధారణం; ఉదాహరణకు, NahR మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి, ఇవి ఒపెరాన్లు రెండూ నాఫ్తలీన్‌ను పూర్తిగా జీవక్రియ చేయడానికి అనుమతిస్తాయి (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019, 2020).
అదనంగా, కాటెకాల్ 2,3-డయాక్సిజనేస్ (C23DO) (యెన్ మరియు ఇతరులు, 1988) ద్వారా మెటా పాత్‌వే ద్వారా చక్రీయంగా 2-హైడ్రాక్సీముకోనేట్ సెమియాల్డిహైడ్‌గా విభజించబడుతుంది మరియు 2-హైడ్రాక్సీముకోనేట్ సెమియాల్డిహైడ్ హైడ్రోలేస్ ద్వారా మరింత హైడ్రోలైజ్ చేయబడి 2-హైడ్రాక్సీపెంట్-2,4-డైనోయిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. 2-హైడ్రాక్సీపెంట్-2,4-డైనోయేట్ తరువాత హైడ్రేటేస్ (2-ఆక్సోపెంట్-4-ఎనోయేట్ హైడ్రేటేస్) మరియు ఆల్డోలేస్ (4-హైడ్రాక్సీ-2-ఆక్సోపెంటానోయేట్ ఆల్డోలేస్) ద్వారా పైరువేట్ మరియు ఎసిటాల్డిహైడ్‌గా మార్చబడుతుంది మరియు తరువాత కేంద్ర కార్బన్ పాత్‌వేలోకి ప్రవేశిస్తుంది (చిత్రం 3). ప్రత్యామ్నాయంగా, కాటెకాల్ 1,2-ఆక్సిజనేస్ (C12DO) ద్వారా ఆర్థో పాత్‌వే ద్వారా సిస్, సిస్-ముకోనేట్‌గా చక్రీయంగా విభజించబడుతుంది. మ్యూకోనేట్ సైక్లోయిసోమెరేస్, మ్యూకోనోలాక్టోన్ ఐసోమెరేస్ మరియు β-కీటోఅడిపేట్-నోలాక్టోన్ హైడ్రోలేస్ సిస్, సిస్-మ్యూకోనేట్‌ను 3-ఆక్సోఅడిపేట్‌గా మారుస్తాయి, ఇది సక్సినైల్-CoA మరియు ఎసిటైల్-CoA ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (నోజాకి మరియు ఇతరులు, 1968) (చిత్రం 3).
జెంటిసేట్ (2,5-డైహైడ్రాక్సీబెంజోయేట్) మార్గంలో, సుగంధ వలయాన్ని జెంటిసేట్ 1,2-డయాక్సిజనేస్ (GDO) ద్వారా చీల్చి మాలేల్పైరువేట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ ఉత్పత్తిని నేరుగా పైరువేట్ మరియు మాలేట్‌గా హైడ్రోలైజ్ చేయవచ్చు లేదా ఐసోమరైజ్ చేసి ఫ్యూమరైల్పైరువేట్‌ను ఏర్పరచవచ్చు, తరువాత దీనిని పైరువేట్ మరియు ఫ్యూమరేట్‌గా హైడ్రోలైజ్ చేయవచ్చు (లార్కిన్ మరియు డే, 1986). జీవరసాయన మరియు జన్యు స్థాయిలలో గ్రామ్-నెగటివ్ మరియు గ్రామ్-పాజిటివ్ బ్యాక్టీరియా రెండింటిలోనూ ప్రత్యామ్నాయ మార్గం యొక్క ఎంపిక గమనించబడింది (మోరావ్స్కీ మరియు ఇతరులు, 1997; వైట్ మరియు ఇతరులు, 1997). గ్రామ్-నెగటివ్ బ్యాక్టీరియా (సూడోమోనాస్) సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని ఉపయోగించడానికి ఇష్టపడుతుంది, ఇది నాఫ్తలీన్ జీవక్రియ యొక్క ప్రేరేపకం, సాలిసైలేట్ 1-హైడ్రాక్సీలేస్ (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984) ఉపయోగించి కాటెకోల్‌కు డీకార్బాక్సిలేట్ చేస్తుంది. మరోవైపు, గ్రామ్-పాజిటివ్ బ్యాక్టీరియా (రోడోకాకస్)లో, సాలిసిలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది, అయితే సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నాఫ్తలీన్ జన్యువుల లిప్యంతరీకరణపై ఎటువంటి ప్రేరక ప్రభావాన్ని చూపదు (గ్రండ్ మరియు ఇతరులు, 1992) (మూర్తి 3).
సూడోమోనాస్ CSV86, ఓషనోబాక్టీరియం NCE312, మారిన్హోమోనాస్ నాఫ్థోట్రోఫికస్, స్పింగోమోనాస్ పాసిమోబిలిస్ 2322, విబ్రియో సైక్లోట్రోఫస్, సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ LP6a, సూడోమోనాస్ మరియు మైకోబాక్టీరియం జాతులు మోనోమెథైల్నాఫ్తలీన్ లేదా డైమెథైల్నాఫ్తలీన్‌ను క్షీణింపజేస్తాయని నివేదించబడింది (డీన్-రేమండ్ మరియు బార్తా, 1975; కేన్ మరియు విలియమ్స్, 1982; మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994; దత్తా మరియు ఇతరులు, 1998; హెడ్లండ్ మరియు ఇతరులు., 1999). వాటిలో, సూడోమోనాస్ sp. CSV86 యొక్క 1-మిథైల్నాఫ్తలీన్ మరియు 2-మిథైల్నాఫ్తలీన్ క్షీణత మార్గాన్ని జీవరసాయన మరియు ఎంజైమాటిక్ స్థాయిలలో స్పష్టంగా అధ్యయనం చేశారు (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994). 1-మిథైల్నాఫ్తలీన్ రెండు మార్గాల ద్వారా జీవక్రియ చేయబడుతుంది. మొదట, సుగంధ వలయం హైడ్రాక్సిలేటెడ్ (మిథైల్నాఫ్తలీన్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయం కాని వలయం) ద్వారా సిస్-1,2-డైహైడ్రాక్సీ-1,2-డైహైడ్రో-8-మిథైల్నాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది మిథైల్ సాలిసైలేట్ మరియు మిథైల్‌కాటెకాల్‌గా మరింత ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు తరువాత రింగ్ క్లీవేజ్ తర్వాత కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (చిత్రం 3). ఈ మార్గాన్ని "కార్బన్ సోర్స్ పాత్వే" అంటారు. రెండవ "డిటాక్సిఫికేషన్ పాత్వే"లో, మిథైల్ సమూహాన్ని NDO ద్వారా హైడ్రాక్సిలేట్ చేసి 1-హైడ్రాక్సీమీథైల్నాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది 1-నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లంగా మరింత ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు డెడ్-ఎండ్ ఉత్పత్తిగా కల్చర్ మాధ్యమంలోకి విసర్జించబడుతుంది. స్ట్రెయిన్ CSV86 ఏకైక కార్బన్ మరియు శక్తి వనరుగా 1- మరియు 2-నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లంపై పెరగలేకపోతుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994; బసు మరియు ఇతరులు, 2003). 2-మిథైల్నాఫ్తలీన్‌లో, మిథైల్ సమూహం హైడ్రాక్సిలేస్ ద్వారా హైడ్రాక్సిలేషన్‌కు గురై 2-హైడ్రాక్సీమీథైల్నాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అదనంగా, నాఫ్తలీన్ రింగ్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయం కాని రింగ్ రింగ్ హైడ్రాక్సిలేషన్‌కు గురై డైహైడ్రోడియోల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది ఎంజైమ్-ఉత్ప్రేరక ప్రతిచర్యల శ్రేణిలో 4-హైడ్రాక్సీమీథైల్‌కాటెకాల్‌గా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు మెటా-రింగ్ క్లీవేజ్ పాత్వే ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది. అదేవిధంగా, S. పాసిమోబిలిస్ 2322 NDO ను 2-మిథైల్నాఫ్తలీన్‌ను హైడ్రాక్సిలేట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తుందని నివేదించబడింది, ఇది మిథైల్ సాలిసైలేట్ మరియు మిథైల్‌కాటెకాల్‌ను ఏర్పరచడానికి మరింత ఆక్సీకరణం చెందుతుంది (దత్తా మరియు ఇతరులు, 1998).
నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లాలు (ప్రత్యామ్నాయ/ప్రత్యామ్నాయ) అనేవి మిథైల్నాఫ్తలీన్, ఫినాంత్రేన్ మరియు ఆంత్రాసిన్ యొక్క క్షీణత సమయంలో ఏర్పడిన నిర్విషీకరణ/బయోట్రాన్స్ఫర్మేషన్ ఉప-ఉత్పత్తులు మరియు ఖర్చు చేసిన సంస్కృతి మాధ్యమంలోకి విడుదల చేయబడతాయి. మట్టి ఐసోలేట్ స్టెనోట్రోఫోమోనాస్ మాల్టోఫిలియా CSV89 కార్బన్ మూలంగా 1-నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లాన్ని జీవక్రియ చేయగలదని నివేదించబడింది (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 1995). జీవక్రియ సుగంధ వలయం యొక్క డైహైడ్రాక్సిలేషన్‌తో ప్రారంభమవుతుంది, 1,2-డైహైడ్రాక్సీ-8-కార్బాక్సినాఫ్తలీన్ ఏర్పడుతుంది. ఫలితంగా వచ్చే డయోల్ 2-హైడ్రాక్సీ-3-కార్బాక్సిబెంజిలిడెనెపైరువేట్, 3-ఫార్మిల్సాలిసిలిక్ ఆమ్లం, 2-హైడ్రాక్సీఐసోఫ్తాలిక్ ఆమ్లం మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ద్వారా కాటెకాల్‌కు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు మెటా-రింగ్ క్లీవేజ్ మార్గం ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (మూర్తి 3).
