ఈ వ్యాసం “అధునాతన బయోరిమీడియేషన్ టెక్నాలజీలు మరియు సింథటిక్ ఆర్గానిక్ కాంపౌండ్స్ (SOC) రీసైక్లింగ్ ప్రక్రియలు” అనే పరిశోధన అంశంలో భాగం. మొత్తం 14 వ్యాసాలను వీక్షించండి.
నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రతిక్షేపిత నాఫ్తలీన్‌లు (మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లం, 1-నాఫ్థైల్-N-మిథైల్‌కార్బమేట్, మొదలైనవి) వంటి తక్కువ అణుభారం గల పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (PAHలు) వివిధ పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి మరియు జీవులకు జన్యువిషపూరితమైనవి, ఉత్పరివర్తనకారకమైనవి మరియు/లేదా క్యాన్సర్ కారకాలుగా ఉంటాయి. ఈ సంశ్లేషిత సేంద్రీయ సమ్మేళనాలు (SOCలు) లేదా జెనోబయోటిక్స్ ప్రాధాన్యత కాలుష్య కారకాలుగా పరిగణించబడతాయి మరియు ప్రపంచ పర్యావరణానికి, ప్రజారోగ్యానికి తీవ్రమైన ముప్పును కలిగిస్తాయి. మానవ కార్యకలాపాల తీవ్రత (ఉదా. బొగ్గు వాయువుగా మార్చడం, చమురు శుద్ధి, వాహన ఉద్గారాలు మరియు వ్యవసాయ అనువర్తనాలు) ఈ సర్వవ్యాప్త మరియు దీర్ఘకాలిక సమ్మేళనాల సాంద్రత, గమ్యం మరియు రవాణాను నిర్ధారిస్తుంది. భౌతిక మరియు రసాయన చికిత్స/తొలగింపు పద్ధతులతో పాటు, POCలను పూర్తిగా క్షీణింపజేయగల లేదా వాటిని విషరహిత ఉప-ఉత్పత్తులుగా మార్చగల సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించుకునే బయోరిమెడియేషన్ వంటి హరిత మరియు పర్యావరణ అనుకూల సాంకేతికతలు సురక్షితమైన, తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన మరియు ఆశాజనకమైన ప్రత్యామ్నాయంగా ఆవిర్భవించాయి. నేల సూక్ష్మజీవులలోని ప్రోటియోబాక్టీరియా (సూడోమోనాస్, సూడోమోనాస్, కొమోనాస్, బర్ఖోల్డేరియా మరియు నియోస్ఫింగోబాక్టీరియం), ఫిర్మికుట్స్ (బాసిల్లస్ మరియు పేనిబాసిల్లస్), మరియు యాక్టినోబాక్టీరియా (రోడోకోకస్ మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్) ఫైలాలకు చెందిన వివిధ బాక్టీరియా జాతులు, పలు సేంద్రీయ సమ్మేళనాలను విచ్ఛిన్నం చేసే సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శించాయి. జీవక్రియ అధ్యయనాలు, జీనోమిక్స్ మరియు మెటాజీనోమిక్ విశ్లేషణలు ఈ సరళమైన జీవ రూపాలలో ఉన్న విచ్ఛిన్న సంక్లిష్టతను మరియు వైవిధ్యాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి మనకు సహాయపడతాయి, దీనిని సమర్థవంతమైన జీవ విచ్ఛిన్నం కోసం మరింతగా ఉపయోగించుకోవచ్చు. PAHల దీర్ఘకాలిక ఉనికి, ప్లాస్మిడ్‌లు, ట్రాన్స్‌పోజోన్‌లు, బాక్టీరియోఫేజ్‌లు, జీనోమిక్ ఐలాండ్‌లు మరియు సమగ్ర సంయోగ మూలకాలు వంటి జన్యు మూలకాలను ఉపయోగించి క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ ద్వారా నూతన విచ్ఛిన్న ఫినోటైప్‌ల ఆవిర్భావానికి దారితీసింది. సిస్టమ్స్ బయాలజీ మరియు నిర్దిష్ట ఐసోలేట్‌లు లేదా మోడల్ కమ్యూనిటీల (కన్సార్టియా) జన్యు ఇంజనీరింగ్, సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాల ద్వారా ఈ PAHల యొక్క సమగ్ర, వేగవంతమైన మరియు సమర్థవంతమైన బయోరిమీడియేషన్‌ను సాధ్యం చేస్తాయి. ఈ సమీక్షలో, మేము నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్‌ను విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియా యొక్క విభిన్న జీవక్రియ మార్గాలు మరియు వైవిధ్యం, జన్యు కూర్పు మరియు వైవిధ్యం, ఇంకా కణ ప్రతిస్పందనలు/అనుకూలతలపై దృష్టి సారిస్తాము. ఇది క్షేత్రస్థాయి అనువర్తనం కోసం పర్యావరణ సమాచారాన్ని మరియు సమర్థవంతమైన బయోరిమీడియేషన్ కొరకు స్ట్రెయిన్ ఆప్టిమైజేషన్‌ను అందిస్తుంది.
పరిశ్రమల (పెట్రోకెమికల్స్, వ్యవసాయం, ఫార్మాస్యూటికల్స్, టెక్స్‌టైల్ డైస్, కాస్మెటిక్స్ మొదలైనవి) వేగవంతమైన అభివృద్ధి ప్రపంచ ఆర్థిక శ్రేయస్సుకు మరియు జీవన ప్రమాణాల మెరుగుదలకు దోహదపడింది. ఈ విపరీతమైన అభివృద్ధి ఫలితంగా పెద్ద సంఖ్యలో సింథటిక్ ఆర్గానిక్ కాంపౌండ్స్ (SOCs) ఉత్పత్తి అయ్యాయి, వీటిని వివిధ ఉత్పత్తుల తయారీలో ఉపయోగిస్తారు. ఈ బాహ్య సమ్మేళనాలు లేదా SOCలలో పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (PAHలు), పురుగుమందులు, కలుపుమందులు, ప్లాస్టిసైజర్లు, రంగులు, ఫార్మాస్యూటికల్స్, ఆర్గానోఫాస్ఫేట్లు, ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్లు, అస్థిర సేంద్రీయ ద్రావకాలు మొదలైనవి ఉంటాయి. ఇవి వాతావరణంలోకి, జల మరియు భూసంబంధమైన పర్యావరణ వ్యవస్థలలోకి విడుదలవుతాయి, అక్కడ అవి భౌతిక-రసాయన లక్షణాలు మరియు జీవసముదాయ నిర్మాణంలో మార్పుల ద్వారా వివిధ జీవరూపాలపై హానికరమైన ప్రభావాలను కలిగిస్తూ బహుముఖ ప్రభావాలను చూపుతాయి (పెట్రీ మరియు ఇతరులు, 2015; బెర్న్‌హార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు, 2017; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020). అనేక సుగంధ కాలుష్య కారకాలు అనేక చెక్కుచెదరని పర్యావరణ వ్యవస్థలు/జీవవైవిధ్య హాట్‌స్పాట్‌లపై (ఉదా. పగడపు దిబ్బలు, ఆర్కిటిక్/అంటార్కిటిక్ మంచు పలకలు, ఎత్తైన పర్వత సరస్సులు, లోతైన సముద్రపు అవక్షేపాలు మొదలైనవి) బలమైన మరియు వినాశకరమైన ప్రభావాలను కలిగి ఉంటాయి (జోన్స్ 2010; బేయర్ మరియు ఇతరులు 2020; నార్డ్‌బోర్గ్ మరియు ఇతరులు 2020). ఇటీవలి జియోమైక్రోబయాలజికల్ అధ్యయనాలు, కృత్రిమ నిర్మాణాల (నిర్మిత పర్యావరణం) (ఉదా. గ్రానైట్, రాయి, కలప మరియు లోహంతో చేసిన సాంస్కృతిక వారసత్వ ప్రదేశాలు మరియు స్మారక చిహ్నాలు) ఉపరితలాలపై కృత్రిమ సేంద్రీయ పదార్థం (ఉదా. సుగంధ కాలుష్య కారకాలు) మరియు వాటి ఉత్పన్నాలు పేరుకుపోవడం వాటి క్షీణతను వేగవంతం చేస్తుందని చూపించాయి (గాడ్ 2017; లియు మరియు ఇతరులు 2018). మానవ కార్యకలాపాలు వాయు కాలుష్యం మరియు వాతావరణ మార్పుల ద్వారా స్మారక చిహ్నాలు మరియు భవనాల జీవ క్షీణతను తీవ్రతరం చేసి, మరింత దిగజార్చగలవు (లియు మరియు ఇతరులు 2020). ఈ సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాలు వాతావరణంలోని నీటి ఆవిరితో చర్య జరిపి నిర్మాణంపై స్థిరపడతాయి, దీనివల్ల ఆ పదార్థం భౌతికంగా మరియు రసాయనికంగా క్షీణిస్తుంది. జీవక్షయం అనేది జీవుల వలన పదార్థాల స్వరూపం మరియు లక్షణాలలో కలిగే అవాంఛనీయ మార్పులుగా విస్తృతంగా గుర్తించబడింది, ఇవి వాటి పరిరక్షణను ప్రభావితం చేస్తాయి (పోచోన్ మరియు జాటన్, 1967). ఇంకా, ఈ సమ్మేళనాలపై సూక్ష్మజీవుల చర్య (జీవక్రియ) వాటి నిర్మాణ సమగ్రతను, పరిరక్షణ సామర్థ్యాన్ని మరియు సాంస్కృతిక విలువను తగ్గించగలదు (గాడ్, 2017; లియు మరియు ఇతరులు, 2018). మరోవైపు, కొన్ని సందర్భాల్లో, ఈ నిర్మాణాలకు సూక్ష్మజీవుల అనుసరణ మరియు ప్రతిస్పందన ప్రయోజనకరంగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది, ఎందుకంటే అవి బయోఫిల్మ్‌లను మరియు ఇతర రక్షిత పొరలను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి క్షయం/విచ్ఛిన్నం రేటును తగ్గిస్తాయి (మార్టినో, 2016). అందువల్ల, రాతి, లోహ మరియు చెక్క స్మారక చిహ్నాల కోసం సమర్థవంతమైన దీర్ఘకాలిక సుస్థిర పరిరక్షణ వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయడానికి, ఈ ప్రక్రియలో ఇమిడి ఉన్న కీలక అంశాలపై పూర్తి అవగాహన అవసరం. సహజ ప్రక్రియలతో (భౌగోళిక ప్రక్రియలు, అటవీ అగ్నిప్రమాదాలు, అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనాలు, మొక్కలు మరియు బ్యాక్టీరియా చర్యలు) పోలిస్తే, మానవ కార్యకలాపాలు పర్యావరణ వ్యవస్థలలోకి పెద్ద పరిమాణంలో పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లను (PAHలు) మరియు ఇతర సేంద్రీయ కార్బన్‌ను (OC) విడుదల చేస్తాయి. వ్యవసాయంలో (DDT, అట్రాజైన్, కార్బరిల్, పెంటాక్లోరోఫెనాల్ మొదలైన కీటకనాశకాలు మరియు పురుగుమందులు), పరిశ్రమలలో (ముడి చమురు, చమురు బురద/వ్యర్థాలు, పెట్రోలియం నుండి తయారైన ప్లాస్టిక్‌లు, PCBలు, ప్లాస్టిసైజర్లు, డిటర్జెంట్లు, క్రిమిసంహారకాలు, ఫ్యూమిగెంట్లు, సుగంధ ద్రవ్యాలు మరియు ప్రిజర్వేటివ్‌లు), వ్యక్తిగత సంరక్షణ ఉత్పత్తులలో (సన్‌స్క్రీన్‌లు, క్రిమిసంహారకాలు, కీటక వికర్షకాలు మరియు పాలీసైక్లిక్ మస్క్‌లు) మరియు ఆయుధాలలో (2,4,6-TNT వంటి పేలుడు పదార్థాలు) ఉపయోగించే అనేక PAHలు గ్రహ ఆరోగ్యంపై ప్రభావం చూపే అవకాశం ఉన్న జెనోబయోటిక్స్ (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna and Phale, 2008; Petrie et al., 2015). ఈ జాబితాను పెట్రోలియం నుండి తయారైన సమ్మేళనాలు (ఫ్యూయల్ ఆయిల్స్, లూబ్రికెంట్లు, ఆస్ఫాల్టెన్‌లు), అధిక అణుభారం గల బయోప్లాస్టిక్‌లు మరియు అయానిక్ ద్రవాలను చేర్చడానికి విస్తరించవచ్చు (Amde et al., 2015). పట్టిక 1 వివిధ సుగంధ కాలుష్య కారకాలను మరియు వివిధ పరిశ్రమలలో వాటి అనువర్తనాలను జాబితా చేస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, అస్థిర సేంద్రీయ సమ్మేళనాల మానవజనిత ఉద్గారాలు, అలాగే కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు ఇతర గ్రీన్హౌస్ వాయువులు పెరగడం ప్రారంభించాయి (డ్వోరాక్ మరియు ఇతరులు, 2017). అయితే, మానవజనిత ప్రభావాలు సహజ ప్రభావాలను గణనీయంగా మించిపోతున్నాయి. అదనంగా, అనేక SOCలు చాలా పర్యావరణ పరిసరాలలో నిలిచి ఉంటాయని మరియు జీవ మండలాలపై ప్రతికూల ప్రభావాలతో ఉద్భవిస్తున్న కాలుష్య కారకాలుగా గుర్తించబడ్డాయని మేము కనుగొన్నాము (పటం 1). యునైటెడ్ స్టేట్స్ ఎన్విరాన్మెంటల్ ప్రొటెక్షన్ ఏజెన్సీ (USEPA) వంటి పర్యావరణ సంస్థలు ఈ కాలుష్య కారకాలలో చాలా వాటిని వాటి కణవిష, జన్యువిష, మ్యుటాజెనిక్ మరియు క్యాన్సర్ కారక లక్షణాల కారణంగా తమ ప్రాధాన్యతా జాబితాలో చేర్చాయి. అందువల్ల, కలుషితమైన పర్యావరణ వ్యవస్థల నుండి వ్యర్థాలను శుద్ధి చేయడానికి/తొలగించడానికి కఠినమైన పారవేత నిబంధనలు మరియు సమర్థవంతమైన వ్యూహాలు అవసరం. పైరోలిసిస్, ఆక్సీకరణ ఉష్ణ చికిత్స, వాయు ప్రసరణ, భూమిలో పూడ్చివేయడం, దహనం మొదలైన వివిధ భౌతిక మరియు రసాయన చికిత్సా పద్ధతులు అసమర్థమైనవి, ఖరీదైనవి మరియు తినివేసే, విషపూరితమైన మరియు చికిత్స చేయడానికి కష్టమైన ఉప-ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ప్రపంచవ్యాప్తంగా పర్యావరణంపై అవగాహన పెరగడంతో, ఈ కాలుష్య కారకాలను మరియు వాటి ఉత్పన్నాలను (హాలోజినేటెడ్, నైట్రో, ఆల్కైల్ మరియు/లేదా మిథైల్ వంటివి) విచ్ఛిన్నం చేయగల సూక్ష్మజీవులు అధిక ప్రాముఖ్యతను పొందుతున్నాయి (ఫెన్నెల్ మరియు ఇతరులు, 2004; హరితాష్ మరియు కౌశిక్, 2009; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020; ష్వానెమాన్ మరియు ఇతరులు, 2020). సుగంధ కాలుష్య కారకాలను తొలగించడానికి ఈ దేశీయ సూక్ష్మజీవులను ఒంటరిగా లేదా మిశ్రమ సంస్కృతులలో (కాలనీలుగా) ఉపయోగించడం వల్ల పర్యావరణ భద్రత, ఖర్చు, సామర్థ్యం, ​​ప్రభావశీలత మరియు సుస్థిరత పరంగా ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. పరిశోధకులు సూక్ష్మజీవుల ప్రక్రియలను విద్యుత్ రసాయన రెడాక్స్ పద్ధతులతో, అంటే బయోఎలక్ట్రోకెమికల్ సిస్టమ్స్ (BES)తో అనుసంధానించడాన్ని కూడా కాలుష్య కారకాల చికిత్స/తొలగింపు కోసం ఒక ఆశాజనకమైన సాంకేతికతగా అన్వేషిస్తున్నారు (హువాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2011). BES సాంకేతికత దాని అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ ఖర్చు, పర్యావరణ భద్రత, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేయడం, జీవ అనుకూల పదార్థాలు, మరియు విలువైన ఉప-ఉత్పత్తులను (ఉదాహరణకు, విద్యుత్, ఇంధనం, మరియు రసాయనాలు) తిరిగి పొందగల సామర్థ్యం కారణంగా పెరుగుతున్న దృష్టిని ఆకర్షించింది (ప్యాంట్ మరియు ఇతరులు, 2012; నజారి మరియు ఇతరులు, 2020). హై-త్రూపుట్ జీనోమ్ సీక్వెన్సింగ్ మరియు ఓమిక్స్ సాధనాలు/పద్ధతుల ఆవిర్భావం, వివిధ విచ్ఛిన్నకారి సూక్ష్మజీవుల చర్యల యొక్క జన్యు నియంత్రణ, ప్రోటియోమిక్స్, మరియు ఫ్లక్సోమిక్స్‌పై అపారమైన కొత్త సమాచారాన్ని అందించింది. ఈ సాధనాలను సిస్టమ్స్ బయాలజీతో కలపడం వలన, సమర్థవంతమైన మరియు ప్రభావవంతమైన జీవ విచ్ఛిన్నతను సాధించడానికి సూక్ష్మజీవులలో లక్షిత విచ్ఛిన్న మార్గాలను (అంటే, జీవక్రియ రూపకల్పన) ఎంచుకోవడం మరియు వాటిని చక్కగా సర్దుబాటు చేయడంపై మన అవగాహన మరింత మెరుగుపడింది. తగిన అభ్యర్థి సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించి ప్రభావవంతమైన జీవ పునరుద్ధరణ వ్యూహాలను రూపొందించడానికి, మనం సూక్ష్మజీవుల జీవరసాయన సామర్థ్యం, ​​జీవక్రియ వైవిధ్యం, జన్యు కూర్పు, మరియు జీవావరణ శాస్త్రాన్ని (ఆటోఎకాలజీ/సినెకాలజీ) అర్థం చేసుకోవాలి.