కార్బరిల్ ఒక నాఫ్థైల్ కార్బమేట్ పురుగుమందు. 1970లలో భారతదేశంలో హరిత విప్లవం నుండి, రసాయన ఎరువులు మరియు పురుగుమందుల వాడకం వ్యవసాయ నాన్-పాయింట్ సోర్సెస్ నుండి పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్ (PAH) ఉద్గారాల పెరుగుదలకు దారితీసింది (పింగలి, 2012; దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2020). భారతదేశంలోని మొత్తం పంట భూమిలో 55% (85,722,000 హెక్టార్లు) రసాయన పురుగుమందులతో చికిత్స చేయబడుతుందని అంచనా. గత ఐదు సంవత్సరాలలో (2015–2020), భారత వ్యవసాయ రంగం ఏటా సగటున 55,000 నుండి 60,000 టన్నుల పురుగుమందులను ఉపయోగించింది (సహకార మరియు రైతు సంక్షేమ శాఖ, వ్యవసాయ మంత్రిత్వ శాఖ, భారత ప్రభుత్వం, ఆగస్టు 2020). ఉత్తర మరియు మధ్య గంగా మైదానాలలో (అత్యధిక జనాభా మరియు జనాభా సాంద్రత కలిగిన రాష్ట్రాలు), పంటలపై పురుగుమందుల వాడకం విస్తృతంగా ఉంది, పురుగుమందులు ప్రధానంగా ఉన్నాయి. కార్బరిల్ (1-నాఫ్థైల్-ఎన్-మిథైల్కార్బమేట్) అనేది విస్తృత-స్పెక్ట్రం కలిగిన, మధ్యస్థం నుండి అధిక విషపూరితమైన కార్బమేట్ పురుగుమందు, దీనిని భారతీయ వ్యవసాయంలో సగటున 100–110 టన్నుల రేటుతో ఉపయోగిస్తారు. దీనిని సాధారణంగా సెవిన్ అనే వాణిజ్య పేరుతో విక్రయిస్తారు మరియు వివిధ రకాల పంటలను (మొక్కజొన్న, సోయాబీన్, పత్తి, పండ్లు మరియు కూరగాయలు) ప్రభావితం చేసే కీటకాలను (అఫిడ్స్, ఫైర్ చీమలు, ఈగలు, పురుగులు, సాలెపురుగులు మరియు అనేక ఇతర బహిరంగ తెగుళ్లు) నియంత్రించడానికి ఉపయోగిస్తారు. సూడోమోనాస్ (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, సూడోమోనాస్ పుటిడా XWY-1), రోడోకోకస్ (NCIB 12038), స్పింగోబాక్టీరియం spp. (CF06), బర్ఖోల్డెరియా (C3), మైక్రోకోకస్ మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్ వంటి కొన్ని సూక్ష్మజీవులను ఇతర తెగుళ్లను నియంత్రించడానికి కూడా ఉపయోగించవచ్చు. RC100 కార్బరిల్‌ను క్షీణింపజేస్తుందని నివేదించబడింది (లార్కిన్ మరియు డే, 1986; చాపలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991; హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 1999; శ్వేత మరియు ఫేల్, 2005; త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2017). సూడోమోనాస్ sp. C4, C5 మరియు C6 (శ్వేత మరియు ఫేల్, 2005; త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016) యొక్క నేల ఐసోలేట్లలో జీవరసాయన, ఎంజైమాటిక్ మరియు జన్యు స్థాయిలలో కార్బరిల్ యొక్క క్షీణత మార్గాన్ని విస్తృతంగా అధ్యయనం చేశారు (చిత్రం 3). జీవక్రియ మార్గం కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ (CH) ద్వారా ఈస్టర్ బంధం యొక్క జలవిశ్లేషణతో ప్రారంభమవుతుంది, తద్వారా 1-నాఫ్థాల్, మిథైలమైన్ మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్ ఏర్పడుతుంది. తరువాత 1-నాఫ్థాల్‌ను 1-నాఫ్థాల్ హైడ్రాక్సిలేస్ (1-NH) ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్‌గా మారుస్తారు, ఇది సాలిసైలేట్ మరియు జెంటిసేట్ ద్వారా సెంట్రల్ కార్బన్ మార్గం ద్వారా మరింత జీవక్రియ చేయబడుతుంది. కొన్ని కార్బరిల్-క్షీణించే బ్యాక్టీరియా కాటెకాల్ ఆర్థో రింగ్ యొక్క చీలిక ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా జీవక్రియ చేయబడుతుందని నివేదించబడింది (లార్కిన్ మరియు డే, 1986; చాపలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991). ముఖ్యంగా, నాఫ్థలీన్-క్షీణించే బ్యాక్టీరియా ప్రధానంగా కాటెకాల్ ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జీవక్రియ చేస్తుంది, అయితే కార్బరిల్-క్షీణించే బ్యాక్టీరియా జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జీవక్రియ చేయడానికి ఇష్టపడుతుంది.
నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం/డైసల్ఫోనిక్ ఆమ్లం మరియు నాఫ్థైలమైన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల ఉత్పన్నాలను అజో రంగులు, చెమ్మగిల్లించే ఏజెంట్లు, చెదరగొట్టేవి మొదలైన వాటి ఉత్పత్తిలో మధ్యవర్తులుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ సమ్మేళనాలు మానవులకు తక్కువ విషపూరితతను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, సైటోటాక్సిసిటీ అంచనాలు అవి చేపలు, డాఫ్నియా మరియు ఆల్గేలకు ప్రాణాంతకమని చూపించాయి (గ్రీమ్ మరియు ఇతరులు, 1994). సూడోమోనాస్ (జాతులు A3, C22) జాతి ప్రతినిధులు సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల సమూహాన్ని కలిగి ఉన్న సుగంధ వలయాన్ని డబుల్ హైడ్రాక్సిలేషన్ ద్వారా జీవక్రియను ప్రారంభించి డైహైడ్రోడియోల్‌ను ఏర్పరుస్తారని నివేదించబడింది, ఇది సల్ఫైట్ సమూహం యొక్క ఆకస్మిక చీలిక ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్‌గా మార్చబడుతుంది (బ్రిలాన్ మరియు ఇతరులు, 1981). ఫలితంగా వచ్చే 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్ క్లాసికల్ నాఫ్తలీన్ మార్గం ద్వారా ఉత్ప్రేరకమవుతుంది, అంటే, కాటెకాల్ లేదా జెంటిసేట్ మార్గం (చిత్రం 4). అమినోనాఫ్తలీన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం మరియు హైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం మిశ్రమ బాక్టీరియల్ కన్సార్టియా ద్వారా పరిపూరక క్యాటాబోలిక్ మార్గాలతో పూర్తిగా అధోకరణం చెందుతాయని చూపబడింది (నార్టెమాన్ మరియు ఇతరులు, 1986). కన్సార్టియంలోని ఒక సభ్యుడు 1,2-డయాక్సిజనేషన్ ద్వారా అమినోనాఫ్తలీన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం లేదా హైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్ సల్ఫోనిక్ ఆమ్లాన్ని డీసల్ఫరైజ్ చేస్తుందని చూపబడింది, అయితే అమినోసాలిసైలేట్ లేదా హైడ్రాక్సీసాలిసైలేట్ కల్చర్ మాధ్యమంలోకి డెడ్-ఎండ్ మెటాబోలైట్‌గా విడుదల చేయబడుతుంది మరియు తరువాత కన్సార్టియంలోని ఇతర సభ్యులు దీనిని తీసుకుంటారు. నాఫ్తలీన్ ఇసల్ఫోనిక్ ఆమ్లం సాపేక్షంగా ధ్రువణమైనది కానీ పేలవంగా జీవఅధోకరణం చెందుతుంది మరియు అందువల్ల వివిధ మార్గాల ద్వారా జీవక్రియ చేయబడుతుంది. సుగంధ రింగ్ మరియు సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల సమూహం యొక్క రెజియోసెలెక్టివ్ డైహైడ్రాక్సిలేషన్ సమయంలో మొదటి డీసల్ఫరైజేషన్ జరుగుతుంది; రెండవ డీసల్ఫరైజేషన్ 5-సల్ఫోసాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని సాలిసిలిక్ ఆమ్లం 5-హైడ్రాక్సిలేస్ ద్వారా హైడ్రాక్సిలేషన్ చేసినప్పుడు జరుగుతుంది, ఇది జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (బ్రిలాన్ మరియు ఇతరులు, 1981) (చిత్రం 4). నాఫ్తలీన్ క్షీణతకు కారణమైన ఎంజైమ్‌లు నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనేట్ జీవక్రియకు కూడా కారణమవుతాయి (బ్రిలాన్ మరియు ఇతరులు, 1981; కెక్ మరియు ఇతరులు, 2006).
చిత్రం 4. నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనేట్ క్షీణతకు జీవక్రియ మార్గాలు. వృత్తాల లోపల ఉన్న సంఖ్యలు నాఫ్థైల్ సల్ఫోనేట్ జీవక్రియకు కారణమైన ఎంజైమ్‌లను సూచిస్తాయి, ఇవి చిత్రం 3 లో వివరించిన ఎంజైమ్‌లకు సమానంగా ఉంటాయి.
తక్కువ పరమాణు బరువు PAHలు (LMW-PAHలు) తగ్గించదగినవి, హైడ్రోఫోబిక్ మరియు పేలవంగా కరిగేవి, అందువల్ల సహజ విచ్ఛిన్నం/క్షీణతకు గురికావు. అయితే, ఏరోబిక్ సూక్ష్మజీవులు పరమాణు ఆక్సిజన్ (O2) ను గ్రహించడం ద్వారా దానిని ఆక్సీకరణం చేయగలవు. ఈ ఎంజైమ్‌లు ప్రధానంగా ఆక్సిడోరిడక్టేజ్‌ల తరగతికి చెందినవి మరియు సుగంధ రింగ్ హైడ్రాక్సిలేషన్ (మోనో- లేదా డైహైడ్రాక్సిలేషన్), డీహైడ్రోజనేషన్ మరియు సుగంధ రింగ్ క్లీవేజ్ వంటి వివిధ ప్రతిచర్యలను నిర్వహించగలవు. ఈ ప్రతిచర్యల నుండి పొందిన ఉత్పత్తులు అధిక ఆక్సీకరణ స్థితిలో ఉంటాయి మరియు కేంద్ర కార్బన్ మార్గం ద్వారా మరింత సులభంగా జీవక్రియ చేయబడతాయి (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020). క్షీణత మార్గంలోని ఎంజైమ్‌లు ప్రేరేపించబడవని నివేదించబడింది. గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాలు వంటి సాధారణ కార్బన్ వనరులపై కణాలు పెరిగినప్పుడు ఈ ఎంజైమ్‌ల కార్యాచరణ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది లేదా అతితక్కువగా ఉంటుంది. నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల జీవక్రియలో పాల్గొన్న వివిధ ఎంజైమ్‌లను (ఆక్సిజనేస్‌లు, హైడ్రోలేస్‌లు, డీహైడ్రోజినేస్‌లు, ఆక్సిడేస్‌లు మొదలైనవి) పట్టిక 3 సంగ్రహిస్తుంది.