పటం 1. వివిధ పర్యావరణ పరిస్థితులు మరియు జీవరాశిని ప్రభావితం చేసే వివిధ కారకాల ద్వారా అల్ప-అణు PAHల యొక్క మూలాలు మరియు మార్గాలు. చుక్కల గీతలు పర్యావరణ వ్యవస్థ మూలకాల మధ్య పరస్పర చర్యలను సూచిస్తాయి.
ఈ సమీక్షలో, జీవక్రియ మార్గాలు మరియు వైవిధ్యం, క్షీణతలో పాల్గొనే ఎంజైమ్‌లు, జన్యు కూర్పు/విషయం మరియు వైవిధ్యం, కణ ప్రతిస్పందనలు మరియు జీవ పునరుద్ధరణ యొక్క వివిధ అంశాలను కవర్ చేస్తూ, వివిధ బ్యాక్టీరియా ఐసోలేట్‌ల ద్వారా నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్‌ల వంటి సరళమైన PAHల క్షీణతపై ఉన్న డేటాను సంగ్రహించడానికి మేము ప్రయత్నించాము. జీవరసాయన మరియు అణు స్థాయిలను అర్థం చేసుకోవడం, అటువంటి ప్రాధాన్యత కాలుష్య కారకాల సమర్థవంతమైన జీవ పునరుద్ధరణ కోసం తగిన హోస్ట్ స్ట్రెయిన్‌లను గుర్తించడానికి మరియు వాటి తదుపరి జన్యు ఇంజనీరింగ్‌కు సహాయపడుతుంది. ఇది సమర్థవంతమైన జీవ పునరుద్ధరణ కోసం సైట్-నిర్దిష్ట బ్యాక్టీరియా సముదాయాలను స్థాపించడానికి వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయడంలో సహాయపడుతుంది.
హకెల్ నియమం 4n + 2π ఎలక్ట్రాన్లు, n = 1, 2, 3, …ను సంతృప్తిపరిచే అధిక సంఖ్యలో విషపూరిత మరియు ప్రమాదకరమైన ఆరోమాటిక్ సమ్మేళనాల ఉనికి, గాలి, నేల, అవక్షేపాలు, ఉపరితల మరియు భూగర్భ జలాలు వంటి వివిధ పర్యావరణ మాధ్యమాలకు తీవ్రమైన ముప్పును కలిగిస్తుంది (పుగ్లిసి మరియు ఇతరులు, 2007). ఈ సమ్మేళనాలలో ఒకే బెంజీన్ వలయాలు (మోనోసైక్లిక్) లేదా బహుళ బెంజీన్ వలయాలు (పాలీసైక్లిక్) సరళ, కోణీయ లేదా క్లస్టర్ రూపంలో అమర్చబడి ఉంటాయి మరియు అధిక రుణాత్మక రెసొనెన్స్ శక్తి కారణంగా పర్యావరణంలో స్థిరత్వాన్ని (స్థిరత్వం/అస్థిరత్వం) మరియు జడత్వాన్ని (జడత్వం) ప్రదర్శిస్తాయి, దీనిని వాటి జలవికర్షణ మరియు క్షయకరణ స్థితి ద్వారా వివరించవచ్చు. ఆరోమాటిక్ రింగ్‌ను మిథైల్ (-CH3), కార్బాక్సిల్ (-COOH), హైడ్రాక్సిల్ (-OH), లేదా సల్ఫోనేట్ (-HSO3) గ్రూపులతో భర్తీ చేసినప్పుడు, అది మరింత స్థిరంగా మారుతుంది, మాక్రోమాలిక్యూల్స్‌పై బలమైన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు జీవ వ్యవస్థలలో జీవసంచయనం చెందుతుంది (సియో మరియు ఇతరులు, 2009; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020). నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలైన [మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లం, నాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనేట్, మరియు 1-నాఫ్థైల్ N-మిథైల్‌కార్బమేట్ (కార్బరిల్)] వంటి కొన్ని తక్కువ అణుభార పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లను (LMWAHలు), జన్యువిషపూరితమైనవిగా, మ్యుటాజెనిక్‌గా, మరియు/లేదా కార్సినోజెనిక్‌గా యుఎస్ ఎన్విరాన్‌మెంటల్ ప్రొటెక్షన్ ఏజెన్సీ ప్రాధాన్యత కలిగిన సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల జాబితాలో చేర్చింది (సెర్నిగ్లియా, 1984). ఈ తరగతికి చెందిన NM-PAHలను పర్యావరణంలోకి విడుదల చేయడం వల్ల ఆహార గొలుసులోని అన్ని స్థాయిలలో ఈ సమ్మేళనాలు జీవసంచయనం చెందవచ్చు, తద్వారా పర్యావరణ వ్యవస్థల ఆరోగ్యం ప్రభావితమవుతుంది (బింకోవా మరియు ఇతరులు, 2000; స్రోగి, 2007; క్విన్ మరియు ఇతరులు, 2009).
జీవరాశికి PAHల మూలాలు మరియు మార్గాలు ప్రధానంగా నేల, భూగర్భజలం, ఉపరితల జలం, పంటలు మరియు వాతావరణం వంటి వివిధ పర్యావరణ వ్యవస్థ భాగాల మధ్య వలస మరియు పరస్పర చర్యల ద్వారా జరుగుతాయి (అరే మరియు అట్కిన్సన్, 2003). పర్యావరణ వ్యవస్థలలో వివిధ అల్ప అణుభార PAHల పరస్పర చర్యలు, పంపిణీ మరియు జీవరాశి/మానవులకు అవి చేరే మార్గాలను పటం 1 చూపిస్తుంది. వాయు కాలుష్యం ఫలితంగా మరియు వాహన ఉద్గారాలు, పారిశ్రామిక వ్యర్థ వాయువులు (బొగ్గు వాయువుగా మార్చడం, దహనం మరియు కోక్ ఉత్పత్తి) వలస (కొట్టుకుపోవడం) మరియు వాటి నిక్షేపణ ద్వారా PAHలు ఉపరితలాలపై పేరుకుపోతాయి. సింథటిక్ వస్త్రాలు, రంగులు మరియు పెయింట్ల తయారీ; కలప సంరక్షణ; రబ్బరు శుద్ధి; సిమెంట్ తయారీ కార్యకలాపాలు; పురుగుమందుల ఉత్పత్తి; మరియు వ్యవసాయ అనువర్తనాలు వంటి పారిశ్రామిక కార్యకలాపాలు భూమి మరియు జల వ్యవస్థలలో PAHలకు ప్రధాన మూలాలు (బామ్‌ఫోర్త్ మరియు సింగిల్‌టన్, 2005; విక్ మరియు ఇతరులు, 2011). విద్యుత్ ప్లాంట్లు, నివాస తాపనం, వాయు మరియు రహదారి ట్రాఫిక్ భారాలు, మరియు నిర్మాణ కార్యకలాపాల నుండి వెలువడే ఉద్గారాల కారణంగా, శివారు మరియు పట్టణ ప్రాంతాలలో, రహదారుల సమీపంలో, మరియు పెద్ద నగరాలలోని నేలలు పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లకు (PAHలు) ఎక్కువగా గురవుతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (సుమన్ మరియు ఇతరులు, 2016). (2008) అమెరికాలోని లూసియానాలోని న్యూ ఓర్లీన్స్‌లో రహదారుల సమీపంలోని నేలలో PAHలు 7189 μg/kg వరకు ఉన్నాయని, అయితే బహిరంగ ప్రదేశంలో అవి కేవలం 2404 μg/kg మాత్రమే ఉన్నాయని చూపించింది. అదేవిధంగా, అనేక అమెరికా నగరాల్లో బొగ్గు గ్యాసిఫికేషన్ సైట్‌ల సమీప ప్రాంతాలలో 300 μg/kg వరకు అధిక స్థాయిలో PAHలు ఉన్నట్లు నివేదించబడింది (కనాలి మరియు హరయామా, 2000; బామ్‌ఫోర్త్ మరియు సింగిల్‌టన్, 2005). ఢిల్లీ (శర్మ మరియు ఇతరులు, 2008), ఆగ్రా (దుబే మరియు ఇతరులు, 2014), ముంబై (కులకర్ణి మరియు వెంకటరామన్, 2000) మరియు విశాఖపట్నం (కులకర్ణి మరియు ఇతరులు, 2014) వంటి వివిధ భారతీయ నగరాల నేలల్లో PAHలు అధిక సాంద్రతలో ఉన్నట్లు నివేదించబడింది. సుగంధ సమ్మేళనాలు నేల కణాలు, సేంద్రీయ పదార్థం మరియు బంకమట్టి ఖనిజాలపై మరింత సులభంగా శోషించబడతాయి, తద్వారా పర్యావరణ వ్యవస్థలలో ప్రధాన కార్బన్ సింక్‌లుగా మారతాయి (స్రోగి, 2007; పెంగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). జల పర్యావరణ వ్యవస్థలలో PAHల యొక్క ప్రధాన వనరులు అవపాతం (తడి/పొడి అవపాతం మరియు నీటి ఆవిరి), పట్టణ ప్రవాహం, మురుగునీటి విడుదల, భూగర్భ జలాల పునఃపూరణ మొదలైనవి (స్రోగి, 2007). సముద్ర జీవావరణ వ్యవస్థలలోని PAHలలో సుమారు 80% అవపాతం, అవక్షేపణ మరియు వ్యర్థాల విడుదల నుండి ఉద్భవించాయని అంచనా వేయబడింది (మోటెలే-మస్సేయి మరియు ఇతరులు, 2006; స్రోగి, 2007). ఉపరితల నీటిలో లేదా ఘన వ్యర్థాల పారవేత ప్రదేశాల నుండి వెలువడే లీచెట్‌లో అధిక సాంద్రతలో ఉన్న PAHలు చివరికి భూగర్భజలాల్లోకి లీక్ అవుతాయి. దక్షిణ మరియు ఆగ్నేయాసియాలోని 70% కంటే ఎక్కువ జనాభా భూగర్భజలాలను త్రాగుతున్నందున, ఇది ప్రజారోగ్యానికి ఒక పెద్ద ముప్పును కలిగిస్తుంది (దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2019). భారతదేశంలోని పశ్చిమ బెంగాల్ నుండి నది (32) మరియు భూగర్భజలాల (235) విశ్లేషణలపై దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు (2020) చేసిన ఒక ఇటీవలి అధ్యయనంలో, అంచనా ప్రకారం 53% పట్టణ నివాసితులు మరియు 44% గ్రామీణ నివాసితులు (మొత్తం 20 మిలియన్ల నివాసితులు) నాఫ్తలీన్ (4.9–10.6 μg/L) మరియు దాని ఉత్పన్నాలకు గురయ్యే అవకాశం ఉందని కనుగొన్నారు. భూగర్భంలో తక్కువ అణుభారం గల PAHల నిలువు రవాణాను (అడ్వెక్షన్) నియంత్రించే ప్రధాన కారకాలుగా విభిన్న భూ వినియోగ నమూనాలు మరియు పెరిగిన భూగర్భజల వెలికితీత పరిగణించబడుతున్నాయి. నదీ పరీవాహక ప్రాంతాలు మరియు భూగర్భ అవక్షేపాలలో వ్యవసాయ వ్యర్థాలు, పురపాలక మరియు పారిశ్రామిక మురుగునీటి విడుదలలు, మరియు ఘన వ్యర్థాలు/చెత్త విడుదలలు PAHల ద్వారా ప్రభావితమవుతున్నట్లు కనుగొనబడింది. వాతావరణ అవపాతం PAH కాలుష్యాన్ని మరింత తీవ్రతరం చేస్తుంది. ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఫ్రేజర్ నది, లౌవాన్ నది, డెన్సో నది, మిస్సౌరీ నది, అనకోస్టియా నది, ఎబ్రో నది, మరియు డెలావేర్ నది వంటి నదులు/జలవనరులలో PAHలు మరియు వాటి ఆల్కైల్ ఉత్పన్నాల (మొత్తం 51) అధిక సాంద్రతలు నివేదించబడ్డాయి (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018). గంగా నదీ పరివాహక ప్రాంతంలోని అవక్షేపాలలో, నాఫ్తలీన్ మరియు ఫెనాంత్రెన్ అత్యంత ముఖ్యమైనవిగా గుర్తించబడ్డాయి (70% నమూనాలలో కనుగొనబడ్డాయి) (దత్తగుప్త మరియు ఇతరులు, 2019). అంతేకాకుండా, త్రాగునీటి క్లోరినేషన్ వలన మరింత విషపూరితమైన ఆక్సిజనేటెడ్ మరియు క్లోరినేటెడ్ PAHలు ఏర్పడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (మనోలి మరియు సమారా, 1999). కలుషితమైన నేలలు, భూగర్భజలాలు మరియు వర్షపాతం నుండి మొక్కలు గ్రహించడం వల్ల ధాన్యాలు, పండ్లు మరియు కూరగాయలలో PAHలు పేరుకుపోతాయి (ఫిస్మ్స్ మరియు ఇతరులు, 2002). కలుషితమైన ఆహారం మరియు సముద్రపు నీటిని తీసుకోవడం ద్వారా, అలాగే కణజాలాలు మరియు చర్మం ద్వారా చేపలు, మస్సెల్స్, క్లామ్స్ మరియు రొయ్యలు వంటి అనేక జలచరాలు PAHలతో కలుషితమవుతాయి (మాకే మరియు ఫ్రేజర్, 2000). గ్రిల్లింగ్, రోస్టింగ్, స్మోకింగ్, ఫ్రైయింగ్, డ్రైయింగ్, బేకింగ్ మరియు బొగ్గుపై వంట చేయడం వంటి వంట/ప్రాసెసింగ్ పద్ధతులు కూడా ఆహారంలో గణనీయమైన మొత్తంలో PAHలు చేరడానికి దారితీయవచ్చు. ఇది ప్రధానంగా పొగపెట్టే పదార్థం ఎంపిక, ఫినాలిక్/ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్ల పరిమాణం, వంట విధానం, హీటర్ రకం, తేమ శాతం, ఆక్సిజన్ సరఫరా మరియు దహన ఉష్ణోగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది (గిల్లెన్ మరియు ఇతరులు, 2000; గోమ్స్ మరియు ఇతరులు, 2013). పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్లు (PAHలు) పాలలో కూడా వివిధ సాంద్రతలలో (0.75–2.1 mg/L) కనుగొనబడ్డాయి (గిరెల్లి మరియు ఇతరులు, 2014). ఆహారంలో ఈ PAHల చేరడం అనేది ఆహారం యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాలపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది, అయితే వాటి విష ప్రభావాలు శారీరక విధులు, జీవక్రియ కార్యకలాపాలు, శోషణ, పంపిణీ మరియు శరీర పంపిణీకి సంబంధించినవి (మెచిని మరియు ఇతరులు, 2011).
పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (PAHలు) విషపూరితత్వం మరియు హానికరమైన ప్రభావాలు చాలా కాలంగా తెలిసినవే (చెర్నిగ్లియా, 1984). తక్కువ అణుభారం గల పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు (LMW-PAHలు) (రెండు నుండి మూడు వలయాలు) DNA, RNA మరియు ప్రోటీన్‌ల వంటి వివిధ స్థూల అణువులతో సమయోజనీయంగా బంధించగలవు మరియు క్యాన్సర్ కారకాలు (శాంటారెల్లి మరియు ఇతరులు, 2008). వాటి జలవిరోధి స్వభావం కారణంగా, అవి లిపిడ్ పొరల ద్వారా వేరు చేయబడతాయి. మానవులలో, సైటోక్రోమ్ P450 మోనోఆక్సిజనేజ్‌లు PAHలను ఎపాక్సైడ్‌లుగా ఆక్సీకరణం చేస్తాయి, వాటిలో కొన్ని అత్యంత చర్యాశీలమైనవి (ఉదాహరణకు, బేడియోల్ ఎపాక్సైడ్) మరియు సాధారణ కణాలను ప్రాణాంతక కణాలుగా మార్చడానికి దారితీస్తాయి (మార్స్టన్ మరియు ఇతరులు, 2001). అదనంగా, క్వినోన్‌లు, ఫినాల్‌లు, ఎపాక్సైడ్‌లు, డయోల్‌లు మొదలైన PAHల పరివర్తన ఉత్పత్తులు వాటి మాతృ సమ్మేళనాల కంటే ఎక్కువ విషపూరితమైనవి. కొన్ని PAHలు మరియు వాటి జీవక్రియ మధ్యంతరాలు జీవక్రియలోని హార్మోన్లు మరియు వివిధ ఎంజైమ్‌లను ప్రభావితం చేయగలవు, తద్వారా పెరుగుదల, కేంద్ర నాడీ వ్యవస్థ, పునరుత్పత్తి మరియు రోగనిరోధక వ్యవస్థలను ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేస్తాయి (శ్వేత మరియు ఫాలే, 2005; వాంసీ-కృష్ణ మరియు ఇతరులు, 2006; ఊస్టింగ్ మరియు ఇతరులు, 2008). తక్కువ అణుభారం గల PAHలకు స్వల్పకాలికంగా గురికావడం వల్ల ఉబ్బసం రోగులలో ఊపిరితిత్తుల పనితీరు దెబ్బతినడం మరియు థ్రాంబోసిస్ సంభవిస్తుందని, అలాగే చర్మం, ఊపిరితిత్తులు, మూత్రాశయం మరియు జీర్ణాశయాంతర క్యాన్సర్ల ప్రమాదం పెరుగుతుందని నివేదించబడింది (ఓల్సన్ మరియు ఇతరులు, 2010; డిగ్స్ మరియు ఇతరులు, 2011). జంతువులపై జరిపిన అధ్యయనాలు కూడా PAHలకు గురికావడం వల్ల పునరుత్పత్తి పనితీరు మరియు అభివృద్ధిపై ప్రతికూల ప్రభావాలు ఉంటాయని, మరియు కంటిశుక్లం, మూత్రపిండాలు మరియు కాలేయానికి నష్టం, మరియు కామెర్లు సంభవించవచ్చని చూపించాయి. డయోల్స్, ఎపాక్సైడ్లు, క్వినోన్లు మరియు ఫ్రీ రాడికల్స్ (కాటయాన్లు) వంటి వివిధ PAH జీవ పరివర్తన ఉత్పత్తులు DNA అడక్ట్‌లను ఏర్పరుస్తాయని చూపబడింది. స్థిరమైన అడక్ట్‌లు DNA ప్రతిరూపణ యంత్రాంగాన్ని మార్చగలవని నిరూపించబడింది, అయితే అస్థిరమైన అడక్ట్‌లు DNAను డీప్యూరినేట్ చేయగలవు (ప్రధానంగా అడెనైన్‌గా మరియు కొన్నిసార్లు గ్వానైన్‌గా); ఈ రెండూ ఉత్పరివర్తనాలకు దారితీసే లోపాలను సృష్టించగలవు (ష్వీగర్ట్ మరియు ఇతరులు 2001). అదనంగా, క్వినోన్‌లు (బెంజో-/పాన్-) రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ స్పీసీస్‌ను (ROS) ఉత్పత్తి చేయగలవు, ఇవి DNA మరియు ఇతర మాక్రోమాలిక్యూల్స్‌కు ప్రాణాంతక నష్టాన్ని కలిగిస్తాయి, తద్వారా కణజాల పనితీరు/మనుగడను ప్రభావితం చేస్తాయి (ఈవా మరియు డనుటా 2017). పైరీన్, బైఫినైల్ మరియు నాఫ్తలీన్‌ల తక్కువ గాఢతలకు దీర్ఘకాలికంగా గురికావడం ప్రయోగాత్మక జంతువులలో క్యాన్సర్‌కు కారణమవుతుందని నివేదించబడింది (డిగ్స్ మరియు ఇతరులు 2012). వాటి ప్రాణాంతక విషపూరిత స్వభావం కారణంగా, ప్రభావిత/కలుషిత ప్రదేశాల నుండి ఈ PAHలను శుభ్రపరచడం/తొలగించడం ఒక ప్రాధాన్యత.
కలుషితమైన ప్రదేశాలు/పర్యావరణాల నుండి PAHలను తొలగించడానికి వివిధ భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతులను ఉపయోగించారు. దహనం, డీక్లోరినేషన్, UV ఆక్సీకరణ, స్థిరీకరణ మరియు సాల్వెంట్ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్ వంటి ప్రక్రియలలో విషపూరిత ఉప-ఉత్పత్తుల ఏర్పడటం, ప్రక్రియ సంక్లిష్టత, భద్రత మరియు నియంత్రణ సమస్యలు, తక్కువ సామర్థ్యం మరియు అధిక వ్యయం వంటి అనేక ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి. అయితే, సూక్ష్మజీవుల జీవక్షయం (దీనిని బయోరిమెడియేషన్ అని కూడా అంటారు) అనేది ఒక ఆశాజనకమైన ప్రత్యామ్నాయ విధానం. ఇందులో స్వచ్ఛమైన కల్చర్‌లు లేదా కాలనీల రూపంలో సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగిస్తారు. భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతులతో పోలిస్తే, ఈ ప్రక్రియ పర్యావరణ అనుకూలమైనది, హానిచేయనిది, తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నది మరియు సుస్థిరమైనది. జీవ పునరుద్ధరణను ప్రభావిత ప్రదేశంలో (ఇన్ సిటు) లేదా ప్రత్యేకంగా సిద్ధం చేసిన ప్రదేశంలో (ఎక్స్ సిటు) నిర్వహించవచ్చు మరియు అందువల్ల ఇది సాంప్రదాయ భౌతిక మరియు రసాయన పద్ధతుల కంటే మరింత స్థిరమైన పునరుద్ధరణ పద్ధతిగా పరిగణించబడుతుంది (జుహాజ్ మరియు నాయుడు, 2000; ఆండ్రియోని మరియు గియాన్‌ఫ్రెడా, 2007; మేఘరాజ్ మరియు ఇతరులు, 2011; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020; సర్కార్ మరియు ఇతరులు, 2020).
సుగంధ కాలుష్య కారకాల విచ్ఛిన్నంలో పాల్గొనే సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియ దశలను అర్థం చేసుకోవడం, జీవావరణ మరియు పర్యావరణ సుస్థిరతకు అపారమైన శాస్త్రీయ మరియు ఆర్థిక ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది. ప్రపంచవ్యాప్తంగా అవక్షేపాలు మరియు సేంద్రీయ సమ్మేళనాలలో (అంటే, చమురు, సహజ వాయువు మరియు బొగ్గు, అనగా శిలాజ ఇంధనాలు) సుమారు 2.1×10¹⁸ గ్రాముల కార్బన్ (C) నిల్వ ఉందని అంచనా, ఇది ప్రపంచ కార్బన్ చక్రానికి గణనీయంగా దోహదపడుతుంది. అయితే, వేగవంతమైన పారిశ్రామికీకరణ, శిలాజ ఇంధనాల వెలికితీత మరియు మానవ కార్యకలాపాలు ఈ భూశిలావరణ కార్బన్ నిల్వలను క్షీణింపజేస్తున్నాయి, దీనివల్ల ఏటా సుమారు 5.5×10¹⁵ గ్రాముల సేంద్రీయ కార్బన్ (కాలుష్య కారకాలుగా) వాతావరణంలోకి విడుదలవుతోంది (Gonzalez-Gaya et al., 2019). ఈ సేంద్రీయ కార్బన్‌లో అధిక భాగం అవక్షేపణ, రవాణా మరియు ప్రవాహం ద్వారా భూమి మరియు సముద్ర జీవావరణ వ్యవస్థలలోకి ప్రవేశిస్తుంది. అదనంగా, శిలాజ ఇంధనాల నుండి ఉద్భవించిన ప్లాస్టిక్‌లు, ప్లాస్టిసైజర్‌లు మరియు ప్లాస్టిక్ స్టెబిలైజర్‌లు (థాలేట్‌లు మరియు వాటి ఐసోమర్‌లు) వంటి కొత్త కృత్రిమ కాలుష్య కారకాలు సముద్ర, నేల మరియు జల జీవావరణ వ్యవస్థలను మరియు వాటి జీవరాశిని తీవ్రంగా కలుషితం చేస్తున్నాయి, తద్వారా ప్రపంచ వాతావరణ ప్రమాదాలను తీవ్రతరం చేస్తున్నాయి. పాలిథిలిన్ టెరెఫ్తలేట్ (PET) నుండి ఉత్పన్నమైన వివిధ రకాల మైక్రోప్లాస్టిక్‌లు, నానోప్లాస్టిక్‌లు, ప్లాస్టిక్ శకలాలు మరియు వాటి విషపూరిత మోనోమర్ ఉత్పత్తులు ఉత్తర అమెరికా మరియు ఆగ్నేయాసియా మధ్య పసిఫిక్ మహాసముద్రంలో పేరుకుపోయి, "గ్రేట్ పసిఫిక్ గార్బేజ్ ప్యాచ్"ను ఏర్పరిచి, సముద్ర జీవులకు హాని కలిగిస్తున్నాయి (న్యూవెల్ మరియు ఇతరులు, 2020). ఇటువంటి కాలుష్య కారకాలను/వ్యర్థాలను ఏ భౌతిక లేదా రసాయన పద్ధతుల ద్వారా తొలగించడం సాధ్యం కాదని శాస్త్రీయ అధ్యయనాలు నిరూపించాయి. ఈ నేపథ్యంలో, కాలుష్య కారకాలను ఆక్సీకరణ జీవక్రియ ద్వారా కార్బన్ డయాక్సైడ్, రసాయన శక్తి మరియు ఇతర విషరహిత ఉప-ఉత్పత్తులుగా మార్చగల సూక్ష్మజీవులు అత్యంత ఉపయోగకరమైనవి. ఇవి చివరికి ఇతర పోషక చక్ర ప్రక్రియలలోకి (H, O, N, S, P, Fe, మొదలైనవి) ప్రవేశిస్తాయి. అందువల్ల, సుగంధ కాలుష్య కారకాల ఖనిజీకరణ యొక్క సూక్ష్మజీవుల జీవావరణ శరీరధర్మ శాస్త్రాన్ని మరియు దాని పర్యావరణ నియంత్రణను అర్థం చేసుకోవడం, సూక్ష్మజీవుల కార్బన్ చక్రం, నికర కార్బన్ బడ్జెట్ మరియు భవిష్యత్ వాతావరణ ప్రమాదాలను అంచనా వేయడానికి చాలా కీలకం. పర్యావరణం నుండి ఇటువంటి సమ్మేళనాలను తొలగించాల్సిన తక్షణ అవసరం ఉన్నందున, స్వచ్ఛమైన సాంకేతికతలపై దృష్టి సారించిన వివిధ పర్యావరణ-పరిశ్రమలు ఆవిర్భవించాయి. ప్రత్యామ్నాయంగా, పర్యావరణ వ్యవస్థలలో పేరుకుపోయిన పారిశ్రామిక వ్యర్థాలు/వ్యర్థ రసాయనాల విలువను పెంచడం (అంటే వ్యర్థాల నుండి సంపద సృష్టించే విధానం) వలయాకార ఆర్థిక వ్యవస్థ మరియు సుస్థిర అభివృద్ధి లక్ష్యాలకు మూలస్తంభాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది (క్లోజ్ మరియు ఇతరులు, 2012). అందువల్ల, అటువంటి సుగంధ కాలుష్య కారకాలను సమర్థవంతంగా తొలగించడానికి మరియు జీవ పునరుద్ధరణ చేయడానికి, ఈ సంభావ్య విచ్ఛిన్న కారకాల యొక్క జీవక్రియ, ఎంజైమాటిక్ మరియు జన్యుపరమైన అంశాలను అర్థం చేసుకోవడం అత్యంత ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది.
అనేక సుగంధ కాలుష్య కారకాలలో, మనం నాఫ్తలీన్ మరియు ప్రతిక్షేపిత నాఫ్తలీన్‌ల వంటి అల్ప-అణుభార PAHలపై ప్రత్యేక శ్రద్ధ చూపుతాము. ఈ సమ్మేళనాలు పెట్రోలియం-ఉత్పన్న ఇంధనాలు, వస్త్ర రంగులు, వినియోగదారు ఉత్పత్తులు, పురుగుమందులు (నాఫ్తలీన్ ఉండలు మరియు కీటక వికర్షకాలు), ప్లాస్టిసైజర్లు మరియు టానిన్‌లలో ప్రధాన భాగాలుగా ఉంటాయి మరియు అందువల్ల అనేక పర్యావరణ వ్యవస్థలలో విస్తృతంగా వ్యాపించి ఉన్నాయి (ప్రూస్ మరియు ఇతరులు, 2003). ఇటీవలి నివేదికలు భూగర్భ జల పొరల అవక్షేపాలు, భూగర్భ జలాలు మరియు ఉపరితల నేలలు, వాడోస్ జోన్‌లు మరియు నదీ గర్భాలలో నాఫ్తలీన్ సాంద్రతలు పేరుకుపోవడాన్ని హైలైట్ చేస్తున్నాయి, ఇది పర్యావరణంలో దాని జీవసంచయాన్ని సూచిస్తుంది (దత్తగుప్త మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). పట్టిక 2 నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల భౌతిక రసాయన లక్షణాలు, అనువర్తనాలు మరియు ఆరోగ్య ప్రభావాలను సంగ్రహిస్తుంది. ఇతర అధిక-అణుభార PAH లతో పోలిస్తే, నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలు తక్కువ జలవికర్షణ కలిగి, నీటిలో ఎక్కువగా కరుగుతాయి మరియు జీవావరణ వ్యవస్థలలో విస్తృతంగా వ్యాపించి ఉంటాయి. అందువల్ల, PAH ల జీవక్రియ, జన్యుశాస్త్రం మరియు జీవక్రియ వైవిధ్యాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి వీటిని తరచుగా నమూనా పదార్థాలుగా 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 లభ్యత మరియు జీవ లభ్యత కారణంగా పర్యావరణ కాలుష్య అంచనా కోసం నమూనా సమ్మేళనాలుగా నిర్దేశించబడ్డాయి. యుఎస్ ఎన్విరాన్‌మెంటల్ ప్రొటెక్షన్ ఏజెన్సీ అంచనా ప్రకారం, సిగరెట్ పొగ నుండి, ప్రధానంగా అసంపూర్ణ దహనం వలన, ప్రతి ఘన మీటరుకు సగటున 5.19 μg నాఫ్తలీన్ ఉంటుంది, మరియు సైడ్‌స్ట్రీమ్ పొగ నుండి 7.8 నుండి 46 μg వరకు ఉంటుంది, అయితే క్రీయోసోట్ మరియు నాఫ్తలీన్‌కు గురికావడం 100 నుండి 10,000 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది (ప్రూస్ మరియు ఇతరులు 2003). ముఖ్యంగా నాఫ్తలీన్‌కు జాతి, ప్రాంతం మరియు లింగ-నిర్దిష్ట శ్వాసకోశ విషపూరితత మరియు క్యాన్సర్ కారకత్వం ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. జంతు అధ్యయనాల ఆధారంగా, ఇంటర్నేషనల్ ఏజెన్సీ ఫర్ రీసెర్చ్ ఆన్ క్యాన్సర్ (IARC) నాఫ్తలీన్‌ను "మానవులలో క్యాన్సర్‌కు కారణమయ్యే అవకాశం ఉన్న పదార్థం" (గ్రూప్ 2B)1గా వర్గీకరించింది. ప్రత్యామ్నాయ నాఫ్తలీన్‌లకు, ప్రధానంగా పీల్చడం ద్వారా లేదా పేరెంటరల్ (నోటి ద్వారా) తీసుకోవడం ద్వారా గురికావడం వల్ల ఎలుకలు మరియు చిట్టెలుకలలో ఊపిరితిత్తుల కణజాలం దెబ్బతింటుంది మరియు ఊపిరితిత్తుల కణితుల సంభవం పెరుగుతుంది (నేషనల్ టాక్సికాలజీ ప్రోగ్రామ్ 2). తీవ్రమైన ప్రభావాలలో వికారం, వాంతులు, కడుపు నొప్పి, విరేచనాలు, తలనొప్పి, గందరగోళం, అధిక చెమట, జ్వరం, టాకీకార్డియా మొదలైనవి ఉంటాయి. మరోవైపు, బ్రాడ్-స్పెక్ట్రమ్ కార్బమేట్ పురుగుమందు అయిన కార్బరిల్ (1-నాఫ్థైల్ N-మిథైల్‌కార్బమేట్) జలచర అకశేరుకాలు, ఉభయచరాలు, తేనెటీగలు మరియు మానవులకు విషపూరితమైనదని నివేదించబడింది మరియు ఇది అసిటైల్‌కోలినెస్టరేస్‌ను నిరోధించి పక్షవాతానికి కారణమవుతుందని చూపబడింది (స్ముల్డర్స్ మరియు ఇతరులు, 2003; బులెన్ మరియు డిస్టెల్, 2011). అందువల్ల, కలుషితమైన పరిసరాలలో బయోరిమీడియేషన్ వ్యూహాలను అభివృద్ధి చేయడానికి సూక్ష్మజీవుల విచ్ఛిన్నం, జన్యు నియంత్రణ, ఎంజైమాటిక్ మరియు సెల్యులార్ ప్రతిచర్యల యంత్రాంగాలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా కీలకం.