పట్టిక 3. నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల క్షీణతకు కారణమైన ఎంజైమ్‌ల జీవరసాయన లక్షణాలు.
రేడియో ఐసోటోప్ అధ్యయనాలు (18O2) ఆక్సిజనేస్‌ల ద్వారా సుగంధ వలయాలలో పరమాణు O2 ను చేర్చడం అనేది ఒక సమ్మేళనం యొక్క మరింత జీవఅధోకరణాన్ని సక్రియం చేయడంలో అత్యంత ముఖ్యమైన దశ అని చూపించాయి (హయాయిషి మరియు ఇతరులు, 1955; మాసన్ మరియు ఇతరులు, 1955). పరమాణు ఆక్సిజన్ (O2) నుండి ఒక ఆక్సిజన్ అణువు (O) ను ఉపరితలంలోకి చేర్చడం ఎండోజెనస్ లేదా ఎక్సోజనస్ మోనోఆక్సిజనేస్‌ల (హైడ్రాక్సిలేస్‌లు అని కూడా పిలుస్తారు) ద్వారా ప్రారంభించబడుతుంది. మరొక ఆక్సిజన్ అణువు నీటిగా తగ్గించబడుతుంది. ఎక్సోజనస్ మోనోఆక్సిజనేస్‌లు NADH లేదా NADPH తో ఫ్లేవిన్‌ను తగ్గిస్తాయి, అయితే ఎండోమోనోఆక్సిజనేస్‌లలో ఫ్లేవిన్ ఉపరితలం ద్వారా తగ్గించబడుతుంది. హైడ్రాక్సిలేషన్ యొక్క స్థానం ఉత్పత్తి నిర్మాణంలో వైవిధ్యానికి దారితీస్తుంది. ఉదాహరణకు, సాలిసైలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్ హైడ్రాక్సిలేట్‌లను C1 స్థానంలో సాలిసిలిక్ ఆమ్లం చేసి, కాటెకాల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. మరోవైపు, మల్టీకంపొనెంట్ సాలిసైలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ (రిడక్టేజ్, ఫెర్రడాక్సిన్ మరియు ఆక్సిజనేస్ సబ్యూనిట్‌లను కలిగి ఉంటుంది) C5 స్థానంలో సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని హైడ్రాక్సిలేట్ చేస్తుంది, ఇది జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది (యమమోటో మరియు ఇతరులు, 1965).
డయాక్సిజనేస్‌లు రెండు O2 అణువులను ఉపరితలంలోకి కలుపుతాయి. ఏర్పడిన ఉత్పత్తులను బట్టి, అవి రింగ్ హైడ్రాక్సీలేటింగ్ డయాక్సిజనేస్‌లు మరియు రింగ్ క్లీవింగ్ డయాక్సిజనేస్‌లుగా విభజించబడ్డాయి. రింగ్ హైడ్రాక్సీలేటింగ్ డయాక్సిజనేస్‌లు సుగంధ ఉపరితలాలను సిస్-డైహైడ్రోడియోల్స్‌గా (ఉదా., నాఫ్తలీన్) మారుస్తాయి మరియు బ్యాక్టీరియాలో విస్తృతంగా వ్యాపించాయి. ఈ రోజు వరకు, రింగ్ హైడ్రాక్సీలేటింగ్ డయాక్సిజనేస్‌లను కలిగి ఉన్న జీవులు వివిధ సుగంధ కార్బన్ వనరులపై పెరిగే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని చూపబడింది మరియు ఈ ఎంజైమ్‌లను NDO (నాఫ్తలీన్), టోలున్ డయాక్సిజనేస్ (TDO, టోలున్) మరియు బైఫినైల్ డయాక్సిజనేస్ (BPDO, బైఫినైల్)గా వర్గీకరించారు. NDO మరియు BPDO రెండూ వివిధ పాలీసైక్లిక్ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల (టోలున్, నైట్రోటోలున్, జిలీన్, ఇథైల్‌బెంజీన్, నాఫ్తలీన్, బైఫినైల్, ఫ్లోరిన్, ఇండోల్, మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, నాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనేట్, ఫినాంథ్రీన్, ఆంత్రాసిన్, అసిటోఫెనోన్, మొదలైనవి) డబుల్ ఆక్సీకరణ మరియు సైడ్ చైన్ హైడ్రాక్సిలేషన్‌ను ఉత్ప్రేరకపరచగలవు (బాయ్డ్ మరియు షెల్డ్రేక్, 1998; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020). NDO అనేది ఆక్సిడోరెడక్టేస్, ఫెర్రడాక్సిన్ మరియు క్రియాశీల సైట్-కలిగిన ఆక్సిజనేస్ భాగాన్ని కలిగి ఉన్న బహుళ-భాగాల వ్యవస్థ (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984; రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996). NDO యొక్క ఉత్ప్రేరక యూనిట్ α3β3 కాన్ఫిగరేషన్‌లో అమర్చబడిన పెద్ద α సబ్యూనిట్ మరియు చిన్న β సబ్యూనిట్‌ను కలిగి ఉంటుంది. NDO ఆక్సిజనేస్‌ల యొక్క పెద్ద కుటుంబానికి చెందినది మరియు దాని α-సబ్యూనిట్‌లో రైస్కే సైట్ [2Fe-2S] మరియు మోనోన్యూక్లియర్ నాన్-హీమ్ ఐరన్ ఉంటాయి, ఇది NDO యొక్క ఉపరితల విశిష్టతను నిర్ణయిస్తుంది (పారల్స్ మరియు ఇతరులు, 1998). సాధారణంగా, ఒక ఉత్ప్రేరక చక్రంలో, పిరిడిన్ న్యూక్లియోటైడ్ తగ్గింపు నుండి రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు రిడక్టేజ్, ఫెర్రడాక్సిన్ మరియు రైస్కే సైట్ ద్వారా క్రియాశీల సైట్‌లోని Fe(II) అయాన్‌కు బదిలీ చేయబడతాయి. తగ్గించే సమానమైనవి పరమాణు ఆక్సిజన్‌ను సక్రియం చేస్తాయి, ఇది ఉపరితల డైహైడ్రాక్సిలేషన్‌కు అవసరం (ఫెరారో మరియు ఇతరులు, 2005). ఈ రోజు వరకు, కొన్ని NDOలు మాత్రమే శుద్ధి చేయబడ్డాయి మరియు వివిధ జాతుల నుండి వివరంగా వర్గీకరించబడ్డాయి మరియు నాఫ్తలీన్ క్షీణతలో పాల్గొన్న మార్గాల జన్యు నియంత్రణను వివరంగా అధ్యయనం చేశారు (రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996; పారల్స్ మరియు ఇతరులు, 1998; కార్ల్సన్ మరియు ఇతరులు, 2003). రింగ్-క్లీవింగ్ డయాక్సిజనేస్‌లు (ఎండో- లేదా ఆర్థో-రింగ్-క్లీవింగ్ ఎంజైమ్‌లు మరియు ఎక్సోడియోల్- లేదా మెటా-రింగ్-క్లీవింగ్ ఎంజైమ్‌లు) హైడ్రాక్సిలేటెడ్ సుగంధ సమ్మేళనాలపై పనిచేస్తాయి. ఉదాహరణకు, ఆర్థో-రింగ్-క్లీవింగ్ డయాక్సిజనేస్ కాటెకాల్-1,2-డయాక్సిజనేస్, అయితే మెటా-రింగ్-క్లీవింగ్ డయాక్సిజనేస్ కాటెకాల్-2,3-డయాక్సిజనేస్ (కోజిమా మరియు ఇతరులు, 1961; నోజాకి మరియు ఇతరులు, 1968). వివిధ ఆక్సిజనేస్‌లతో పాటు, సుగంధ డైహైడ్రోడయోల్స్, ఆల్కహాల్‌లు మరియు ఆల్డిహైడ్‌ల డీహైడ్రోజనేషన్‌కు మరియు ఎలక్ట్రాన్ అంగీకారకాలుగా NAD+/NADP+ని ఉపయోగించడం కోసం బాధ్యత వహించే వివిధ డీహైడ్రోజినేస్‌లు కూడా ఉన్నాయి, ఇవి జీవక్రియలో పాల్గొనే కొన్ని ముఖ్యమైన ఎంజైమ్‌లు (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984; షా మరియు హరాయమా, 1990; ఫాహ్లే మరియు ఇతరులు, 2020).
హైడ్రోలేసెస్ (ఎస్టరేసెస్, అమిడేసెస్) వంటి ఎంజైమ్‌లు సమయోజనీయ బంధాలను విడదీయడానికి నీటిని ఉపయోగించే మరియు విస్తృత ఉపరితల విశిష్టతను ప్రదర్శించే ఎంజైమ్‌ల యొక్క రెండవ ముఖ్యమైన తరగతి. కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ మరియు ఇతర హైడ్రోలేస్‌లను గ్రామ్-నెగటివ్ బ్యాక్టీరియా సభ్యులలో పెరిప్లాజం (ట్రాన్స్‌మెంబ్రేన్) యొక్క భాగాలుగా పరిగణిస్తారు (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). కార్బరిల్ అమైడ్ మరియు ఈస్టర్ లింకేజ్ రెండింటినీ కలిగి ఉంటుంది; అందువల్ల, దీనిని ఎస్టరేస్ లేదా అమిడేస్ ద్వారా హైడ్రోలైజ్ చేసి 1-నాఫ్థాల్‌ను ఏర్పరచవచ్చు. రైజోబియం రైజోబియం స్ట్రెయిన్ AC10023లో కార్బరిల్ మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్ స్ట్రెయిన్ RC100 వరుసగా ఎస్టరేస్ మరియు అమిడేస్‌గా పనిచేస్తాయని నివేదించబడింది. ఆర్థ్రోబాక్టర్ స్ట్రెయిన్ RC100లో కార్బరిల్ కూడా అమిడేస్‌గా పనిచేస్తుంది. RC100 కార్బరిల్, మెథోమైల్, మెఫెనామిక్ యాసిడ్ మరియు XMC వంటి నాలుగు N-మిథైల్ కార్బమేట్ తరగతి పురుగుమందులను హైడ్రోలైజ్ చేస్తుందని చూపబడింది (హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 2001). సూడోమోనాస్ sp. C5pp లోని CH కార్బరిల్ (100% కార్యాచరణ) మరియు 1-నాఫ్థైల్ అసిటేట్ (36% కార్యాచరణ) పై పనిచేయగలదని నివేదించబడింది, కానీ 1-నాఫ్థైలాసెటమైడ్ పై పనిచేయదు, ఇది ఎస్టెరేస్ అని సూచిస్తుంది (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016).
జీవరసాయన అధ్యయనాలు, ఎంజైమ్ నియంత్రణ నమూనాలు మరియు జన్యు విశ్లేషణలు నాఫ్తలీన్ క్షీణత జన్యువులు రెండు ప్రేరేపించదగిన నియంత్రణ యూనిట్లు లేదా "ఒపెరాన్లు" కలిగి ఉన్నాయని చూపించాయి: నాహ్ ("అప్‌స్ట్రీమ్ మార్గం", నాఫ్తలీన్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది) మరియు సాల్ ("డౌన్‌స్ట్రీమ్ మార్గం", సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని కాటెకాల్ ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంగా మారుస్తుంది). సాలిసిలిక్ ఆమ్లం మరియు దాని అనలాగ్‌లు ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి (షంసుజ్జామన్ మరియు బార్న్స్లీ, 1974). గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాల సమక్షంలో, ఒపెరాన్ అణచివేయబడుతుంది. చిత్రం 5 నాఫ్తలీన్ క్షీణత యొక్క పూర్తి జన్యు సంస్థను చూపిస్తుంది (ఒపెరాన్ రూపంలో). నాహ్ జన్యువు (ndo/pah/dox) యొక్క అనేక పేరున్న వైవిధ్యాలు/రూపాలు వివరించబడ్డాయి మరియు అన్ని సూడోమోనాస్ జాతులలో అధిక శ్రేణి హోమోలజీ (90%) కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (అబ్బాసియన్ మరియు ఇతరులు, 2016). నాఫ్తలీన్ అప్‌స్ట్రీమ్ మార్గం యొక్క జన్యువులు సాధారణంగా చిత్రం 5Aలో చూపిన విధంగా ఏకాభిప్రాయ క్రమంలో అమర్చబడ్డాయి. మరొక జన్యువు, nahQ, నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో పాల్గొంటుందని నివేదించబడింది మరియు ఇది సాధారణంగా nahC మరియు nahE మధ్య ఉంటుంది, కానీ దాని వాస్తవ పనితీరు ఇంకా స్పష్టంగా తెలియాల్సి ఉంది. అదేవిధంగా, నాఫ్తలీన్-సెన్సిటివ్ కెమోటాక్సిస్‌కు కారణమైన nahY జన్యువు, కొంతమంది సభ్యులలో నాహ్ ఒపెరాన్ యొక్క దూరపు చివరలో కనుగొనబడింది. రాల్స్టోనియా sp.లో, గ్లూటాతియోన్ S-ట్రాన్స్‌ఫేరేస్ (gsh) ఎన్‌కోడింగ్ చేసే U2 జన్యువు nahAa మరియు nahAb మధ్య ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది కానీ నాఫ్తలీన్ వినియోగ లక్షణాలను ప్రభావితం చేయలేదు (Zylstra et al., 1997).
చిత్రం 5. బాక్టీరియా జాతులలో నాఫ్తలీన్ క్షీణత సమయంలో గమనించిన జన్యు సంస్థ మరియు వైవిధ్యం; (ఎ) ఎగువ నాఫ్తలీన్ మార్గం, నాఫ్తలీన్ నుండి సాలిసిలిక్ ఆమ్లానికి జీవక్రియ; (బి) దిగువ నాఫ్తలీన్ మార్గం, కాటెకాల్ ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గం వరకు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం; (సి) జెంటిసేట్ ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గం వరకు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం.
"దిగువ మార్గం" (sal operon) సాధారణంగా nahGTHINLMOKJని కలిగి ఉంటుంది మరియు కాటెకాల్ మెటరింగ్ క్లీవేజ్ మార్గం ద్వారా సాలిసైలేట్‌ను పైరువేట్ మరియు ఎసిటాల్డిహైడ్‌గా మారుస్తుంది. nahG జన్యువు (సాలిసైలేట్ హైడ్రాక్సిలేస్‌ను ఎన్కోడింగ్ చేయడం) ఒపెరాన్ యొక్క ప్రాక్సిమల్ చివరలో సంరక్షించబడినట్లు కనుగొనబడింది (Fig. 5B). ఇతర నాఫ్తలీన్-డిగ్రేడింగ్ జాతులతో పోలిస్తే, P. putida CSV86లో nah మరియు sal operons సమిష్టిగా ఉంటాయి మరియు చాలా దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (సుమారు 7.5 kb). రాల్స్టోనియా sp. U2, పోలరోమోనాస్ నాఫ్తలీనివోరన్స్ CJ2, మరియు P. putida AK5 వంటి కొన్ని గ్రామ్-నెగటివ్ బ్యాక్టీరియాలో, నాఫ్తలీన్ జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా (sgp/nag operon రూపంలో) కేంద్ర కార్బన్ మెటాబోలైట్‌గా జీవక్రియ చేయబడుతుంది. జన్యు క్యాసెట్ సాధారణంగా nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI రూపంలో ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది, ఇక్కడ nagR (LysR-రకం నియంత్రకం ఎన్కోడింగ్) ఎగువ చివరలో ఉంటుంది (మూర్తి 5C).
కార్బరిల్ 1-నాఫ్థాల్, 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్తలీన్, సాలిసిలిక్ ఆమ్లం మరియు జెంటిసిక్ ఆమ్లం యొక్క జీవక్రియ ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ చక్రంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (చిత్రం 3). జన్యు మరియు జీవక్రియ అధ్యయనాల ఆధారంగా, ఈ మార్గాన్ని "అప్‌స్ట్రీమ్" (కార్బరిల్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం), "మిడిల్" (సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం) మరియు "డౌన్‌స్ట్రీమ్" (జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని సెంట్రల్ కార్బన్ పాత్‌వే ఇంటర్మీడియట్‌లుగా మార్చడం)గా విభజించాలని ప్రతిపాదించబడింది (సింగ్ మరియు ఇతరులు, 2013). C5pp (సూపర్‌కాంటిగ్ A, 76.3 kb) యొక్క జన్యు విశ్లేషణలో mcbACBDEF జన్యువు కార్బరిల్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మార్చడంలో పాల్గొంటుందని, ఆ తర్వాత mcbIJKL సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడంలో పాల్గొంటుందని మరియు mcbOQP జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని సెంట్రల్ కార్బన్ ఇంటర్మీడియట్‌లుగా మార్చడంలో పాల్గొంటుందని వెల్లడించింది (ఫ్యూమరేట్ మరియు పైరువేట్, త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016) (చిత్రం 6).
సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల (నాఫ్తలీన్ మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లంతో సహా) క్షీణతలో పాల్గొనే ఎంజైమ్‌లు సంబంధిత సమ్మేళనాల ద్వారా ప్రేరేపించబడతాయని మరియు గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాలు వంటి సాధారణ కార్బన్ వనరుల ద్వారా నిరోధించబడతాయని నివేదించబడింది (షింగ్లర్, 2003; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల యొక్క వివిధ జీవక్రియ మార్గాలలో, నాఫ్తలీన్ మరియు కార్బరిల్ యొక్క నియంత్రణ లక్షణాలను కొంతవరకు అధ్యయనం చేశారు. నాఫ్తలీన్ కోసం, అప్‌స్ట్రీమ్ మరియు డౌన్‌స్ట్రీమ్ మార్గాల్లోని జన్యువులు లైస్ఆర్-రకం ట్రాన్స్-యాక్టింగ్ పాజిటివ్ రెగ్యులేటర్ అయిన NahR ద్వారా నియంత్రించబడతాయి. సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ద్వారా నాహ్ జన్యువు యొక్క ప్రేరణ మరియు దాని తదుపరి ఉన్నత-స్థాయి వ్యక్తీకరణకు ఇది అవసరం (యెన్ మరియు గన్సాలస్, 1982). ఇంకా, నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో జన్యువుల ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ యాక్టివేషన్‌కు ఇంటిగ్రేటివ్ హోస్ట్ ఫ్యాక్టర్ (IHF) మరియు XylR (సిగ్మా 54-ఆధారిత ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్) కూడా కీలకమని అధ్యయనాలు చూపించాయి (రామోస్ మరియు ఇతరులు, 1997). కాటెకాల్ మెటా-రింగ్ ఓపెనింగ్ పాత్వే యొక్క ఎంజైమ్‌లు, అంటే కాటెకాల్ 2,3-డయాక్సిజనేజ్, నాఫ్తలీన్ మరియు/లేదా సాలిసిలిక్ యాసిడ్ సమక్షంలో ప్రేరేపించబడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (బసు మరియు ఇతరులు, 2006). కాటెకాల్ ఆర్థో-రింగ్ ఓపెనింగ్ పాత్వే యొక్క ఎంజైమ్‌లు, అంటే కాటెకాల్ 1,2-డయాక్సిజనేజ్, బెంజోయిక్ యాసిడ్ మరియు సిస్, సిస్-ముకోనేట్ సమక్షంలో ప్రేరేపించబడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (పార్సెక్ మరియు ఇతరులు, 1994; టోవర్ మరియు ఇతరులు, 2001).
స్ట్రెయిన్ C5pp లో, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR మరియు mcbS అనే ఐదు జన్యువులు, కార్బరిల్ క్షీణతను నియంత్రించడానికి బాధ్యత వహించే ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్ల LysR/TetR కుటుంబానికి చెందిన రెగ్యులేటర్లను ఎన్కోడ్ చేస్తాయి. హోమోలాగస్ జన్యువు mcbG బర్ఖోల్డెరియా RP00725 (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016) లో ఫినాంత్రేన్ జీవక్రియలో పాల్గొన్న LysR-రకం రెగ్యులేటర్ PhnS (58% అమైనో ఆమ్ల గుర్తింపు) తో అత్యంత దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. mcbH జన్యువు ఇంటర్మీడియట్ మార్గంలో (సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం) పాల్గొంటుందని కనుగొనబడింది మరియు సూడోమోనాస్ మరియు బర్ఖోల్డెరియాలో LysR-రకం ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్ NagR/DntR/NahR కు చెందినది. ఈ కుటుంబ సభ్యులు క్షీణత జన్యువుల ప్రేరణ కోసం సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని ఒక నిర్దిష్ట ప్రభావశీల అణువుగా గుర్తించారని నివేదించబడింది. మరోవైపు, LysR మరియు TetR రకం ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్లకు చెందిన mcbN, mcbR మరియు mcbS అనే మూడు జన్యువులు దిగువ మార్గంలో (జెంటిసేట్-సెంట్రల్ కార్బన్ పాత్వే మెటాబోలైట్స్) గుర్తించబడ్డాయి.