పట్టిక 2. నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల భౌతిక రసాయన ధర్మాలు, ఉపయోగాలు, గుర్తింపు పద్ధతులు మరియు సంబంధిత వ్యాధులపై సవివరమైన సమాచారం.
కాలుష్యపూరిత ఆవాసాలలో, హైడ్రోఫోబిక్ మరియు లిపోఫిలిక్ ఆరోమాటిక్ కాలుష్య కారకాలు పర్యావరణ మైక్రోబయోమ్ (సముదాయం)పై వివిధ రకాల కణ ప్రభావాలను కలిగిస్తాయి. ఉదాహరణకు, పొర ద్రవత్వం, పొర పారగమ్యత, లిపిడ్ బైలేయర్ ఉబ్బడం, శక్తి బదిలీకి అంతరాయం (ఎలక్ట్రాన్ రవాణా గొలుసు/ప్రోటాన్ మోటివ్ ఫోర్స్), మరియు పొర-సంబంధిత ప్రోటీన్ల కార్యకలాపాలలో మార్పులు (సిక్కెమా మరియు ఇతరులు, 1995). అదనంగా, కాటెకోల్స్ మరియు క్వినోన్స్ వంటి కొన్ని కరిగే మధ్యస్థాలు రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ స్పీసీస్‌ను (ROS) ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు DNA మరియు ప్రోటీన్లతో అడక్ట్‌లను ఏర్పరుస్తాయి (పెన్నింగ్ మరియు ఇతరులు, 1999). అందువల్ల, పర్యావరణ వ్యవస్థలలో ఇటువంటి సమ్మేళనాల సమృద్ధి, సూక్ష్మజీవుల సముదాయాలపై ఎంపిక ఒత్తిడిని కలుగజేస్తుంది. తద్వారా అవి గ్రహణ/రవాణా, అంతఃకణ పరివర్తన, సమీకరణ/వినియోగం, మరియు కంపార్ట్‌మెంటలైజేషన్ వంటి వివిధ శారీరక స్థాయిలలో సమర్థవంతమైన విచ్ఛిన్నకారులుగా మారతాయి.
రైబోసోమల్ డేటాబేస్ ప్రాజెక్ట్-II (RDP-II) శోధనలో, నాఫ్తలీన్ లేదా దాని ఉత్పన్నాలతో కలుషితమైన మీడియా లేదా ఎన్‌రిచ్‌మెంట్ కల్చర్‌ల నుండి మొత్తం 926 బాక్టీరియా జాతులు వేరుచేయబడినట్లు వెల్లడైంది. ప్రోటియోబాక్టీరియా సమూహంలో అత్యధిక సంఖ్యలో ప్రతినిధులు (n = 755) ఉండగా, ఆ తర్వాత వరుసగా ఫిర్మికుట్స్ (52), బాక్టెరాయిడెట్స్ (43), యాక్టినోబాక్టీరియా (39), టెనెరికుట్స్ (10), మరియు వర్గీకరించని బాక్టీరియా (8) ఉన్నాయి (పటం 2). γ-ప్రోటియోబాక్టీరియా (సూడోమోనాడేల్స్ మరియు క్సాంతోమోనాడేల్స్) ప్రతినిధులు అధిక G+C కంటెంట్ (54%) కలిగిన అన్ని గ్రామ్-నెగటివ్ సమూహాలలో ఆధిపత్యం చెలాయించగా, క్లోస్ట్రిడేల్స్ మరియు బాసిల్లేల్స్ (30%) తక్కువ G+C కంటెంట్ కలిగిన గ్రామ్-పాజిటివ్ సమూహాలుగా ఉన్నాయి. సూడోమోనాస్ (అత్యధిక సంఖ్యలో, 338 జాతులు) వివిధ కలుషిత పర్యావరణ వ్యవస్థలలో (బొగ్గు తారు, పెట్రోలియం, ముడి చమురు, బురద, చమురు చిందటాలు, మురుగునీరు, సేంద్రీయ వ్యర్థాలు మరియు ల్యాండ్‌ఫిల్‌లు) అలాగే చెక్కుచెదరని పర్యావరణ వ్యవస్థలలో (నేల, నదులు, అవక్షేపాలు మరియు భూగర్భజలాలు) నాఫ్తలీన్ మరియు దాని మిథైల్ ఉత్పన్నాలను విచ్ఛిన్నం చేయగలవని నివేదించబడింది (పటం 2). అంతేకాకుండా, ఈ ప్రాంతాలలో కొన్నింటిపై జరిపిన సుసంపన్నత అధ్యయనాలు మరియు మెటాజెనోమిక్ విశ్లేషణలో, సాగు చేయని లెజియోనెల్లా మరియు క్లోస్ట్రిడియం జాతులకు విచ్ఛిన్న సామర్థ్యం ఉండవచ్చని వెల్లడైంది. ఇది కొత్త మార్గాలు మరియు జీవక్రియ వైవిధ్యాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఈ బ్యాక్టీరియాను సాగు చేయవలసిన అవసరాన్ని సూచిస్తుంది.
పటం 2. నాఫ్తలీన్ మరియు నాఫ్తలీన్ ఉత్పన్నాలతో కలుషితమైన వాతావరణాలలో బాక్టీరియా ప్రతినిధుల వర్గీకరణ వైవిధ్యం మరియు పర్యావరణ పంపిణీ.
వివిధ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లను విచ్ఛిన్నం చేసే సూక్ష్మజీవులలో, చాలా వరకు నాఫ్తలీన్‌ను కార్బన్ మరియు శక్తికి ఏకైక వనరుగా విచ్ఛిన్నం చేయగలవు. సూడోమోనాస్ స్పీసీస్‌లో నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో ఇమిడి ఉన్న సంఘటనల క్రమం వివరించబడింది. (స్ట్రెయిన్‌లు: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 మరియు CSV86), సూడోమోనాస్ స్టట్జెరి AN10, సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ PC20 మరియు ఇతర స్ట్రెయిన్‌లు (ND6 మరియు AS1) (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994; రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996; ఆన్‌వీలర్ మరియు ఇతరులు, 2000; బసు మరియు ఇతరులు, 2003; డెన్నిస్ మరియు జైల్‌స్ట్రా, 2004; సోటా మరియు ఇతరులు, 2006; జీవక్రియ ఒక బహుళ-భాగాల డైఆక్సిజనేస్ [నాఫ్తలీన్ డైఆక్సిజనేస్ (NDO), ఒక రింగ్ హైడ్రాక్సిలేటింగ్ డైఆక్సిజనేస్] ద్వారా ప్రారంభించబడుతుంది, ఇది అణు ఆక్సిజన్‌ను మరొక సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగించి నాఫ్తలీన్ యొక్క సుగంధ వలయాలలో ఒకదాని ఆక్సీకరణను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది, నాఫ్తలీన్‌ను సిస్-నాఫ్తలీన్‌డైయోల్‌గా మారుస్తుంది (పటం 3). సిస్-డైహైడ్రోడైయోల్ ఒక డీహైడ్రోజినేస్ ద్వారా ఇది 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌గా మార్చబడుతుంది. ఒక రింగ్-క్లీవింగ్ డైఆక్సిజినేస్, 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్ డైఆక్సిజినేస్ (12DHNDO), 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌ను 2-హైడ్రాక్సీక్రోమీన్-2-కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది. ఎంజైమాటిక్ సిస్-ట్రాన్స్ ఐసోమెరైజేషన్ ట్రాన్స్-ఓ-హైడ్రాక్సీబెంజిలిడీన్‌పైరువేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది హైడ్రేటేస్ ఆల్డోలేస్ ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆల్డిహైడ్ మరియు పైరువేట్‌గా విచ్ఛిన్నం చేయబడుతుంది. పైరువేట్ అనే సేంద్రీయ ఆమ్లం, నాఫ్తలీన్ కార్బన్ అస్థిపంజరం నుండి ఉద్భవించి, కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి మళ్లించబడిన మొదటి C3 సమ్మేళనం. అదనంగా, NAD+-ఆధారిత సాలిసిలాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్, సాలిసిలాల్డిహైడ్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది. ఈ దశలోని జీవక్రియను నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నం యొక్క "ఎగువ మార్గం" అని పిలుస్తారు. ఈ మార్గం చాలా నాఫ్తలీన్-విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియాలో చాలా సాధారణం. అయితే, కొన్ని మినహాయింపులు ఉన్నాయి; ఉదాహరణకు, థర్మోఫిలిక్ బాసిల్లస్ హాంబర్గి 2లో, నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నం నాఫ్తలీన్ 2,3-డైఆక్సిజనేస్ ద్వారా ప్రారంభించబడి 2,3-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది (ఆన్‌వీలర్ మరియు ఇతరులు, 2000).
పటం 3. నాఫ్తలీన్, మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లం మరియు కార్బరిల్ విచ్ఛిన్నమయ్యే మార్గాలు. వృత్తంలో ఉన్న సంఖ్యలు, నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలను తదుపరి ఉత్పత్తులుగా క్రమబద్ధంగా మార్చడానికి బాధ్యత వహించే ఎంజైమ్‌లను సూచిస్తాయి. 1 — నాఫ్తలీన్ డైఆక్సిజనేస్ (NDO); 2, సిస్-డైహైడ్రోడైయోల్ డీహైడ్రోజనేస్; 3, 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్ డైఆక్సిజనేస్; 4, 2-హైడ్రాక్సీక్రోమీన్-2-కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్ల ఐసోమరేస్; 5, ట్రాన్స్-O-హైడ్రాక్సీబెంజిలిడీన్‌పైరువేట్ హైడ్రేటేస్ ఆల్డోలేస్; 6, సాలిసిలాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజనేస్; 7, సాలిసిలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్; 8, కాటెకోల్ 2,3-డైఆక్సిజనేస్ (C23DO); 9, 2-హైడ్రాక్సీమ్యూకోనేట్ సెమియాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజనేస్; 10, 2-ఆక్సోపెంట్-4-ఈనోయేట్ హైడ్రేటేస్; 11, 4-హైడ్రాక్సీ-2-ఆక్సోపెంథనోయేట్ ఆల్డోలేస్; 12, ఎసిటాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 13, కాటెకోల్-1,2-డైఆక్సిజినేస్ (C12DO); 14, మ్యూకోనేట్ సైక్లోఐసోమెరేస్; 15, మ్యూకోనోలాక్టోన్ డెల్టా-ఐసోమెరేస్; 16, β-కీటోఅడిపేట్నోలాక్టోన్ హైడ్రోలేస్; 17, β-కీటోఅడిపేట్ సక్సినిల్-CoA ట్రాన్స్‌ఫరేస్; 18, β-కీటోఅడిపేట్-CoA థయోలేస్; 19, సక్సినిల్-CoA: ఎసిటైల్-CoA సక్సినిల్‌ట్రాన్స్‌ఫరేస్; 20, సాలిసైలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్; 21 – జెంటిసేట్ 1,2-డైఆక్సిజినేస్ (GDO); 22, మలేయిల్‌పైరువేట్ ఐసోమెరేస్; 23, ఫ్యూమరైల్‌పైరువేట్ హైడ్రోలేస్; 24, మిథైల్‌నాఫ్తలీన్ హైడ్రాక్సిలేస్ (NDO); 25, హైడ్రాక్సిమిథైల్‌నాఫ్తలీన్ డీహైడ్రోజినేస్; 26, నాఫ్తాల్డిహైడ్ డీహైడ్రోజినేస్; 27, 3-ఫార్మైల్‌సాలిసిలిక్ యాసిడ్ ఆక్సిడేస్; 28, హైడ్రాక్సిఐసోఫ్తాలేట్ డీకార్బాక్సిలేస్; 29, కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ (CH); 30, 1-నాఫ్తాల్-2-హైడ్రాక్సిలేస్.
జీవి మరియు దాని జన్యు నిర్మాణాన్ని బట్టి, ఫలితంగా ఏర్పడిన సాలిసిలిక్ ఆమ్లం, సాలిసిలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్ (S1H)ను ఉపయోగించి కాటెకోల్ మార్గం ద్వారా గానీ లేదా సాలిసిలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ (S5H)ను ఉపయోగించి జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా గానీ మరింతగా జీవక్రియకు గురవుతుంది (పటం 3). నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ఒక ప్రధాన మధ్యస్థ పదార్థం (ఎగువ మార్గం) కాబట్టి, సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నుండి TCA మధ్యస్థ పదార్థం వరకు ఉన్న దశలను తరచుగా దిగువ మార్గం అని పిలుస్తారు, మరియు జన్యువులు ఒకే ఆపెరాన్‌గా వ్యవస్థీకరించబడి ఉంటాయి. ఎగువ మార్గం ఆపెరాన్ (nah) మరియు దిగువ మార్గం ఆపెరాన్ (sal)లలోని జన్యువులు ఉమ్మడి నియంత్రణ కారకాలచే నియంత్రించబడటం సాధారణంగా గమనించవచ్చు; ఉదాహరణకు, NahR మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి, ఇవి రెండు ఆపెరాన్‌లు నాఫ్తలీన్‌ను పూర్తిగా జీవక్రియ చేయడానికి అనుమతిస్తాయి (ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 2019, 2020).