ప్రోకార్యోట్‌లలో, ప్లాస్మిడ్‌లు, ట్రాన్స్‌పోజన్‌లు, ప్రొఫేజ్‌లు, జెనోమిక్ ఐలాండ్‌లు మరియు ఇంటిగ్రేటివ్ కంజుగేటివ్ ఎలిమెంట్స్ (ICE) ద్వారా క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ ప్రక్రియలు (సముపార్జన, మార్పిడి లేదా బదిలీ) బ్యాక్టీరియా జన్యువులలో ప్లాస్టిసిటీకి ప్రధాన కారణాలు, ఇది నిర్దిష్ట విధులు/లక్షణాల లాభం లేదా నష్టానికి దారితీస్తుంది. ఇది బ్యాక్టీరియాను వివిధ పర్యావరణ పరిస్థితులకు వేగంగా అనుగుణంగా మార్చడానికి అనుమతిస్తుంది, సుగంధ సమ్మేళనాల క్షీణత వంటి హోస్ట్‌కు సంభావ్య అనుకూల జీవక్రియ ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది. జీవక్రియ మార్పులు తరచుగా క్షీణత ఒపెరాన్‌లు, వాటి నియంత్రణ యంత్రాంగాలు మరియు ఎంజైమ్ ప్రత్యేకతలను చక్కగా ట్యూన్ చేయడం ద్వారా సాధించబడతాయి, ఇది విస్తృత శ్రేణి సుగంధ సమ్మేళనాల క్షీణతను సులభతరం చేస్తుంది (నోజిరి మరియు ఇతరులు, 2004; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). నాఫ్తలీన్ క్షీణతకు సంబంధించిన జన్యు క్యాసెట్‌లు ప్లాస్మిడ్‌లు (సంయోగ మరియు సంయోగం కానివి), ట్రాన్స్‌పోజన్‌లు, జన్యువులు, ICEలు మరియు వివిధ బ్యాక్టీరియా జాతుల కలయికలు (మూర్తి 5) వంటి వివిధ మొబైల్ మూలకాలపై ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. సూడోమోనాస్ G7 లో, ప్లాస్మిడ్ NAH7 యొక్క నాహ్ మరియు సాల్ ఒపెరాన్లు ఒకే ధోరణిలో లిప్యంతరీకరించబడతాయి మరియు సమీకరణ కోసం ట్రాన్స్‌పోసేస్ Tn4653 అవసరమయ్యే లోపభూయిష్ట ట్రాన్స్‌పోసన్‌లో భాగం (సోటా మరియు ఇతరులు, 2006). సూడోమోనాస్ స్ట్రెయిన్ NCIB9816-4 లో, జన్యువు సంయోగ ప్లాస్మిడ్ pDTG1 పై రెండు ఒపెరాన్‌లుగా (సుమారు 15 kb దూరంలో) కనుగొనబడింది, ఇవి వ్యతిరేక దిశలలో లిప్యంతరీకరించబడ్డాయి (డెన్నిస్ మరియు జైల్‌స్ట్రా, 2004). సూడోమోనాస్ పుటిడా స్ట్రెయిన్ AK5 లో, సంయోగం కాని ప్లాస్మిడ్ pAK5 జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా నాఫ్తలీన్ క్షీణతకు కారణమైన ఎంజైమ్‌ను సంకేతీకరిస్తుంది (ఇజ్మల్కోవా మరియు ఇతరులు, 2013). సూడోమోనాస్ స్ట్రెయిన్ PMD-1లో, నాహ్ ఒపెరాన్ క్రోమోజోమ్‌పై ఉంటుంది, అయితే సాల్ ఒపెరాన్ సంయోగ ప్లాస్మిడ్ pMWD-1పై ఉంటుంది (జునిగా మరియు ఇతరులు, 1981). అయితే, సూడోమోనాస్ స్టట్జెరి AN10లో, అన్ని నాఫ్తలీన్ క్షీణత జన్యువులు (నాహ్ మరియు సాల్ ఒపెరాన్లు) క్రోమోజోమ్‌పై ఉంటాయి మరియు బహుశా ట్రాన్స్‌పోజిషన్, రీకాంబినేషన్ మరియు పునర్వ్యవస్థీకరణ సంఘటనల ద్వారా నియమించబడతాయి (బాష్ మరియు ఇతరులు, 2000). సూడోమోనాస్ sp. CSV86లో, నాహ్ మరియు సాల్ ఒపెరాన్లు ICE (ICESV86) రూపంలో జన్యువులో ఉంటాయి. ఈ నిర్మాణం tRNAGly ద్వారా రక్షించబడుతుంది, తరువాత పునఃసంయోగం/అటాచ్‌మెంట్ సైట్‌లు (attR మరియు attL) మరియు tRNAGly యొక్క రెండు చివర్లలో ఉన్న ఫేజ్-లాంటి ఇంటిగ్రేస్‌ను సూచించే ప్రత్యక్ష పునరావృత్తులు ఉంటాయి, తద్వారా నిర్మాణాత్మకంగా ICEclc మూలకాన్ని పోలి ఉంటుంది (క్లోరోకాటెకాల్ క్షీణత కోసం సూడోమోనాస్ నాక్‌ముసిలోని ICEclcB13). ICEలోని జన్యువులను చాలా తక్కువ బదిలీ ఫ్రీక్వెన్సీ (10-8)తో సంయోగం ద్వారా బదిలీ చేయవచ్చని నివేదించబడింది, తద్వారా గ్రహీతకు క్షీణత లక్షణాలను బదిలీ చేయవచ్చు (బసు మరియు ఫేల్, 2008; ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 2019).
కార్బరిల్ క్షీణతకు కారణమైన చాలా జన్యువులు ప్లాస్మిడ్‌లపై ఉన్నాయి. ఆర్థ్రోబాక్టర్ sp. RC100 మూడు ప్లాస్మిడ్‌లను (pRC1, pRC2 మరియు pRC300) కలిగి ఉంటుంది, వీటిలో రెండు సంయోగ ప్లాస్మిడ్‌లు, pRC1 మరియు pRC2, కార్బరిల్‌ను జెంటిసేట్‌గా మార్చే ఎంజైమ్‌లను ఎన్కోడ్ చేస్తాయి. మరోవైపు, జెంటిసేట్‌ను కేంద్ర కార్బన్ మెటాబోలైట్‌లుగా మార్చడంలో పాల్గొనే ఎంజైమ్‌లు క్రోమోజోమ్‌పై ఉన్నాయి (హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 1999). రైజోబియం జాతికి చెందిన బాక్టీరియా. కార్బరిల్‌ను 1-నాఫ్థాల్‌గా మార్చడానికి ఉపయోగించే స్ట్రెయిన్ AC100, ప్లాస్మిడ్ pAC200ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఇన్సర్షన్ ఎలిమెంట్ లాంటి సీక్వెన్స్‌ల ద్వారా చుట్టుముట్టబడిన Tnceh ట్రాన్స్‌పోసన్‌లో భాగంగా CHని ఎన్‌కోడింగ్ చేసే cehA జన్యువును కలిగి ఉంటుంది (istA మరియు istB) (హషిమోటో మరియు ఇతరులు, 2002). స్పింగోమోనాస్ జాతి CF06 లో, కార్బరిల్ క్షీణత జన్యువు ఐదు ప్లాస్మిడ్‌లలో ఉందని నమ్ముతారు: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, మరియు pCF05. ఈ ప్లాస్మిడ్‌ల DNA హోమోలజీ ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది జన్యు నకిలీ సంఘటన ఉనికిని సూచిస్తుంది (ఫెంగ్ మరియు ఇతరులు, 1997). రెండు సూడోమోనాస్ జాతులతో కూడిన కార్బరిల్-క్షీణత సహజీవనంలో, స్ట్రెయిన్ 50581 mcd కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ జన్యువును ఎన్‌కోడ్ చేసే కంజుగేటివ్ ప్లాస్మిడ్ pCD1 (50 kb) ను కలిగి ఉంటుంది, అయితే స్ట్రెయిన్ 50552 లోని కంజుగేటివ్ ప్లాస్మిడ్ 1-నాఫ్థాల్-క్షీణత ఎంజైమ్‌ను ఎన్‌కోడ్ చేస్తుంది (చాపలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991). అక్రోమోబాక్టర్ జాతి WM111 లో, mcd ఫురాడాన్ హైడ్రోలేస్ జన్యువు 100 kb ప్లాస్మిడ్ (pPDL11) పై ఉంది. ఈ జన్యువు వివిధ భౌగోళిక ప్రాంతాల నుండి వచ్చిన వివిధ బ్యాక్టీరియాలలో (పరేఖ్ మరియు ఇతరులు, 1995) వేర్వేరు ప్లాస్మిడ్‌లపై (100, 105, 115 లేదా 124 kb) ఉన్నట్లు చూపబడింది. సూడోమోనాస్ sp. C5ppలో, కార్బరిల్ క్షీణతకు కారణమైన అన్ని జన్యువులు 76.3 kb శ్రేణిని విస్తరించి ఉన్న జన్యువులో ఉన్నాయి (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016). జీనోమ్ విశ్లేషణ (6.15 Mb) 42 MGEలు మరియు 36 GEIల ఉనికిని వెల్లడించింది, వీటిలో 17 MGEలు సగటు అసమాన G+C కంటెంట్‌తో (54–60 mol), సాధ్యమయ్యే క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ సంఘటనలను సూచిస్తున్నాయి (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016). P. పుటిడా XWY-1 కార్బరిల్-డిగ్రేడింగ్ జన్యువుల యొక్క సారూప్య అమరికను ప్రదర్శిస్తుంది, కానీ ఈ జన్యువులు ప్లాస్మిడ్‌పై ఉన్నాయి (జు మరియు ఇతరులు, 2019).
జీవరసాయన మరియు జన్యు స్థాయిలలో జీవక్రియ సామర్థ్యంతో పాటు, సూక్ష్మజీవులు కీమోటాక్సిస్, కణ ఉపరితల మార్పు లక్షణాలు, కంపార్ట్‌మెంటలైజేషన్, ప్రిఫరెన్షియల్ యుటిలైజేషన్, బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్ ఉత్పత్తి మొదలైన ఇతర లక్షణాలను లేదా ప్రతిస్పందనలను కూడా ప్రదర్శిస్తాయి, ఇవి కలుషితమైన వాతావరణాలలో సుగంధ కాలుష్య కారకాలను మరింత సమర్థవంతంగా జీవక్రియ చేయడానికి సహాయపడతాయి (మూర్తి 7).
చిత్రం 7. విదేశీ కాలుష్య కారకాల సమర్థవంతమైన జీవఅధోకరణం కోసం ఆదర్శ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్-క్షీణత బ్యాక్టీరియా యొక్క విభిన్న సెల్యులార్ ప్రతిస్పందన వ్యూహాలు.
వైవిధ్యభరితంగా కలుషితమైన పర్యావరణ వ్యవస్థలలో సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల క్షీణతను పెంచే కారకాలుగా కెమోటాక్టిక్ ప్రతిస్పందనలు పరిగణించబడతాయి. (2002) సూడోమోనాస్ sp. G7 ను నాఫ్తలీన్‌కు కెమోటాక్సిస్ చేయడం వల్ల జల వ్యవస్థలలో నాఫ్తలీన్ క్షీణత రేటు పెరిగిందని నిరూపించబడింది. వైల్డ్-టైప్ స్ట్రెయిన్ G7 కెమోటాక్సిస్-లోపం ఉన్న మ్యూటెంట్ స్ట్రెయిన్ కంటే చాలా వేగంగా నాఫ్తలీన్‌ను క్షీణించింది. NahY ప్రోటీన్ (మెమ్బ్రేన్ టోపోలాజీతో 538 అమైనో ఆమ్లాలు) NAH7 ప్లాస్మిడ్‌లోని మెటాక్లేవేజ్ పాత్‌వే జన్యువులతో సహ-లిప్యంతరీకరించబడినట్లు కనుగొనబడింది మరియు కెమోటాక్సిస్ ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌ల వలె, ఈ ప్రోటీన్ నాఫ్తలీన్ క్షీణతకు కెమోరిసెప్టర్‌గా పనిచేస్తుంది (గ్రిమ్ మరియు హార్వుడ్ 1997). హాన్సెల్ మరియు ఇతరులు (2009) చేసిన మరొక అధ్యయనం ప్రోటీన్ కెమోటాక్టిక్ అని చూపించింది, కానీ దాని క్షీణత రేటు ఎక్కువగా ఉంది. (2011) వాయు నాఫ్తలీన్‌కు సూడోమోనాస్ (పి. పుటిడా) యొక్క కెమోటాక్టిక్ ప్రతిస్పందనను ప్రదర్శించింది, దీనిలో గ్యాస్ దశ వ్యాప్తి కణాలకు నాఫ్తలీన్ యొక్క స్థిరమైన ప్రవాహానికి దారితీసింది, ఇది కణాల కెమోటాక్టిక్ ప్రతిస్పందనను నియంత్రించింది. పరిశోధకులు ఈ కెమోటాక్టిక్ ప్రవర్తనను సూక్ష్మజీవులను ఇంజనీర్ చేయడానికి ఉపయోగించుకున్నారు, ఇవి క్షీణత రేటును పెంచుతాయి. కెమోసెన్సరీ మార్గాలు కణ విభజన, కణ చక్ర నియంత్రణ మరియు బయోఫిల్మ్ నిర్మాణం వంటి ఇతర సెల్యులార్ విధులను కూడా నియంత్రిస్తాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి, తద్వారా క్షీణత రేటును నియంత్రించడంలో సహాయపడతాయి. అయితే, సమర్థవంతమైన క్షీణత కోసం ఈ ఆస్తిని (కెమోటాక్సిస్) ఉపయోగించడం అనేక అడ్డంకుల ద్వారా దెబ్బతింటుంది. ప్రధాన అడ్డంకులు: (ఎ) వేర్వేరు పారాలోజస్ గ్రాహకాలు ఒకే సమ్మేళనాలు/లిగాండ్‌లను గుర్తిస్తాయి; (బి) ప్రత్యామ్నాయ గ్రాహకాల ఉనికి, అంటే, శక్తివంతమైన ఉష్ణమండలం; (సి) ఒకే గ్రాహక కుటుంబం యొక్క ఇంద్రియ డొమైన్‌లలో ముఖ్యమైన శ్రేణి తేడాలు; మరియు (డి) ప్రధాన బాక్టీరియల్ సెన్సార్ ప్రోటీన్‌లపై సమాచారం లేకపోవడం (ఒర్టెగా మరియు ఇతరులు, 2017; మార్టిన్-మోరా మరియు ఇతరులు, 2018). కొన్నిసార్లు, సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల జీవఅధోకరణం బహుళ జీవక్రియలు/మధ్యవర్తులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇవి ఒక సమూహ బ్యాక్టీరియాకు కెమోటాక్టిక్‌గా ఉండవచ్చు కానీ ఇతరులకు వికర్షకంగా ఉంటాయి, ఇది ప్రక్రియను మరింత క్లిష్టతరం చేస్తుంది. రసాయన గ్రాహకాలతో లిగాండ్ల (సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లు) పరస్పర చర్యలను గుర్తించడానికి, మేము సుడోమోనాస్ పుటిడా మరియు ఎస్చెరిచియా కోలి యొక్క సెన్సార్ మరియు సిగ్నలింగ్ డొమైన్‌లను ఫ్యూజ్ చేయడం ద్వారా హైబ్రిడ్ సెన్సార్ ప్రోటీన్‌లను (PcaY, McfR మరియు NahY) నిర్మించాము, ఇవి వరుసగా సుగంధ ఆమ్లాలు, TCA ఇంటర్మీడియట్‌లు మరియు నాఫ్తలీన్‌ల కోసం గ్రాహకాలను లక్ష్యంగా చేసుకుంటాయి (Luu et al., 2019).
నాఫ్తలీన్ మరియు ఇతర పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (PAHలు) ప్రభావంతో, బ్యాక్టీరియా పొర యొక్క నిర్మాణం మరియు సూక్ష్మజీవుల సమగ్రత గణనీయమైన మార్పులకు లోనవుతాయి. హైడ్రోఫోబిక్ పరస్పర చర్యల ద్వారా నాఫ్తలీన్ ఎసిల్ గొలుసు యొక్క పరస్పర చర్యకు ఆటంకం కలిగిస్తుందని, తద్వారా పొర యొక్క వాపు మరియు ద్రవత్వాన్ని పెంచుతుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి (సిక్కెమా మరియు ఇతరులు, 1995). ఈ హానికరమైన ప్రభావాన్ని ఎదుర్కోవడానికి, ఐసో/యాంటిసో బ్రాంచ్డ్-చైన్ కొవ్వు ఆమ్లాల మధ్య నిష్పత్తి మరియు కొవ్వు ఆమ్ల కూర్పును మార్చడం ద్వారా మరియు సిస్-అసంతృప్త కొవ్వు ఆమ్లాలను సంబంధిత ట్రాన్స్-ఐసోమర్‌లుగా ఐసోమరైజింగ్ చేయడం ద్వారా బ్యాక్టీరియా పొర ద్రవత్వాన్ని నియంత్రిస్తుంది (హీపీపర్ మరియు డి బాంట్, 1994). నాఫ్తలీన్ చికిత్సపై పెరిగిన సూడోమోనాస్ స్టట్జెరిలో, సంతృప్త నుండి అసంతృప్త కొవ్వు ఆమ్ల నిష్పత్తి 1.1 నుండి 2.1కి పెరిగింది, అయితే సూడోమోనాస్ JS150లో ఈ నిష్పత్తి 7.5 నుండి 12.0కి పెరిగింది (మ్రోజిక్ మరియు ఇతరులు, 2004). నాఫ్తలీన్ పై పెరిగినప్పుడు, అక్రోమోబాక్టర్ KAs 3–5 కణాలు నాఫ్తలీన్ స్ఫటికాల చుట్టూ కణ సముదాయాన్ని మరియు కణ ఉపరితల ఛార్జ్‌లో తగ్గుదల (-22.5 నుండి -2.5 mV వరకు) ప్రదర్శించాయి, ఇది సైటోప్లాస్మిక్ కండెన్సేషన్ మరియు వాక్యూలైజేషన్‌తో పాటు కణ నిర్మాణం మరియు కణ ఉపరితల లక్షణాలలో మార్పులను సూచిస్తుంది (మోహపాత్ర మరియు ఇతరులు, 2019). సెల్యులార్/ఉపరితల మార్పులు సుగంధ కాలుష్య కారకాల మెరుగైన శోషణతో నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, సంబంధిత బయో ఇంజనీరింగ్ వ్యూహాలను పూర్తిగా ఆప్టిమైజ్ చేయలేదు. జీవ ప్రక్రియలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి కణ ఆకారాన్ని మార్చడం చాలా అరుదుగా ఉపయోగించబడింది (వోల్కే మరియు నికెల్, 2018). కణ విభజనను ప్రభావితం చేసే జన్యువుల తొలగింపు కణ స్వరూప శాస్త్రంలో మార్పులకు కారణమవుతుంది. కణ విభజనను ప్రభావితం చేసే జన్యువుల తొలగింపు కణ స్వరూప శాస్త్రంలో మార్పులకు కారణమవుతుంది. బాసిల్లస్ సబ్టిలిస్‌లో, సెల్ సెప్టం ప్రోటీన్ SepF సెప్టం నిర్మాణంలో పాల్గొంటుందని చూపబడింది మరియు కణ విభజన యొక్క తదుపరి దశలకు ఇది అవసరం, కానీ ఇది ముఖ్యమైన జన్యువు కాదు. బాసిల్లస్ సబ్టిలిస్‌లో పెప్టైడ్ గ్లైకాన్ హైడ్రోలేస్‌లను ఎన్‌కోడింగ్ చేసే జన్యువులను తొలగించడం వల్ల కణాల పొడిగింపు, నిర్దిష్ట వృద్ధి రేటు పెరుగుదల మరియు ఎంజైమ్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడింది (Cui et al., 2018).