అదనంగా, కాటెకోల్ 2,3-డైఆక్సిజనేస్ (C23DO) ద్వారా కాటెకోల్ మెటా మార్గం ద్వారా చక్రీయంగా విచ్ఛిన్నమై 2-హైడ్రాక్సీముకోనేట్ సెమీఆల్డిహైడ్‌గా మారుతుంది (యెన్ మరియు ఇతరులు, 1988) మరియు 2-హైడ్రాక్సీముకోనేట్ సెమీఆల్డిహైడ్ హైడ్రోలేస్ ద్వారా మరింత జలవిశ్లేషణ చెంది 2-హైడ్రాక్సీపెంట్-2,4-డైనోయిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. ఆ తర్వాత 2-హైడ్రాక్సీపెంట్-2,4-డైనోయేట్ ఒక హైడ్రేటేస్ (2-ఆక్సోపెంట్-4-ఈనోయేట్ హైడ్రేటేస్) మరియు ఒక ఆల్డోలేస్ (4-హైడ్రాక్సీ-2-ఆక్సోపెంటానోయేట్ ఆల్డోలేస్) ద్వారా పైరువేట్ మరియు ఎసిటాల్డిహైడ్‌గా మార్చబడి, ఆపై కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (పటం 3). ప్రత్యామ్నాయంగా, కాటెకోల్ 1,2-ఆక్సిజనేస్ (C12DO) ద్వారా కాటెకోల్ ఆర్థో మార్గం ద్వారా చక్రీయంగా విచ్ఛిన్నమై సిస్,సిస్-ముకోనేట్‌గా మారుతుంది. మ్యూకోనేట్ సైక్లోఐసోమెరేస్, మ్యూకోనోలాక్టోన్ ఐసోమెరేస్, మరియు β-కీటోఅడిపేట్-నోలాక్టోన్ హైడ్రోలేస్ అనేవి సిస్,సిస్-మ్యూకోనేట్‌ను 3-ఆక్సోఅడిపేట్‌గా మారుస్తాయి, ఇది సక్సినిల్-CoA మరియు ఎసిటైల్-CoA ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (నొజాకి మరియు ఇతరులు, 1968) (పటం 3).
జెంటిసేట్ (2,5-డైహైడ్రాక్సీబెంజోయేట్) మార్గంలో, ఆరోమాటిక్ రింగ్ జెంటిసేట్ 1,2-డైఆక్సిజనేస్ (GDO) ద్వారా విచ్ఛిన్నం చేయబడి మలేయిల్‌పైరువేట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ ఉత్పత్తి నేరుగా పైరువేట్ మరియు మలేట్‌గా జలవిశ్లేషణ చెందగలదు, లేదా ఇది ఫ్యూమరైల్‌పైరువేట్‌గా ఐసోమరైజ్ చేయబడి, ఆ తర్వాత పైరువేట్ మరియు ఫ్యూమరేట్‌గా జలవిశ్లేషణ చెందగలదు (లార్కిన్ మరియు డే, 1986). ఈ ప్రత్యామ్నాయ మార్గాన్ని ఎంచుకోవడం గ్రామ్-నెగటివ్ మరియు గ్రామ్-పాజిటివ్ బాక్టీరియాలలో జీవరసాయన మరియు జన్యుపరమైన స్థాయిలలో గమనించబడింది (మొరావ్‌స్కీ మరియు ఇతరులు, 1997; వైట్ మరియు ఇతరులు, 1997). గ్రామ్-నెగటివ్ బాక్టీరియా (సూడోమోనాస్) నాఫ్తలీన్ జీవక్రియను ప్రేరేపించే సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని ఉపయోగించడానికి ఇష్టపడతాయి, దీనిని సాలిసిలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేస్‌ను ఉపయోగించి డీకార్బాక్సిలేట్ చేసి కేటెకోల్‌గా మారుస్తాయి (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984). మరోవైపు, గ్రామ్-పాజిటివ్ బాక్టీరియా (రోడోకోకస్)లో, సాలిసైలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మారుస్తుంది, అయితే సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నాఫ్తలీన్ జన్యువుల లిప్యంతరీకరణపై ఎటువంటి ప్రేరక ప్రభావాన్ని చూపదు (గ్రండ్ మరియు ఇతరులు, 1992) (పటం 3).
సూడోమోనాస్ CSV86, ఓషియానోబాక్టీరియం NCE312, మారిన్‌హోమోనాస్ నాఫ్తోట్రోఫికస్, స్ఫింగోమోనాస్ పాసిమొబిలిస్ 2322, విబ్రియో సైక్లోట్రోఫస్, సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ LP6a, సూడోమోనాస్ మరియు మైకోబాక్టీరియం జాతులు మోనోమిథైల్‌నాఫ్తలీన్ లేదా డైమిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయగలవని 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 విచ్ఛిన్న మార్గాన్ని జీవరసాయన మరియు ఎంజైమాటిక్ స్థాయిలలో స్పష్టంగా అధ్యయనం చేశారు (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994). 1-మిథైల్‌నాఫ్తలీన్ రెండు మార్గాల ద్వారా జీవక్రియకు గురవుతుంది. మొదట, ఆరోమాటిక్ రింగ్ హైడ్రాక్సిలేషన్ (మిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌లోని ప్రతిక్షేపణ లేని రింగ్) చెంది సిస్-1,2-డైహైడ్రాక్సీ-1,2-డైహైడ్రో-8-మిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌గా ఏర్పడుతుంది. ఇది మరింత ఆక్సీకరణ చెంది మిథైల్ సాలిసైలేట్ మరియు మిథైల్‌కాటెకోల్‌గా మారుతుంది, ఆపై రింగ్ విచ్ఛేదనం తర్వాత కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (పటం 3). ఈ మార్గాన్ని "కార్బన్ మూల మార్గం" అని అంటారు. రెండవ "విషహరణ మార్గం"లో, మిథైల్ సమూహం NDO ద్వారా హైడ్రాక్సిలేషన్ చెంది 1-హైడ్రాక్సీమిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌గా ఏర్పడుతుంది. ఇది మరింత ఆక్సీకరణ చెంది 1-నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లంగా మారి, అంతిమ ఉత్పత్తిగా కల్చర్ మాధ్యమంలోకి విసర్జించబడుతుంది. 1- మరియు 2-నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లాన్ని ఏకైక కార్బన్ మరియు శక్తి వనరుగా ఉపయోగించి CSV86 స్ట్రెయిన్ పెరగలేదని అధ్యయనాలు చూపించాయి, ఇది దాని నిర్విషీకరణ మార్గాన్ని నిర్ధారిస్తుంది (మహాజన్ మరియు ఇతరులు, 1994; బసు మరియు ఇతరులు, 2003). 2-మిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌లో, మిథైల్ సమూహం హైడ్రాక్సిలేజ్ ద్వారా హైడ్రాక్సిలేషన్‌కు గురై 2-హైడ్రాక్సిమిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. అదనంగా, నాఫ్తలీన్ వలయం యొక్క ప్రతిక్షేపణ లేని వలయం, వలయ హైడ్రాక్సిలేషన్‌కు గురై డైహైడ్రోడైయోల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది ఎంజైమ్-ఉత్ప్రేరక చర్యల శ్రేణిలో 4-హైడ్రాక్సిమిథైల్‌కాటెకోల్‌గా ఆక్సీకరణ చెంది, మెటా-వలయ విచ్ఛేదన మార్గం ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది. అదేవిధంగా, S. paucimobilis 2322, 2-మిథైల్‌నాఫ్తలీన్‌ను హైడ్రాక్సిలేట్ చేయడానికి NDOను ఉపయోగించుకుంటుందని, ఇది మరింత ఆక్సీకరణ చెంది మిథైల్ సాలిసైలేట్ మరియు మిథైల్‌కాటెకోల్‌ను ఏర్పరుస్తుందని నివేదించబడింది (దత్తా మరియు ఇతరులు, 1998).
నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లాలు (ప్రతిక్షేపిత/ప్రతిక్షేపితం కానివి) అనేవి మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, ఫెనాంత్రెన్ మరియు ఆంత్రాసీన్‌ల విచ్ఛిన్నం సమయంలో ఏర్పడే నిర్విషీకరణ/జీవ పరివర్తన ఉప-ఉత్పత్తులు మరియు ఇవి వాడిన కల్చర్ మాధ్యమంలోకి విడుదలవుతాయి. మట్టి నుండి వేరుచేయబడిన స్టెనోట్రోఫోమోనాస్ మాల్టోఫిలియా CSV89, 1-నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లాన్ని కార్బన్ వనరుగా జీవక్రియ చేయగలదని నివేదించబడింది (ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 1995). జీవక్రియ, ఆరోమాటిక్ రింగ్ యొక్క డైహైడ్రాక్సిలేషన్‌తో ప్రారంభమై 1,2-డైహైడ్రాక్సీ-8-కార్బాక్సీనాఫ్తలీన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఫలితంగా ఏర్పడిన డైయోల్, 2-హైడ్రాక్సీ-3-కార్బాక్సీబెంజిలిడీన్‌పైరువేట్, 3-ఫార్మైల్‌సాలిసిలిక్ ఆమ్లం, 2-హైడ్రాక్సీఐసోఫ్తాలిక్ ఆమ్లం మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ద్వారా కేటెకోల్‌గా ఆక్సీకరణ చెంది, మెటా-రింగ్ విచ్ఛేదన మార్గం ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (పటం 3).
కార్బరిల్ అనేది ఒక నాఫ్థైల్ కార్బమేట్ పురుగుమందు. 1970వ దశకంలో భారతదేశంలో హరిత విప్లవం వచ్చినప్పటి నుండి, రసాయన ఎరువులు మరియు పురుగుమందుల వాడకం వ్యవసాయేతర వనరుల నుండి పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్ (PAH) ఉద్గారాల పెరుగుదలకు దారితీసింది (పింగళి, 2012; దత్తగుప్తా మరియు ఇతరులు, 2020). భారతదేశంలోని మొత్తం సాగుభూమిలో అంచనా ప్రకారం 55% (85,722,000 హెక్టార్లు) రసాయన పురుగుమందులతో సాగు చేయబడుతోంది. గత ఐదేళ్లలో (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 జనసాంద్రత కలిగిన రాష్ట్రాలు), పంటలపై పురుగుమందుల వాడకం విస్తృతంగా ఉంది, ఇందులో క్రిమిసంహారకాలు ఆధిపత్యం వహిస్తున్నాయి. కార్బరిల్ (1-నాఫ్థైల్-N-మిథైల్‌కార్బమేట్) అనేది విస్తృత శ్రేణి, మధ్యస్థం నుండి అధిక విషపూరితమైన కార్బమేట్ పురుగుమందు. దీనిని భారతీయ వ్యవసాయంలో సగటున 100–110 టన్నుల చొప్పున ఉపయోగిస్తారు. ఇది సాధారణంగా సెవిన్ అనే వాణిజ్య నామంతో అమ్ముబడుతుంది మరియు వివిధ రకాల పంటలను (మొక్కజొన్న, సోయాబీన్, పత్తి, పండ్లు మరియు కూరగాయలు) ఆశించే కీటకాలను (పేనుబంక, చీమలు, నల్లులు, నల్లులు, సాలీడులు మరియు అనేక ఇతర బహిరంగ తెగుళ్లు) నియంత్రించడానికి ఉపయోగిస్తారు. సూడోమోనాస్ (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, సూడోమోనాస్ పుటిడా XWY-1), రోడోకోకస్ (NCIB 12038), స్ఫింగోబాక్టీరియం spp. (CF06), బర్ఖోల్డేరియా (C3), మైక్రోకోకస్ మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్ వంటి కొన్ని సూక్ష్మజీవులను కూడా ఇతర తెగుళ్లను నియంత్రించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. RC100 కార్బరిల్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయగలదని నివేదించబడింది (లార్కిన్ మరియు డే, 1986; చాపలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991; హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 1999; శ్వేత మరియు ఫాలే, 2005; త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2017). సూడోమోనాస్ స్పె. స్ట్రెయిన్స్ C4, C5 మరియు C6 యొక్క మట్టి ఐసోలేట్‌లలో కార్బరిల్ విచ్ఛిన్న మార్గాన్ని జీవరసాయన, ఎంజైమాటిక్ మరియు జన్యుపరమైన స్థాయిలలో విస్తృతంగా అధ్యయనం చేశారు (శ్వేత మరియు ఫాలే, 2005; త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016) (పటం 3). ఈ జీవక్రియ మార్గం కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ (CH) ద్వారా ఎస్టర్ బంధం యొక్క జలవిశ్లేషణతో ప్రారంభమై, 1-నాఫ్థాల్, మిథైలమైన్ మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. 1-నాఫ్థాల్ తరువాత 1-నాఫ్థాల్ హైడ్రాక్సిలేస్ (1-NH) ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌గా మార్చబడుతుంది, ఇది సెలైసిలేట్ మరియు జెంటిసేట్ ద్వారా సెంట్రల్ కార్బన్ మార్గం ద్వారా మరింతగా జీవక్రియకు గురవుతుంది. కొన్ని కార్బరిల్-విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియా, కేటెకోల్ ఆర్థో రింగ్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయడం ద్వారా దీనిని సెలైసిలిక్ ఆమ్లంగా జీవక్రియ చేస్తాయని నివేదించబడింది (లార్కిన్ మరియు డే, 1986; చాపలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991). ముఖ్యంగా, నాఫ్తలీన్-విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియా ప్రాథమికంగా కేటెకోల్ ద్వారా సెలైసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జీవక్రియ చేస్తాయి, అయితే కార్బరిల్-విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియా జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా సెలైసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జీవక్రియ చేయడానికి ఇష్టపడతాయి.
నాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం/డైసల్ఫోనిక్ ఆమ్లం మరియు నాఫ్థైలమైన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల ఉత్పన్నాలను అజో రంగులు, వెట్టింగ్ ఏజెంట్లు, డిస్పర్సెంట్లు మొదలైన వాటి ఉత్పత్తిలో మధ్యంతర పదార్థాలుగా ఉపయోగించవచ్చు. ఈ సమ్మేళనాలు మానవులకు తక్కువ విషపూరితమైనవి అయినప్పటికీ, సైటోటాక్సిసిటీ అంచనాలు అవి చేపలు, డాఫ్నియా మరియు ఆల్గేలకు ప్రాణాంతకమైనవని చూపించాయి (గ్రీమ్ మరియు ఇతరులు, 1994). సూడోమోనాస్ ప్రజాతికి చెందిన ప్రతినిధులు (స్ట్రెయిన్స్ A3, C22) సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల సమూహాన్ని కలిగి ఉన్న ఆరోమాటిక్ రింగ్ యొక్క డబుల్ హైడ్రాక్సిలేషన్ ద్వారా జీవక్రియను ప్రారంభిస్తాయని నివేదించబడింది, దీనివల్ల ఒక డైహైడ్రోడైయోల్ ఏర్పడుతుంది, ఇది సల్ఫైట్ సమూహం యొక్క ఆకస్మిక విచ్ఛేదం ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌గా మార్చబడుతుంది (బ్రిలాన్ మరియు ఇతరులు, 1981). ఫలితంగా ఏర్పడిన 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్ సాంప్రదాయ నాఫ్తలీన్ మార్గం, అంటే కాటెకోల్ లేదా జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా విచ్ఛిన్నం చేయబడుతుంది (పటం 4). అమినోనాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం మరియు హైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం అనేవి, ఒకదానికొకటి పూరకంగా ఉండే విచ్ఛిన్న మార్గాలను కలిగిన మిశ్రమ బాక్టీరియా సముదాయాల ద్వారా పూర్తిగా విచ్ఛిన్నం చేయబడతాయని నిరూపించబడింది (నార్టెమాన్ మరియు ఇతరులు, 1986). ఈ సముదాయంలోని ఒక సభ్యుడు 1,2-డైఆక్సిజనేషన్ ద్వారా అమినోనాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం లేదా హైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనిక్ ఆమ్లాన్ని డీసల్ఫరైజ్ చేస్తుండగా, అమినోసాలిసైలేట్ లేదా హైడ్రాక్సీసాలిసైలేట్ ఒక డెడ్-ఎండ్ మెటబొలైట్‌గా కల్చర్ మీడియంలోకి విడుదల చేయబడి, తదనంతరం సముదాయంలోని ఇతర సభ్యులచే గ్రహించబడుతుందని నిరూపించబడింది. నాఫ్తలీన్‌డైసల్ఫోనిక్ ఆమ్లం సాపేక్షంగా ధ్రువ స్వభావం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, జీవవిచ్ఛిన్నం తక్కువగా జరుగుతుంది, అందువల్ల ఇది వివిధ మార్గాల ద్వారా జీవక్రియకు గురికాగలదు. ఆరోమాటిక్ రింగ్ మరియు సల్ఫోనిక్ ఆమ్ల సమూహం యొక్క రీజియోసెలెక్టివ్ డైహైడ్రాక్సిలేషన్ సమయంలో మొదటి డీసల్ఫరైజేషన్ జరుగుతుంది; సాలిసిలిక్ యాసిడ్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ ద్వారా 5-సల్ఫోసాలిసిలిక్ యాసిడ్ హైడ్రాక్సిలేషన్ చెంది జెంటిసిక్ యాసిడ్‌ను ఏర్పరిచే సమయంలో రెండవ డీసల్ఫరైజేషన్ జరుగుతుంది, ఇది సెంట్రల్ కార్బన్ మార్గంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (బ్రిలోన్ మరియు ఇతరులు, 1981) (పటం 4). నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నానికి బాధ్యత వహించే ఎంజైమ్‌లు నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనేట్ జీవక్రియకు కూడా బాధ్యత వహిస్తాయి (బ్రిలోన్ మరియు ఇతరులు, 1981; కెక్ మరియు ఇతరులు, 2006).
పటం 4. నాఫ్తలీన్ సల్ఫోనేట్ విచ్ఛిన్నం కొరకు జీవక్రియ మార్గాలు. వృత్తాల లోపల ఉన్న సంఖ్యలు నాఫ్థైల్ సల్ఫోనేట్ జీవక్రియకు బాధ్యత వహించే ఎంజైమ్‌లను సూచిస్తాయి, ఇవి పటం 3లో వివరించిన ఎంజైమ్‌ల మాదిరిగానే/ఒకేలా ఉంటాయి.
తక్కువ అణుభారం గల PAHలు (LMW-PAHలు) క్షయకరణం చెందేవి, జలవికర్షకమైనవి మరియు తక్కువగా కరిగేవి, అందువల్ల అవి సహజ విచ్ఛిన్నానికి/క్షయానికి గురికావు. అయితే, వాయుసహిత సూక్ష్మజీవులు అణు ఆక్సిజన్‌ను (O2) శోషించుకోవడం ద్వారా దీనిని ఆక్సీకరణం చేయగలవు. ఈ ఎంజైమ్‌లు ప్రధానంగా ఆక్సిడోరిడక్టేజ్‌ల తరగతికి చెందినవి మరియు ఆరోమాటిక్ రింగ్ హైడ్రాక్సిలేషన్ (మోనో- లేదా డైహైడ్రాక్సిలేషన్), డీహైడ్రోజనేషన్ మరియు ఆరోమాటిక్ రింగ్ విచ్ఛేదనం వంటి వివిధ చర్యలను చేయగలవు. ఈ చర్యల నుండి పొందిన ఉత్పత్తులు అధిక ఆక్సీకరణ స్థితిలో ఉంటాయి మరియు సెంట్రల్ కార్బన్ మార్గం ద్వారా మరింత సులభంగా జీవక్రియ చెందుతాయి (ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 2020). క్షయ మార్గంలోని ఎంజైమ్‌లు ప్రేరేపించబడతాయని నివేదించబడింది. గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాలు వంటి సాధారణ కార్బన్ వనరులపై కణాలను పెంచినప్పుడు ఈ ఎంజైమ్‌ల కార్యాచరణ చాలా తక్కువగా లేదా నిర్లక్ష్యం చేయదగినదిగా ఉంటుంది. పట్టిక 3 నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల జీవక్రియలో పాల్గొనే వివిధ ఎంజైమ్‌లను (ఆక్సిజనేజ్‌లు, హైడ్రోలేజ్‌లు, డీహైడ్రోజనేజ్‌లు, ఆక్సిడేజ్‌లు, మొదలైనవి) సంగ్రహిస్తుంది.
పట్టిక 3. నాఫ్తలీన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాల విచ్ఛిన్నానికి బాధ్యత వహించే ఎంజైమ్‌ల జీవరసాయన లక్షణాలు.
రేడియోఐసోటోప్ అధ్యయనాలు (18O2) ఒక సమ్మేళనం యొక్క తదుపరి జీవక్షయాన్ని క్రియాశీలం చేయడంలో, ఆక్సిజనేజ్‌ల ద్వారా ఆరోమాటిక్ వలయాలలోకి అణు O2 చేర్చడమే అత్యంత ముఖ్యమైన దశ అని చూపించాయి (హయైషి మరియు ఇతరులు, 1955; మాసన్ మరియు ఇతరులు, 1955). అణు ఆక్సిజన్ (O2) నుండి ఒక ఆక్సిజన్ పరమాణువు (O)ను సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి చేర్చడం అనేది అంతర్జనిత లేదా బాహ్యజనిత మోనోఆక్సిజనేజ్‌ల (వీటిని హైడ్రాక్సిలేజ్‌లు అని కూడా అంటారు) ద్వారా ప్రారంభించబడుతుంది. మరొక ఆక్సిజన్ పరమాణువు నీరుగా క్షయకరణం చెందుతుంది. బాహ్యజనిత మోనోఆక్సిజనేజ్‌లు NADH లేదా NADPHతో ఫ్లేవిన్‌ను క్షయకరణం చేస్తాయి, అయితే అంతర్జనిత మోనోఆక్సిజనేజ్‌లలో ఫ్లేవిన్ సబ్‌స్ట్రేట్ ద్వారా క్షయకరణం చెందుతుంది. హైడ్రాక్సిలేషన్ జరిగే స్థానం, ఉత్పత్తుల ఏర్పడటంలో వైవిధ్యానికి దారితీస్తుంది. ఉదాహరణకు, సాలిసైలేట్ 1-హైడ్రాక్సిలేజ్, సాలిసైలిక్ ఆమ్లాన్ని C1 స్థానంలో హైడ్రాక్సిలేట్ చేసి, కాటెకోల్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. మరోవైపు, బహుళ-భాగాల సాలిసైలేట్ 5-హైడ్రాక్సిలేస్ (రిడక్టేస్, ఫెర్రెడాక్సిన్ మరియు ఆక్సిజనేస్ సబ్‌యూనిట్‌లను కలిగి ఉంటుంది) సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని C5 స్థానంలో హైడ్రాక్సిలేట్ చేసి, జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరుస్తుంది (యమమోటో మరియు ఇతరులు, 1965).
డైఆక్సిజనేజ్‌లు సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి రెండు O2 పరమాణువులను చేర్చుతాయి. అవి ఏర్పరిచే ఉత్పత్తులను బట్టి, వాటిని రింగ్ హైడ్రాక్సిలేటింగ్ డైఆక్సిజనేజ్‌లు మరియు రింగ్ క్లీవింగ్ డైఆక్సిజనేజ్‌లుగా విభజిస్తారు. రింగ్ హైడ్రాక్సిలేటింగ్ డైఆక్సిజనేజ్‌లు ఆరోమాటిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను సిస్-డైహైడ్రోడైయోల్స్‌గా (ఉదాహరణకు, నాఫ్తలీన్) మారుస్తాయి మరియు ఇవి బ్యాక్టీరియాలో విస్తృతంగా ఉంటాయి. ఇప్పటి వరకు, రింగ్ హైడ్రాక్సిలేటింగ్ డైఆక్సిజనేజ్‌లను కలిగిన జీవులు వివిధ ఆరోమాటిక్ కార్బన్ వనరులపై పెరగగలవని నిరూపించబడింది, మరియు ఈ ఎంజైమ్‌లను NDO (నాఫ్తలీన్), టోలుయీన్ డైఆక్సిజనేజ్ (TDO, టోలుయీన్), మరియు బైఫినైల్ డైఆక్సిజనేజ్ (BPDO, బైఫినైల్) గా వర్గీకరించారు. NDO మరియు BPDO రెండూ వివిధ పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (టొల్యూన్, నైట్రోటొల్యూన్, జైలీన్, ఇథైల్‌బెంజీన్, నాఫ్తలీన్, బైఫినైల్, ఫ్లోరిన్, ఇండోల్, మిథైల్‌నాఫ్తలీన్, నాఫ్తలీన్‌సల్ఫోనేట్, ఫెనాంత్రెన్, ఆంత్రాసీన్, ఎసిటోఫినోన్, మొదలైనవి) ద్వంద్వ ఆక్సీకరణ మరియు సైడ్ చైన్ హైడ్రాక్సిలేషన్‌ను ఉత్ప్రేరకపరచగలవు (బాయ్డ్ మరియు షెల్డ్రేక్, 1998; ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 2020). NDO అనేది ఒక ఆక్సిడోరిడక్టేజ్, ఒక ఫెర్రెడాక్సిన్ మరియు క్రియాశీల ప్రదేశాన్ని కలిగి ఉన్న ఆక్సిజనేజ్ భాగాన్ని కలిగి ఉండే ఒక బహుళ-భాగాల వ్యవస్థ (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984; రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996). NDO యొక్క ఉత్ప్రేరక యూనిట్ α3β3 కాన్ఫిగరేషన్‌లో అమర్చబడిన ఒక పెద్ద α సబ్‌యూనిట్ మరియు ఒక చిన్న β సబ్‌యూనిట్‌ను కలిగి ఉంటుంది. NDO ఆక్సిజనేజ్‌ల యొక్క ఒక పెద్ద కుటుంబానికి చెందినది మరియు దాని α-ఉపభాగంలో ఒక రీస్కే సైట్ [2Fe-2S] మరియు ఒక ఏకకేంద్రక నాన్-హీమ్ ఐరన్ ఉంటాయి, ఇవి NDO యొక్క సబ్‌స్ట్రేట్ విశిష్టతను నిర్ణయిస్తాయి (పారాలెస్ మరియు ఇతరులు, 1998). సాధారణంగా, ఒక ఉత్ప్రేరక చక్రంలో, పైరిడిన్ న్యూక్లియోటైడ్ యొక్క క్షయకరణం నుండి రెండు ఎలక్ట్రాన్లు ఒక రిడక్టేజ్, ఒక ఫెర్రెడాక్సిన్ మరియు ఒక రీస్కే సైట్ ద్వారా క్రియాశీల ప్రదేశంలోని Fe(II) అయాన్‌కు బదిలీ చేయబడతాయి. ఈ క్షయకరణ తుల్యాలు అణు ఆక్సిజన్‌ను క్రియాశీలం చేస్తాయి, ఇది సబ్‌స్ట్రేట్ డైహైడ్రాక్సిలేషన్‌కు ఒక ముందస్తు అవసరం (ఫెరారో మరియు ఇతరులు, 2005). ఇప్పటి వరకు, వివిధ స్ట్రెయిన్‌ల నుండి కొన్ని NDOలు మాత్రమే శుద్ధి చేయబడి, వివరంగా వర్గీకరించబడ్డాయి మరియు నాఫ్తలీన్ క్షీణతలో పాల్గొన్న మార్గాల యొక్క జన్యు నియంత్రణ వివరంగా అధ్యయనం చేయబడింది (రెస్నిక్ మరియు ఇతరులు, 1996; పారాలెస్ మరియు ఇతరులు, 1998; కార్ల్‌సన్ మరియు ఇతరులు, 2003). రింగ్-క్లీవింగ్ డైఆక్సిజనేజ్‌లు (ఎండో- లేదా ఆర్థో-రింగ్-క్లీవింగ్ ఎంజైమ్‌లు మరియు ఎక్సోడైయోల్- లేదా మెటా-రింగ్-క్లీవింగ్ ఎంజైమ్‌లు) హైడ్రాక్సిలేటెడ్ ఆరోమాటిక్ సమ్మేళనాలపై పనిచేస్తాయి. ఉదాహరణకు, ఆర్థో-రింగ్-క్లీవింగ్ డైఆక్సిజనేజ్ అనేది కాటెకోల్-1,2-డైఆక్సిజనేజ్, అయితే మెటా-రింగ్-క్లీవింగ్ డైఆక్సిజనేజ్ అనేది కాటెకోల్-2,3-డైఆక్సిజనేజ్ (కోజిమా మరియు ఇతరులు, 1961; నొజాకి మరియు ఇతరులు, 1968). వివిధ ఆక్సిజనేజ్‌లతో పాటు, NAD+/NADP+ ను ఎలక్ట్రాన్ స్వీకర్తలుగా ఉపయోగించి ఆరోమాటిక్ డైహైడ్రోడైయోల్స్, ఆల్కహాల్స్ మరియు ఆల్డిహైడ్ల డీహైడ్రోజనేషన్‌కు బాధ్యత వహించే వివిధ డీహైడ్రోజనేజ్‌లు కూడా ఉన్నాయి, ఇవి జీవక్రియలో పాల్గొనే కొన్ని ముఖ్యమైన ఎంజైమ్‌లు (గిబ్సన్ మరియు సుబ్రమణియన్, 1984; షా మరియు హరయామా, 1990; ఫాహ్లే మరియు ఇతరులు, 2020).
హైడ్రోలేసెస్ (ఎస్టరేసెస్, అమైడేసెస్) వంటి ఎంజైమ్‌లు రెండవ ముఖ్యమైన తరగతి ఎంజైమ్‌లు, ఇవి సమయోజనీయ బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి నీటిని ఉపయోగిస్తాయి మరియు విస్తృత సబ్‌స్ట్రేట్ విశిష్టతను ప్రదర్శిస్తాయి. కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ మరియు ఇతర హైడ్రోలేస్‌లు గ్రామ్-నెగటివ్ బాక్టీరియా సభ్యులలో పెరిప్లాజం (ట్రాన్స్‌మెంబ్రేన్) యొక్క భాగాలుగా పరిగణించబడతాయి (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). కార్బరిల్‌లో అమైడ్ మరియు ఎస్టర్ అనే రెండు బంధాలు ఉంటాయి; అందువల్ల, దీనిని ఎస్టరేస్ లేదా అమైడేస్ ద్వారా జలవిశ్లేషణ చేసి 1-నాఫ్తాల్‌ను ఏర్పరచవచ్చు. రైజోబియం రైజోబియం స్ట్రెయిన్ AC10023 మరియు ఆర్థ్రోబాక్టర్ స్ట్రెయిన్ RC100 లలో కార్బరిల్ వరుసగా ఎస్టరేస్ మరియు అమైడేస్‌గా పనిచేస్తుందని నివేదించబడింది. ఆర్థ్రోబాక్టర్ స్ట్రెయిన్ RC100 లో కార్బరిల్ అమైడేస్‌గా కూడా పనిచేస్తుంది. RC100 కార్బరిల్, మెథోమిల్, మెఫెనామిక్ ఆమ్లం మరియు XMC వంటి నాలుగు N-మిథైల్‌కార్బమేట్ తరగతి పురుగుమందులను జలవిశ్లేషణ చేస్తుందని చూపబడింది (హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 2001). సూడోమోనాస్ స్పె. C5pp లోని CH కార్బరిల్ (100% క్రియాశీలత) మరియు 1-నాఫ్థైల్ అసిటేట్ (36% క్రియాశీలత) పై పనిచేయగలదని, కానీ 1-నాఫ్థైల్ అసిటమైడ్‌పై పనిచేయదని నివేదించబడింది, ఇది ఒక ఎస్టరేస్ అని సూచిస్తుంది (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016).
జీవరసాయన అధ్యయనాలు, ఎంజైమ్ నియంత్రణ నమూనాలు మరియు జన్యు విశ్లేషణల ద్వారా నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్న జన్యువులు రెండు ప్రేరేపిత నియంత్రణ యూనిట్లు లేదా "ఒపెరాన్‌లను" కలిగి ఉన్నాయని తేలింది: nah ("అప్‌స్ట్రీమ్ మార్గం", నాఫ్తలీన్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మార్చేది) మరియు sal ("డౌన్‌స్ట్రీమ్ మార్గం", సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని కాటెకోల్ ద్వారా కేంద్ర కార్బన్ మార్గానికి మార్చేది). సాలిసిలిక్ ఆమ్లం మరియు దాని అనలాగ్‌లు ప్రేరకాలుగా పనిచేయగలవు (షమ్సుజ్జమాన్ మరియు బార్న్స్‌లీ, 1974). గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాలు ఉన్నప్పుడు, ఒపెరాన్ నిరోధించబడుతుంది. పటం 5 నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నం యొక్క పూర్తి జన్యు నిర్మాణాన్ని (ఒపెరాన్ రూపంలో) చూపుతుంది. nah జన్యువు యొక్క అనేక నామకరణ రూపాంతరాలు/రూపాలు (ndo/pah/dox) వర్ణించబడ్డాయి మరియు అన్ని సూడోమోనాస్ జాతుల మధ్య అధిక సీక్వెన్స్ హోమోలజీ (90%)ని కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (అబ్బాసియన్ మరియు ఇతరులు, 2016). నాఫ్తలీన్ అప్‌స్ట్రీమ్ మార్గం యొక్క జన్యువులు సాధారణంగా పటం 5Aలో చూపిన విధంగా ఒక ఏకాభిప్రాయ క్రమంలో అమర్చబడ్డాయి. నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో nahQ అనే మరో జన్యువు కూడా పాల్గొంటుందని నివేదించబడింది మరియు ఇది సాధారణంగా nahC మరియు nahE మధ్య ఉంటుంది, కానీ దాని అసలు విధి ఇంకా స్పష్టం కాలేదు. అదేవిధంగా, నాఫ్తలీన్-సున్నితమైన కీమోటాక్సిస్‌కు బాధ్యత వహించే nahY జన్యువు, కొన్ని సభ్యులలో nah ఆపెరాన్ యొక్క చివరి భాగంలో కనుగొనబడింది. రాల్స్టోనియా జాతిలో, గ్లూటాథియోన్ S-ట్రాన్స్‌ఫెరేస్ (gsh)ను సంకేతపరిచే U2 జన్యువు nahAa మరియు nahAb మధ్య ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది, కానీ ఇది నాఫ్తలీన్ వినియోగ లక్షణాలను ప్రభావితం చేయలేదు (జైల్‌స్ట్రా మరియు ఇతరులు, 1997).