సూడోమోనాస్ జాతులు C5pp మరియు C7 యొక్క సమర్థవంతమైన క్షీణతను సాధించడానికి కార్బరిల్ క్షీణత మార్గం యొక్క విభజనను ప్రతిపాదించారు (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). కార్బరిల్ బాహ్య పొర సెప్టం ద్వారా మరియు/లేదా డిఫ్యూసిబుల్ పోరిన్ల ద్వారా పెరిప్లాస్మిక్ ప్రదేశంలోకి రవాణా చేయబడుతుందని ప్రతిపాదించబడింది. CH అనేది పెరిప్లాస్మిక్ ఎంజైమ్, ఇది కార్బరిల్ యొక్క జలవిశ్లేషణను 1-నాఫ్థాల్‌కు ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది, ఇది మరింత స్థిరంగా, మరింత హైడ్రోఫోబిక్ మరియు మరింత విషపూరితమైనది. CH పెరిప్లాజంలో స్థానీకరించబడింది మరియు కార్బరిల్‌కు తక్కువ అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా 1-నాఫ్థాల్ ఏర్పడటాన్ని నియంత్రిస్తుంది, తద్వారా కణాలలో దాని చేరడం నిరోధిస్తుంది మరియు కణాలకు దాని విషాన్ని తగ్గిస్తుంది (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). ఫలితంగా వచ్చే 1-నాఫ్థాల్ విభజన మరియు/లేదా వ్యాప్తి ద్వారా లోపలి పొర అంతటా సైటోప్లాజంలోకి రవాణా చేయబడుతుంది మరియు తరువాత కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలో మరింత జీవక్రియ కోసం హై-అఫినిటీ ఎంజైమ్ 1NH ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సీనాఫ్థలీన్‌కు హైడ్రాక్సిలేట్ చేయబడుతుంది.
సూక్ష్మజీవులు జెనోబయోటిక్ కార్బన్ వనరులను క్షీణింపజేసే జన్యు మరియు జీవక్రియ సామర్థ్యాలను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, వాటి వినియోగం యొక్క క్రమానుగత నిర్మాణం (అంటే, సంక్లిష్ట కార్బన్ వనరుల కంటే సరళమైన వాటి ప్రాధాన్యత ఉపయోగం) జీవఅధోకరణానికి ప్రధాన అడ్డంకి. సాధారణ కార్బన్ వనరుల ఉనికి మరియు వినియోగం PAHల వంటి సంక్లిష్ట/ప్రాధాన్యత లేని కార్బన్ వనరులను క్షీణింపజేసే జన్యువులను ఎన్కోడింగ్ చేసే ఎంజైమ్‌లను తగ్గిస్తుంది. బాగా అధ్యయనం చేయబడిన ఉదాహరణ ఏమిటంటే, గ్లూకోజ్ మరియు లాక్టోస్‌ను ఎస్చెరిచియా కోలికి సహ-పోషించినప్పుడు, గ్లూకోజ్ లాక్టోస్ కంటే మరింత సమర్థవంతంగా ఉపయోగించబడుతుంది (జాకబ్ మరియు మోనోడ్, 1965). సూడోమోనాస్ వివిధ రకాల PAHలు మరియు జెనోబయోటిక్ సమ్మేళనాలను కార్బన్ వనరులుగా క్షీణింపజేస్తుందని నివేదించబడింది. సూడోమోనాస్‌లో కార్బన్ మూల వినియోగం యొక్క సోపానక్రమం సేంద్రీయ ఆమ్లాలు > గ్లూకోజ్ > సుగంధ సమ్మేళనాలు (హైలెమన్ మరియు ఫిబ్స్, 1972; కొలియర్ మరియు ఇతరులు., 1996). అయితే, ఒక మినహాయింపు ఉంది. ఆసక్తికరంగా, సూడోమోనాస్ sp. CSV86 ఒక ప్రత్యేకమైన క్రమానుగత నిర్మాణాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది గ్లూకోజ్ కంటే సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లను (బెంజోయిక్ ఆమ్లం, నాఫ్తలీన్, మొదలైనవి) ప్రాధాన్యతగా ఉపయోగిస్తుంది మరియు సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లను సేంద్రీయ ఆమ్లాలతో సహ-జీవక్రియ చేస్తుంది (బసు మరియు ఇతరులు, 2006). ఈ బాక్టీరియంలో, సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల క్షీణత మరియు రవాణా కోసం జన్యువులు గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాలు వంటి రెండవ కార్బన్ మూలం సమక్షంలో కూడా నియంత్రించబడవు. గ్లూకోజ్ మరియు సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల మాధ్యమంలో పెరిగినప్పుడు, గ్లూకోజ్ రవాణా మరియు జీవక్రియ కోసం జన్యువులను నియంత్రించలేదని, సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లను మొదటి లాగ్ దశలో ఉపయోగించారని మరియు గ్లూకోజ్‌ను రెండవ లాగ్ దశలో ఉపయోగించారని గమనించబడింది (బసు మరియు ఇతరులు, 2006; చౌదరి మరియు ఇతరులు, 2017). మరోవైపు, సేంద్రీయ ఆమ్లాల ఉనికి సుగంధ హైడ్రోకార్బన్ జీవక్రియ యొక్క వ్యక్తీకరణను ప్రభావితం చేయలేదు, కాబట్టి ఈ బాక్టీరియం జీవఅధోకరణ అధ్యయనాలకు అభ్యర్థి జాతిగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020).
హైడ్రోకార్బన్ బయో ట్రాన్స్ఫర్మేషన్ సూక్ష్మజీవులలో ఆక్సీకరణ ఒత్తిడిని మరియు యాంటీఆక్సిడెంట్ ఎంజైమ్‌ల అధిక నియంత్రణకు కారణమవుతుందని అందరికీ తెలుసు. స్థిర దశ కణాలలో మరియు విషపూరిత సమ్మేళనాల సమక్షంలో అసమర్థమైన నాఫ్తలీన్ బయోడిగ్రేడేషన్ రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ జాతులు (ROS) ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది (కాంగ్ మరియు ఇతరులు 2006). నాఫ్తలీన్-క్షీణించే ఎంజైమ్‌లు ఇనుము-సల్ఫర్ సమూహాలను కలిగి ఉన్నందున, ఆక్సీకరణ ఒత్తిడిలో, హీమ్ మరియు ఇనుము-సల్ఫర్ ప్రోటీన్లలోని ఇనుము ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, ఇది ప్రోటీన్ నిష్క్రియాత్మకతకు దారితీస్తుంది. ఫెర్రడాక్సిన్-NADP+ రిడక్టేజ్ (Fpr), సూపర్ ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్ (SOD)తో కలిసి, NADP+/NADPH మరియు ఫెర్రడాక్సిన్ లేదా ఫ్లేవోడాక్సిన్ యొక్క రెండు అణువుల మధ్య రివర్సిబుల్ రెడాక్స్ ప్రతిచర్యను మధ్యవర్తిత్వం చేస్తుంది, తద్వారా ROSను శుభ్రపరుస్తుంది మరియు ఆక్సీకరణ ఒత్తిడిలో ఇనుము-సల్ఫర్ కేంద్రాన్ని పునరుద్ధరిస్తుంది (Li మరియు ఇతరులు 2006). సూడోమోనాస్‌లోని Fpr మరియు SodA (SOD) రెండూ ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి ద్వారా ప్రేరేపించబడతాయని నివేదించబడింది మరియు నాఫ్తలీన్-జోడించిన పరిస్థితులలో పెరుగుదల సమయంలో నాలుగు సూడోమోనాస్ జాతులలో (O1, W1, As1, మరియు G1) పెరిగిన SOD మరియు ఉత్ప్రేరక కార్యకలాపాలు గమనించబడ్డాయి (కాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2006). ఆస్కార్బిక్ ఆమ్లం లేదా ఫెర్రస్ ఇనుము (Fe2+) వంటి యాంటీఆక్సిడెంట్లను జోడించడం వల్ల నాఫ్తలీన్ వృద్ధి రేటు పెరుగుతుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి. రోడోకాకస్ ఎరిథ్రోపోలిస్ నాఫ్తలీన్ మాధ్యమంలో పెరిగినప్పుడు, సోడ్ఏ (Fe/Mn సూపర్ ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్), సోడ్సి (Cu/Zn సూపర్ ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్) మరియు recAతో సహా ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి-సంబంధిత సైటోక్రోమ్ P450 జన్యువుల లిప్యంతరీకరణ పెరిగింది (సాజికిన్ మరియు ఇతరులు, 2019). నాఫ్తలీన్‌లో కల్చర్ చేయబడిన సూడోమోనాస్ కణాల తులనాత్మక పరిమాణాత్మక ప్రోటీమిక్ విశ్లేషణ ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి ప్రతిస్పందనతో సంబంధం ఉన్న వివిధ ప్రోటీన్‌ల అప్‌రెగ్యులేషన్ ఒత్తిడిని ఎదుర్కోవడానికి ఒక వ్యూహమని చూపించింది (హెర్బ్స్ట్ మరియు ఇతరులు, 2013).