పటం 5. బాక్టీరియా జాతుల మధ్య నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నం సమయంలో గమనించిన జన్యుపరమైన నిర్మాణం మరియు వైవిధ్యం; (A) ఎగువ నాఫ్తలీన్ మార్గం, నాఫ్తలీన్ నుండి సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా జీవక్రియ; (B) దిగువ నాఫ్తలీన్ మార్గం, కాటెకోల్ ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నుండి కేంద్ర కార్బన్ మార్గానికి; (C) జెంటిసేట్ ద్వారా సాలిసిలిక్ ఆమ్లం నుండి కేంద్ర కార్బన్ మార్గానికి.
"దిగువ మార్గం" (సాల్ ఆపెరాన్) సాధారణంగా nahGTHINLMOKJను కలిగి ఉంటుంది మరియు కాటెకోల్ మెటారింగ్ క్లీవేజ్ మార్గం ద్వారా సాలిసైలేట్‌ను పైరువేట్ మరియు అసిటాల్డిహైడ్‌గా మారుస్తుంది. nahG జన్యువు (సాలిసైలేట్ హైడ్రాక్సిలేజ్‌ను ఎన్‌కోడ్ చేసేది) ఆపెరాన్ యొక్క సమీప కొన వద్ద సంరక్షించబడినట్లు కనుగొనబడింది (పటం 5B). ఇతర నాఫ్తలీన్-క్షీణించే స్ట్రెయిన్‌లతో పోలిస్తే, P. putida CSV86లో nah మరియు sal ఆపెరాన్‌లు టెండెమ్‌గా మరియు చాలా దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి (సుమారు 7.5 kb). Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, మరియు P. putida AK5 వంటి కొన్ని గ్రామ్-నెగటివ్ బాక్టీరియాలో, నాఫ్తలీన్ జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా (sgp/nag ఆపెరాన్ రూపంలో) ఒక కేంద్ర కార్బన్ మెటబొలైట్‌గా జీవక్రియ చెందుతుంది. జీన్ కాసెట్ సాధారణంగా nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI రూపంలో ఉంటుంది, ఇక్కడ nagR (LysR-రకం రెగ్యులేటర్‌ను ఎన్‌కోడ్ చేస్తుంది) పై చివరన ఉంటుంది (పటం 5C).
1-నాఫ్థాల్, 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్తలీన్, సాలిసిలిక్ ఆమ్లం మరియు జెంటిసిక్ ఆమ్లం యొక్క జీవక్రియ ద్వారా కార్బరిల్ కేంద్ర కార్బన్ చక్రంలోకి ప్రవేశిస్తుంది (పటం 3). జన్యు మరియు జీవక్రియ అధ్యయనాల ఆధారంగా, ఈ మార్గాన్ని "అప్‌స్ట్రీమ్" (కార్బరిల్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం), "మిడిల్" (సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం), మరియు "డౌన్‌స్ట్రీమ్" (జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని కేంద్ర కార్బన్ మార్గ మధ్యవర్తులుగా మార్చడం)గా విభజించాలని ప్రతిపాదించబడింది (సింగ్ మరియు ఇతరులు, 2013). C5pp (సూపర్‌కాంటిగ్ A, 76.3 kb) యొక్క జన్యు విశ్లేషణలో, mcbACBDEF జన్యువు కార్బరిల్‌ను సాలిసిలిక్ ఆమ్లంగా మార్చడంలో, ఆ తర్వాత mcbIJKL సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడంలో, మరియు mcbOQP జెంటిసిక్ ఆమ్లాన్ని కేంద్ర కార్బన్ ఇంటర్మీడియట్‌లుగా (ఫ్యూమరేట్ మరియు పైరువేట్) మార్చడంలో పాల్గొంటుందని వెల్లడైంది (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016) (పటం 6).
ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (నాఫ్తలీన్ మరియు సాలిసిలిక్ ఆమ్లంతో సహా) విచ్ఛిన్నంలో పాల్గొనే ఎంజైమ్‌లు, వాటికి సంబంధించిన 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 లక్షణాలు కొంతవరకు అధ్యయనం చేయబడ్డాయి. నాఫ్తలీన్ విషయంలో, అప్‌స్ట్రీమ్ మరియు డౌన్‌స్ట్రీమ్ మార్గాలలోని జన్యువులు రెండూ NahR అనే LysR-రకం ట్రాన్స్-యాక్టింగ్ పాజిటివ్ రెగ్యులేటర్ ద్వారా నియంత్రించబడతాయి. సాలిసిలిక్ ఆమ్లం ద్వారా nah జన్యువు ప్రేరేపించబడటానికి మరియు దాని తదుపరి అధిక-స్థాయి వ్యక్తీకరణకు ఇది అవసరం (యెన్ మరియు గన్‌సాలస్, 1982). ఇంకా, నాఫ్తలీన్ జీవక్రియలో జన్యువుల లిప్యంతరీకరణ క్రియాశీలతకు ఇంటిగ్రేటివ్ హోస్ట్ ఫ్యాక్టర్ (IHF) మరియు XylR (సిగ్మా 54-ఆధారిత లిప్యంతరీకరణ నియంత్రకం) కూడా కీలకమని అధ్యయనాలు చూపించాయి (రామోస్ మరియు ఇతరులు, 1997). నాఫ్తలీన్ మరియు/లేదా సాలిసిలిక్ ఆమ్లం సమక్షంలో కాటెకోల్ మెటా-రింగ్ ఓపెనింగ్ మార్గంలోని ఎంజైమ్‌లు, అంటే కాటెకోల్ 2,3-డైఆక్సిజనేస్, ప్రేరేపించబడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (బసు మరియు ఇతరులు, 2006). బెంజోయిక్ ఆమ్లం మరియు సిస్,సిస్-ముకోనేట్ సమక్షంలో కాటెకోల్ ఆర్థో-రింగ్ ఓపెనింగ్ మార్గంలోని ఎంజైమ్‌లు, అంటే కాటెకోల్ 1,2-డైఆక్సిజనేస్, ప్రేరేపించబడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి (పార్సెక్ మరియు ఇతరులు, 1994; టోవర్ మరియు ఇతరులు, 2001).
C5pp స్ట్రెయిన్‌లో, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR మరియు mcbS అనే ఐదు జన్యువులు, కార్బరిల్ విచ్ఛిన్నతను నియంత్రించడానికి బాధ్యత వహించే LysR/TetR ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్ల కుటుంబానికి చెందిన రెగ్యులేటర్లను ఎన్‌కోడ్ చేస్తాయి. సజాతీయ జన్యువు mcbG, బర్క్‌హోల్డేరియా RP00725లో ఫెనాంత్రెన్ జీవక్రియలో పాల్గొనే LysR-రకం రెగ్యులేటర్ PhnS (58% అమైనో ఆమ్ల సారూప్యత)తో అత్యంత దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016). mcbH జన్యువు మధ్యంతర మార్గంలో (సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని జెంటిసిక్ ఆమ్లంగా మార్చడం) పాల్గొంటుందని మరియు సూడోమోనాస్ మరియు బర్క్‌హోల్డేరియాలోని LysR-రకం ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్ NagR/DntR/NahRకు చెందినదని కనుగొనబడింది. ఈ కుటుంబంలోని సభ్యులు విచ్ఛిన్న జన్యువుల ప్రేరణ కోసం సాలిసిలిక్ ఆమ్లాన్ని ఒక నిర్దిష్ట ఎఫెక్టర్ అణువుగా గుర్తిస్తారని నివేదించబడింది. మరోవైపు, LysR మరియు TetR రకం ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ రెగ్యులేటర్లకు చెందిన mcbN, mcbR మరియు mcbS అనే మూడు జన్యువులు డౌన్‌స్ట్రీమ్ మార్గంలో (జెంటిసేట్-సెంట్రల్ కార్బన్ మార్గపు మెటబొలైట్స్) గుర్తించబడ్డాయి.
ప్రోకార్యోట్‌లలో, ప్లాస్మిడ్‌లు, ట్రాన్స్‌పోజోన్‌లు, ప్రోఫేజ్‌లు, జెనోమిక్ ఐలాండ్‌లు మరియు ఇంటిగ్రేటివ్ కాంజుగేటివ్ ఎలిమెంట్స్ (ICE) ద్వారా జరిగే క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ ప్రక్రియలు (సముపార్జన, మార్పిడి లేదా బదిలీ) బాక్టీరియా జన్యువులలో ప్లాస్టిసిటీకి ప్రధాన కారణాలు, ఇవి నిర్దిష్ట విధులు/లక్షణాలను పొందడానికి లేదా కోల్పోవడానికి దారితీస్తాయి. ఇది బాక్టీరియాను వివిధ పర్యావరణ పరిస్థితులకు వేగంగా అనుగుణంగా మారడానికి అనుమతిస్తుంది, ఆతిథేయ జీవికి సుగంధ సమ్మేళనాల విచ్ఛిన్నం వంటి సంభావ్య అనుకూల జీవక్రియ ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది. జీవక్రియ మార్పులు తరచుగా విచ్ఛిన్న ఆపరాన్‌లు, వాటి నియంత్రణ యంత్రాంగాలు మరియు ఎంజైమ్ ప్రత్యేకతలను చక్కగా సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా సాధించబడతాయి, ఇది విస్తృత శ్రేణి సుగంధ సమ్మేళనాల విచ్ఛిన్నాన్ని సులభతరం చేస్తుంది (నోజిరి మరియు ఇతరులు, 2004; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019, 2020). నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నానికి సంబంధించిన జన్యు క్యాసెట్‌లు ప్లాస్మిడ్‌లు (కాంజుగేటివ్ మరియు నాన్-కాంజుగేటివ్), ట్రాన్స్‌పోజోన్‌లు, జన్యువులు, ICEలు మరియు వివిధ బాక్టీరియా జాతుల కలయికలు వంటి అనేక రకాల మొబైల్ ఎలిమెంట్స్‌పై ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది (పటం 5). సూడోమోనాస్ G7లో, ప్లాస్మిడ్ NAH7 యొక్క nah మరియు sal ఆపరాన్‌లు ఒకే దిశలో ట్రాన్స్‌క్రైబ్ చేయబడతాయి మరియు ఇవి ఒక లోపభూయిష్ట ట్రాన్స్‌పోజాన్‌లో భాగంగా ఉంటాయి, దీని సమీకరణకు ట్రాన్స్‌పోజేస్ Tn4653 అవసరం (సోటా మరియు ఇతరులు, 2006). సూడోమోనాస్ స్ట్రెయిన్ NCIB9816-4లో, ఈ జన్యువు సంయోగ ప్లాస్మిడ్ pDTG1పై రెండు ఆపరాన్‌లుగా (సుమారు 15 kb దూరంలో) కనుగొనబడింది, ఇవి వ్యతిరేక దిశలలో ట్రాన్స్‌క్రైబ్ చేయబడ్డాయి (డెన్నిస్ మరియు జైల్‌స్ట్రా, 2004). సూడోమోనాస్ పుటిడా స్ట్రెయిన్ AK5లో, సంయోగం చెందని ప్లాస్మిడ్ pAK5, జెంటిసేట్ మార్గం ద్వారా నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నానికి బాధ్యత వహించే ఎంజైమ్‌ను సంకేతీకరిస్తుంది (ఇజ్మల్కోవా మరియు ఇతరులు, 2013). సూడోమోనాస్ స్ట్రెయిన్ PMD-1లో, nah ఆపెరాన్ క్రోమోజోమ్‌పై ఉంటుంది, అయితే sal ఆపెరాన్ సంయోగ ప్లాస్మిడ్ pMWD-1పై ఉంటుంది (జునిగా మరియు ఇతరులు, 1981). అయితే, సూడోమోనాస్ స్టట్జెరి AN10లో, అన్ని నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్న జన్యువులు (nah మరియు sal ఆపెరాన్‌లు) క్రోమోజోమ్‌పై ఉంటాయి మరియు బహుశా ట్రాన్స్‌పొజిషన్, రీకాంబినేషన్ మరియు రీఅరేంజ్‌మెంట్ సంఘటనల ద్వారా చేర్చబడతాయి (బోష్ మరియు ఇతరులు, 2000). సూడోమోనాస్ sp. CSV86లో, nah మరియు sal ఆపెరాన్‌లు జీనోమ్‌లో ICE (ICECSV86) రూపంలో ఉంటాయి. ఈ నిర్మాణం tRNAGly ద్వారా రక్షించబడుతుంది, దీని తరువాత పునఃసంయోగం/అటాచ్మెంట్ సైట్‌లను (attR మరియు attL) సూచించే ప్రత్యక్ష పునరావృతాలు మరియు tRNAGly యొక్క రెండు చివర్లలో ఉన్న ఫేజ్-వంటి ఇంటిగ్రేస్ ఉంటాయి, అందువల్ల ఇది నిర్మాణాత్మకంగా ICEclc మూలకాన్ని (క్లోరోకాటెకోల్ క్షీణత కోసం సూడోమోనాస్ నాక్‌ముసీలోని ICEclcB13) పోలి ఉంటుంది. ICE పై ఉన్న జన్యువులు అత్యంత తక్కువ బదిలీ పౌనఃపున్యం (10-8)తో సంయోగం ద్వారా బదిలీ చేయబడతాయని, తద్వారా క్షీణత లక్షణాలను గ్రహీతకు బదిలీ చేస్తాయని నివేదించబడింది (బసు మరియు ఫాలే, 2008; ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2019).