సూక్ష్మజీవులు హైడ్రోఫోబిక్ కార్బన్ మూలాల చర్యలో బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయని నివేదించబడింది. ఈ సర్ఫ్యాక్టెంట్లు యాంఫిఫిలిక్ సర్ఫేస్ యాక్టివ్ సమ్మేళనాలు, ఇవి చమురు-నీరు లేదా గాలి-నీటి ఇంటర్‌ఫేస్‌లలో కంకరలను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది సూడో-సోల్యూబిలైజేషన్‌ను ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల శోషణను సులభతరం చేస్తుంది, ఫలితంగా సమర్థవంతమైన బయోడిగ్రేడేషన్ జరుగుతుంది (రెహమాన్ మరియు ఇతరులు, 2002). ఈ లక్షణాల కారణంగా, బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్లు వివిధ పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. బ్యాక్టీరియా సంస్కృతులకు రసాయన సర్ఫ్యాక్టెంట్లు లేదా బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్‌లను జోడించడం వల్ల హైడ్రోకార్బన్ క్షీణత సామర్థ్యం మరియు రేటు పెరుగుతుంది. బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్లలో, సూడోమోనాస్ ఎరుగినోసా ఉత్పత్తి చేసే రామ్నోలిపిడ్‌లను విస్తృతంగా అధ్యయనం చేసి వర్గీకరించారు (హిసాట్సుకా మరియు ఇతరులు, 1971; రెహమాన్ మరియు ఇతరులు, 2002). అదనంగా, ఇతర రకాల బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్లలో లిపోపెప్టైడ్‌లు (సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ నుండి మ్యూసిన్లు), ఎమల్సిఫైయర్ 378 (సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ నుండి) (రోసెన్‌బర్గ్ మరియు రాన్, 1999), రోడోకాకస్ నుండి ట్రెహలోజ్ డైసాకరైడ్ లిపిడ్‌లు (రామ్‌డాల్, 1985), బాసిల్లస్ నుండి లైకెనిన్ (సరస్వతి మరియు హాల్‌బర్గ్, 2002), మరియు బాసిల్లస్ సబ్టిలిస్ (సీగ్మండ్ మరియు వాగ్నర్, 1991) మరియు బాసిల్లస్ అమిలోలిక్ఫేసియన్స్ (జి మరియు ఇతరులు, 2017) నుండి సర్ఫ్యాక్టెంట్ ఉన్నాయి. ఈ శక్తివంతమైన సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఉపరితల ఉద్రిక్తతను 72 డైన్లు/సెం.మీ నుండి 30 డైన్లు/సెం.మీ కంటే తక్కువకు తగ్గిస్తాయని తేలింది, ఇది మెరుగైన హైడ్రోకార్బన్ శోషణకు వీలు కల్పిస్తుంది. సూడోమోనాస్, బాసిల్లస్, రోడోకాకస్, బర్ఖోల్డెరియా మరియు ఇతర బాక్టీరియా జాతులు నాఫ్తలీన్ మరియు మిథైల్నాఫ్తలీన్ మాధ్యమాలలో పెరిగినప్పుడు వివిధ రామ్నోలిపిడ్ మరియు గ్లైకోలిపిడ్-ఆధారిత బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్లను ఉత్పత్తి చేయగలవని నివేదించబడింది (కంగా మరియు ఇతరులు, 1997; పుంటస్ మరియు ఇతరులు, 2005). నాఫ్థోయిక్ ఆమ్లం (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 1995) వంటి సుగంధ సమ్మేళనాలపై పెరిగినప్పుడు సూడోమోనాస్ మాల్టోఫిలియా CSV89 ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్ బయోసర్-పిఎమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలదు. బయోసర్-పిఎమ్ నిర్మాణం యొక్క గతిశాస్త్రం దాని సంశ్లేషణ పెరుగుదల మరియు pH-ఆధారిత ప్రక్రియ అని చూపించింది. తటస్థ pH వద్ద కణాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన బయోసర్-పిఎమ్ మొత్తం pH 8.5 వద్ద కంటే ఎక్కువగా ఉందని కనుగొనబడింది. pH 8.5 వద్ద పెరిగిన కణాలు pH 7.0 వద్ద పెరిగిన కణాల కంటే ఎక్కువ హైడ్రోఫోబిక్ మరియు సుగంధ మరియు అలిఫాటిక్ సమ్మేళనాలకు ఎక్కువ అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటాయి. రోడోకాకస్ spp లో. N6, అధిక కార్బన్ నుండి నైట్రోజన్ (C:N) నిష్పత్తి మరియు ఇనుము పరిమితి అనేవి ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్ల ఉత్పత్తికి సరైన పరిస్థితులు (ముటాలిక్ మరియు ఇతరులు, 2008). జాతులు మరియు కిణ్వ ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా బయోసర్ఫ్యాక్టెంట్ల (సర్ఫ్యాక్టిన్లు) బయోసింథసిస్‌ను మెరుగుపరచడానికి ప్రయత్నాలు జరిగాయి. అయితే, కల్చర్ మాధ్యమంలో సర్ఫ్యాక్టెంట్ యొక్క టైటర్ తక్కువగా ఉంటుంది (1.0 గ్రా/లీ), ఇది పెద్ద-స్థాయి ఉత్పత్తికి సవాలుగా ఉంటుంది (జియావో మరియు ఇతరులు, 2017; వు మరియు ఇతరులు, 2019). అందువల్ల, దాని బయోసింథసిస్‌ను మెరుగుపరచడానికి జన్యు ఇంజనీరింగ్ పద్ధతులు ఉపయోగించబడ్డాయి. అయితే, ఒపెరాన్ యొక్క పెద్ద పరిమాణం (∼25 kb) మరియు కోరమ్ సెన్సింగ్ సిస్టమ్ యొక్క సంక్లిష్ట బయోసింథటిక్ నియంత్రణ (జియావో మరియు ఇతరులు, 2017; వు మరియు ఇతరులు, 2019) కారణంగా దాని ఇంజనీరింగ్ మార్పు కష్టం. బాసిల్లస్ బ్యాక్టీరియాలో అనేక జన్యు ఇంజనీరింగ్ మార్పులు జరిగాయి, ప్రధానంగా ప్రమోటర్ (srfA operon) ను భర్తీ చేయడం ద్వారా సర్ఫాక్టిన్ ఉత్పత్తిని పెంచడం, సర్ఫాక్టిన్ ఎగుమతి ప్రోటీన్ YerP మరియు నియంత్రణ కారకాలు ComX మరియు PhrC (Jiao et al., 2017) ను అతిగా వ్యక్తీకరించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు. అయితే, ఈ జన్యు ఇంజనీరింగ్ పద్ధతులు ఒకటి లేదా కొన్ని జన్యు మార్పులను మాత్రమే సాధించాయి మరియు ఇంకా వాణిజ్య ఉత్పత్తికి చేరుకోలేదు. అందువల్ల, జ్ఞాన-ఆధారిత ఆప్టిమైజేషన్ పద్ధతులపై మరింత అధ్యయనం అవసరం.
PAH బయోడిగ్రేడేషన్ అధ్యయనాలు ప్రధానంగా ప్రామాణిక ప్రయోగశాల పరిస్థితులలో నిర్వహించబడతాయి. అయితే, కలుషితమైన ప్రదేశాలలో లేదా కలుషితమైన వాతావరణాలలో, అనేక అబియోటిక్ మరియు బయోటిక్ కారకాలు (ఉష్ణోగ్రత, pH, ఆక్సిజన్, పోషక లభ్యత, ఉపరితల జీవ లభ్యత, ఇతర జెనోబయోటిక్స్, తుది-ఉత్పత్తి నిరోధం మొదలైనవి) సూక్ష్మజీవుల క్షీణత సామర్థ్యాన్ని మారుస్తాయని మరియు ప్రభావితం చేస్తాయని చూపబడింది.
ఉష్ణోగ్రత PAH జీవఅధోకరణంపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, కరిగిన ఆక్సిజన్ సాంద్రత తగ్గుతుంది, ఇది ఏరోబిక్ సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియను ప్రభావితం చేస్తుంది, ఎందుకంటే వాటికి హైడ్రాక్సిలేషన్ లేదా రింగ్ క్లీవేజ్ ప్రతిచర్యలను నిర్వహించే ఆక్సిజనేస్‌లకు సబ్‌స్ట్రేట్‌లలో ఒకటిగా పరమాణు ఆక్సిజన్ అవసరం. పెరిగిన ఉష్ణోగ్రత మాతృ PAHలను మరింత విషపూరిత సమ్మేళనాలుగా మారుస్తుందని, తద్వారా జీవఅధోకరణాన్ని నిరోధిస్తుందని తరచుగా గుర్తించబడింది (ముల్లర్ మరియు ఇతరులు, 1998).
PAH కలుషితమైన అనేక ప్రదేశాలు తీవ్ర pH విలువలను కలిగి ఉన్నాయని గమనించబడింది, ఉదాహరణకు యాసిడ్ మైన్ డ్రైనేజ్ కలుషితమైన ప్రదేశాలు (pH 1–4) మరియు ఆల్కలీన్ లీచేట్ (pH 8–12) తో కలుషితమైన సహజ వాయువు/బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ ప్రదేశాలు. ఈ పరిస్థితులు జీవఅధోకరణ ప్రక్రియను తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తాయి. అందువల్ల, జీవఅధోకరణం కోసం సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించే ముందు, క్షార నేలలకు అమ్మోనియం సల్ఫేట్ లేదా అమ్మోనియం నైట్రేట్ వంటి తగిన రసాయనాలను (మితమైన నుండి చాలా తక్కువ ఆక్సీకరణ-తగ్గింపు సామర్థ్యంతో) జోడించడం ద్వారా లేదా ఆమ్ల ప్రదేశాలకు కాల్షియం కార్బోనేట్ లేదా మెగ్నీషియం కార్బోనేట్‌తో సున్నం చేయడం ద్వారా pH ను సర్దుబాటు చేయాలని సిఫార్సు చేయబడింది (బౌలెన్ మరియు ఇతరులు 1995; గుప్తా మరియు సార్ 2020).
ప్రభావిత ప్రాంతానికి ఆక్సిజన్ సరఫరా అనేది PAH బయోడిగ్రేడేషన్ రేటును పరిమితం చేసే అంశం. పర్యావరణం యొక్క రెడాక్స్ పరిస్థితుల కారణంగా, ఇన్ సిటు బయోరిమిడియేషన్ ప్రక్రియలకు సాధారణంగా బాహ్య వనరుల నుండి ఆక్సిజన్ పరిచయం అవసరం (టిల్లింగ్, ఎయిర్ స్పార్గింగ్ మరియు రసాయన జోడింపు) (పార్డిక్ మరియు ఇతరులు, 1992). కలుషితమైన జలాశయానికి మెగ్నీషియం పెరాక్సైడ్ (ఆక్సిజన్ విడుదల చేసే సమ్మేళనం) జోడించడం వల్ల BTEX సమ్మేళనాలను సమర్థవంతంగా బయోరిమిడియేషన్ చేయవచ్చని ఓడెన్‌క్రాంజ్ మరియు ఇతరులు (1996) నిరూపించారు. మరొక అధ్యయనం సోడియం నైట్రేట్‌ను ఇంజెక్ట్ చేయడం ద్వారా మరియు ప్రభావవంతమైన బయోరిమిడియేషన్‌ను సాధించడానికి వెలికితీత బావులను నిర్మించడం ద్వారా కలుషితమైన జలాశయంలో ఫినాల్ మరియు BTEX యొక్క ఇన్ సిటు క్షీణతను పరిశోధించింది (బ్యూలీ మరియు వెబ్, 2001).