కార్బరిల్ విచ్ఛిన్నానికి బాధ్యత వహించే చాలా జన్యువులు ప్లాస్మిడ్‌లపై ఉంటాయి. ఆర్థ్రోబాక్టర్ sp. RC100లో మూడు ప్లాస్మిడ్‌లు (pRC1, pRC2 మరియు pRC300) ఉంటాయి, వీటిలో pRC1 మరియు pRC2 అనే రెండు సంయుగ్మ ప్లాస్మిడ్‌లు, కార్బరిల్‌ను జెంటిసేట్‌గా మార్చే ఎంజైమ్‌లను సంకేతీకరిస్తాయి. మరోవైపు, జెంటిసేట్‌ను కేంద్ర కార్బన్ జీవక్రియలుగా మార్చడంలో పాలుపంచుకునే ఎంజైమ్‌లు క్రోమోజోమ్‌పై ఉంటాయి (హయాట్సు మరియు ఇతరులు, 1999). రైజోబియం ప్రజాతికి చెందిన బాక్టీరియా. కార్బరిల్‌ను 1-నాఫ్తాల్‌గా మార్చడానికి ఉపయోగించే AC100 స్ట్రెయిన్‌లో pAC200 ప్లాస్మిడ్ ఉంటుంది, ఇది చొప్పించే మూలకం లాంటి క్రమాల (istA మరియు istB)తో చుట్టుముట్టబడిన Tnceh ట్రాన్స్‌పోజోన్‌లో భాగంగా CHను సంకేతీకరించే cehA జన్యువును కలిగి ఉంటుంది (హషిమోటో మరియు ఇతరులు, 2002). స్ఫింగోమోనాస్ స్ట్రెయిన్ CF06లో, కార్బరిల్ విచ్ఛిన్న జన్యువు pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, మరియు pCF05 అనే ఐదు ప్లాస్మిడ్‌లలో ఉంటుందని నమ్ముతారు. ఈ ప్లాస్మిడ్‌ల DNA సారూప్యత ఎక్కువగా ఉంది, ఇది జన్యు నకలు సంఘటన ఉనికిని సూచిస్తుంది (ఫెంగ్ మరియు ఇతరులు, 1997). రెండు సూడోమోనాస్ జాతులతో కూడిన కార్బరిల్-విచ్ఛిన్నం చేసే సహజీవిలో, స్ట్రెయిన్ 50581లో mcd కార్బరిల్ హైడ్రోలేస్ జన్యువును సంకేతపరిచే సంయోగ ప్లాస్మిడ్ pCD1 (50 kb) ఉంటుంది, అయితే స్ట్రెయిన్ 50552లోని సంయోగ ప్లాస్మిడ్ 1-నాఫ్తాల్-విచ్ఛిన్నం చేసే ఎంజైమ్‌ను సంకేతపరుస్తుంది (చాపాలమడుగు మరియు చౌదరి, 1991). అక్రోమోబాక్టర్ స్ట్రెయిన్ WM111లో, mcd ఫ్యూరడాన్ హైడ్రోలేస్ జన్యువు 100 kb ప్లాస్మిడ్ (pPDL11)పై ఉంది. ఈ జన్యువు వివిధ భౌగోళిక ప్రాంతాలకు చెందిన వివిధ బాక్టీరియాలలో వేర్వేరు ప్లాస్మిడ్‌లపై (100, 105, 115 లేదా 124 kb) ఉన్నట్లు చూపబడింది (పరేఖ్ మరియు ఇతరులు, 1995). సూడోమోనాస్ sp. C5ppలో, కార్బరిల్ విచ్ఛిన్నానికి బాధ్యత వహించే అన్ని జన్యువులు 76.3 kb సీక్వెన్స్ విస్తరించి ఉన్న జన్యువులో ఉన్నాయి (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016). జన్యు విశ్లేషణ (6.15 Mb) 42 MGEలు మరియు 36 GEIల ఉనికిని వెల్లడించింది, వీటిలో 17 MGEలు సూపర్‌కాంటిగ్ A (76.3 kb)లో సగటు అసమాన G+C కంటెంట్ (54–60 mol%)తో ఉన్నాయి, ఇది సాధ్యమయ్యే క్షితిజ సమాంతర జన్యు బదిలీ సంఘటనలను సూచిస్తుంది (త్రివేది మరియు ఇతరులు, 2016). P. putida XWY-1 కార్బరిల్-క్షీణించే జన్యువుల యొక్క సారూప్య అమరికను ప్రదర్శిస్తుంది, కానీ ఈ జన్యువులు ప్లాస్మిడ్‌పై ఉన్నాయి (Zhu et al., 2019).
జీవరసాయన మరియు జన్యుపరమైన స్థాయిలలో జీవక్రియ సామర్థ్యంతో పాటు, సూక్ష్మజీవులు కీమోటాక్సిస్, కణ ఉపరితల మార్పు లక్షణాలు, కంపార్ట్‌మెంటలైజేషన్, ప్రాధాన్యత వినియోగం, బయోసర్ఫాక్టెంట్ ఉత్పత్తి మొదలైన ఇతర లక్షణాలను లేదా ప్రతిస్పందనలను కూడా ప్రదర్శిస్తాయి, ఇవి కలుషిత వాతావరణంలో సుగంధ కాలుష్య కారకాలను మరింత సమర్థవంతంగా జీవక్రియ చేయడానికి వాటికి సహాయపడతాయి (మూర్తి 7).
పటం 7. బాహ్య కాలుష్య సమ్మేళనాల సమర్థవంతమైన జీవక్షయం కోసం ఆదర్శ సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌లను విచ్ఛిన్నం చేసే బ్యాక్టీరియా యొక్క విభిన్న కణ ప్రతిస్పందన వ్యూహాలు.
విభిన్నంగా కలుషితమైన పర్యావరణ వ్యవస్థలలో సేంద్రీయ కాలుష్య కారకాల విచ్ఛిన్నతను పెంచే కారకాలుగా కీమోటాక్టిక్ ప్రతిస్పందనలను పరిగణిస్తారు. (2002) జల వ్యవస్థలలో నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నత రేటును, సూడోమోనాస్ స్పె. G7 యొక్క నాఫ్తలీన్ పట్ల కీమోటాక్సిస్ పెంచుతుందని నిరూపించారు. కీమోటాక్సిస్ లోపం ఉన్న మ్యూటెంట్ స్ట్రెయిన్ కంటే వైల్డ్-టైప్ స్ట్రెయిన్ G7 నాఫ్తలీన్‌ను చాలా వేగంగా క్షీణింపజేసింది. NAH7 ప్లాస్మిడ్‌పై మెటాక్లీవేజ్ పాత్‌వే జన్యువులతో పాటు NahY ప్రోటీన్ (పొర నిర్మాణంతో కూడిన 538 అమైనో ఆమ్లాలు) కూడా సహ-లిప్యంతరీకరణ చెందుతుందని కనుగొనబడింది, మరియు కీమోటాక్సిస్ ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌ల వలె, ఈ ప్రోటీన్ నాఫ్తలీన్ విచ్ఛిన్నతకు కీమోరిసెప్టర్‌గా పనిచేస్తున్నట్లు కనిపిస్తుంది (గ్రిమ్ మరియు హార్వుడ్ 1997). హాన్సెల్ మరియు ఇతరులు (2009) చేసిన మరో అధ్యయనంలో ఈ ప్రోటీన్ కీమోటాక్టిక్ అని, కానీ దాని విచ్ఛిన్నత రేటు ఎక్కువగా ఉందని తేలింది. (2011) సూడోమోనాస్ (పి. పుటిడా) వాయురూప నాఫ్తలీన్‌కు రసాయన ఆకర్షణ ప్రతిస్పందనను ప్రదర్శించింది, దీనిలో వాయు దశ వ్యాప్తి ఫలితంగా కణాలకు నాఫ్తలీన్ స్థిరంగా ప్రవహించి, కణాల రసాయన ఆకర్షణ ప్రతిస్పందనను నియంత్రించింది. పరిశోధకులు ఈ రసాయన ఆకర్షణ ప్రవర్తనను ఉపయోగించి, విచ్ఛిన్న రేటును పెంచే సూక్ష్మజీవులను రూపొందించారు. రసాయన ఇంద్రియ మార్గాలు కణ విభజన, కణ చక్ర నియంత్రణ మరియు బయోఫిల్మ్ నిర్మాణం వంటి ఇతర కణ విధులను కూడా నియంత్రిస్తాయని, తద్వారా విచ్ఛిన్న రేటును నియంత్రించడంలో సహాయపడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి. అయితే, సమర్థవంతమైన విచ్ఛిన్నం కోసం ఈ లక్షణాన్ని (రసాయన ఆకర్షణ) ఉపయోగించుకోవడం అనేక అడ్డంకుల వల్ల ఆటంకం కలుగుతోంది. ప్రధాన అడ్డంకులు: (ఎ) విభిన్న పారలాగస్ గ్రాహకాలు ఒకే సమ్మేళనాలను/లిగాండ్‌లను గుర్తించడం; (బి) ప్రత్యామ్నాయ గ్రాహకాల ఉనికి, అనగా, శక్తి సంబంధిత ఆకర్షణ; (సి) ఒకే గ్రాహక కుటుంబంలోని ఇంద్రియ డొమైన్‌లలో గణనీయమైన క్రమ వ్యత్యాసాలు; మరియు (డి) ప్రధాన బాక్టీరియల్ సెన్సార్ ప్రోటీన్లపై సమాచారం లేకపోవడం (ఒర్టెగా మరియు ఇతరులు, 2017; మార్టిన్-మోరా మరియు ఇతరులు, 2018). కొన్నిసార్లు, ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల జీవక్షయం బహుళ జీవక్రియా ఉత్పన్నాలు/మధ్యవర్తులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇవి ఒక సమూహ బాక్టీరియాకు రసాయన ఆకర్షణగా ఉండవచ్చు కానీ ఇతరులకు వికర్షణగా ఉండవచ్చు, ఇది ప్రక్రియను మరింత క్లిష్టతరం చేస్తుంది. రసాయన గ్రాహకాలతో లిగాండ్‌ల (ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు) పరస్పర చర్యలను గుర్తించడానికి, మేము సూడోమోనాస్ పుటిడా మరియు ఎస్చెరిచియా కోలి యొక్క సెన్సార్ మరియు సిగ్నలింగ్ డొమైన్‌లను కలపడం ద్వారా హైబ్రిడ్ సెన్సార్ ప్రోటీన్‌లను (PcaY, McfR, మరియు NahY) నిర్మించాము, ఇవి వరుసగా ఆరోమాటిక్ ఆమ్లాలు, TCA మధ్యవర్తులు మరియు నాఫ్తలీన్ కోసం గ్రాహకాలను లక్ష్యంగా చేసుకుంటాయి (లూ మరియు ఇతరులు, 2019).
నాఫ్తలీన్ మరియు ఇతర పాలీసైక్లిక్ ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల (PAHలు) ప్రభావంతో, బ్యాక్టీరియా పొర యొక్క నిర్మాణం మరియు సూక్ష్మజీవుల సమగ్రతలో గణనీయమైన మార్పులు సంభవిస్తాయి. నాఫ్తలీన్ హైడ్రోఫోబిక్ పరస్పర చర్యల ద్వారా ఎసైల్ గొలుసు యొక్క పరస్పర చర్యకు ఆటంకం కలిగిస్తుందని, తద్వారా పొర యొక్క ఉబ్బడాన్ని మరియు ద్రవత్వాన్ని పెంచుతుందని అధ్యయనాలు చూపించాయి (సిక్కెమా మరియు ఇతరులు, 1995). ఈ హానికరమైన ప్రభావాన్ని ఎదుర్కోవడానికి, బ్యాక్టీరియా ఐసో/యాంటీఐసో శాఖా-గొలుసు కొవ్వు ఆమ్లాల మధ్య నిష్పత్తిని మరియు కొవ్వు ఆమ్ల కూర్పును మార్చడం ద్వారా మరియు సిస్-అసంతృప్త కొవ్వు ఆమ్లాలను వాటికి సంబంధించిన ట్రాన్స్-ఐసోమర్‌లుగా ఐసోమరైజ్ చేయడం ద్వారా పొర ద్రవత్వాన్ని నియంత్రిస్తుంది (హీపీపర్ మరియు డి బాంట్, 1994). నాఫ్తలీన్ చికిత్సపై పెరిగిన సూడోమోనాస్ స్టట్జెరీలో, సంతృప్త మరియు అసంతృప్త కొవ్వు ఆమ్లాల నిష్పత్తి 1.1 నుండి 2.1కి పెరిగింది, అయితే సూడోమోనాస్ JS150లో ఈ నిష్పత్తి 7.5 నుండి 12.0కి పెరిగింది (మ్రోజిక్ మరియు ఇతరులు, 2004). నాఫ్తలీన్‌పై పెరిగినప్పుడు, అక్రోమోబాక్టర్ KA 3–5 కణాలు నాఫ్తలీన్ స్ఫటికాల చుట్టూ కణాల సమూహాన్ని మరియు కణ ఉపరితల ఆవేశంలో తగ్గుదలను (-22.5 నుండి -2.5 mV కి) ప్రదర్శించాయి. దీనితో పాటు కణద్రవ్య సంక్షేపణం మరియు వాక్యోలైజేషన్ కూడా సంభవించాయి, ఇది కణ నిర్మాణం మరియు కణ ఉపరితల లక్షణాలలో మార్పులను సూచిస్తుంది (మోహపాత్ర మరియు ఇతరులు, 2019). కణ/ఉపరితల మార్పులు సుగంధ కాలుష్య కారకాల మెరుగైన శోషణతో నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉన్నప్పటికీ, సంబంధిత బయోఇంజనీరింగ్ వ్యూహాలు పూర్తిగా ఆప్టిమైజ్ చేయబడలేదు. జీవ ప్రక్రియలను ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి కణ ఆకారాన్ని మార్చడం చాలా అరుదుగా ఉపయోగించబడింది (వోల్కే మరియు నికెల్, 2018). కణ విభజనను ప్రభావితం చేసే జన్యువులను తొలగించడం వల్ల కణ స్వరూపంలో మార్పులు వస్తాయి. బాసిల్లస్ సబ్టిలిస్‌లో, కణ సెప్టమ్ ప్రోటీన్ SepF సెప్టమ్ ఏర్పడటంలో పాల్గొంటుందని మరియు కణ విభజన యొక్క తదుపరి దశలకు అవసరమని చూపబడింది, కానీ ఇది ఒక ఆవశ్యక జన్యువు కాదు. బాసిల్లస్ సబ్టిలిస్‌లో పెప్టైడ్ గ్లైకాన్ హైడ్రోలేస్‌లను ఎన్‌కోడ్ చేసే జన్యువులను తొలగించడం వల్ల కణాల పొడవు పెరగడం, నిర్దిష్ట పెరుగుదల రేటు పెరగడం మరియు ఎంజైమ్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడటం జరిగింది (కుయ్ మరియు ఇతరులు, 2018).
సూడోమోనాస్ స్ట్రెయిన్స్ C5pp మరియు C7 యొక్క సమర్థవంతమైన విచ్ఛిన్నతను సాధించడానికి కార్బరిల్ విచ్ఛిన్న మార్గాన్ని కంపార్ట్‌మెంటలైజేషన్ చేయాలని ప్రతిపాదించబడింది (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). కార్బరిల్, ఔటర్ మెంబ్రేన్ సెప్టమ్ ద్వారా మరియు/లేదా డిఫ్యూజబుల్ పోరిన్‌ల ద్వారా పెరిప్లాస్మిక్ స్పేస్‌లోకి రవాణా చేయబడుతుందని ప్రతిపాదించబడింది. CH అనేది ఒక పెరిప్లాస్మిక్ ఎంజైమ్, ఇది కార్బరిల్‌ను 1-నాఫ్తాల్‌గా జలవిశ్లేషణ చేయడానికి ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది. ఈ 1-నాఫ్తాల్ మరింత స్థిరమైనది, మరింత హైడ్రోఫోబిక్ మరియు మరింత విషపూరితమైనది. CH పెరిప్లాజంలో స్థానికీకరించబడి ఉంటుంది మరియు కార్బరిల్ పట్ల తక్కువ అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా 1-నాఫ్తాల్ ఏర్పడటాన్ని నియంత్రిస్తుంది, దీనివల్ల కణాలలో దాని పేరుకుపోవడాన్ని నివారిస్తుంది మరియు కణాలకు దాని విషపూరితతను తగ్గిస్తుంది (కామిని మరియు ఇతరులు, 2018). ఫలితంగా ఏర్పడిన 1-నాఫ్థాల్, విభజన మరియు/లేదా వ్యాపనం ద్వారా అంతర త్వచాన్ని దాటి కణద్రవ్యంలోకి రవాణా చేయబడుతుంది, ఆపై కేంద్ర కార్బన్ మార్గంలో తదుపరి జీవక్రియ కోసం అధిక-అనుబంధ ఎంజైమ్ 1NH ద్వారా 1,2-డైహైడ్రాక్సినాఫ్థలీన్‌గా హైడ్రాక్సిలేట్ చేయబడుతుంది.
సూక్ష్మజీవులకు జెనోబయోటిక్ కార్బన్ వనరులను విచ్ఛిన్నం చేసే జన్యు మరియు జీవక్రియ సామర్థ్యాలు ఉన్నప్పటికీ, వాటి వినియోగంలోని క్రమానుగత నిర్మాణం (అంటే, సంక్లిష్టమైన కార్బన్ వనరుల కంటే సరళమైన వాటికి ప్రాధాన్యత ఇవ్వడం) జీవ విచ్ఛిన్నానికి ఒక ప్రధాన అడ్డంకి. సరళమైన కార్బన్ వనరుల ఉనికి మరియు వినియోగం, PAHల వంటి సంక్లిష్టమైన/ప్రాధాన్యత లేని కార్బన్ వనరులను విచ్ఛిన్నం చేసే ఎంజైమ్‌లను సంకేతపరిచే జన్యువులను అణచివేస్తుంది. బాగా అధ్యయనం చేయబడిన ఒక ఉదాహరణ ఏమిటంటే, ఎస్చెరిచియా కోలికి గ్లూకోజ్ మరియు లాక్టోజ్‌లను కలిపి అందించినప్పుడు, అది లాక్టోజ్ కంటే గ్లూకోజ్‌ను మరింత సమర్థవంతంగా వినియోగించుకుంటుంది (జాకబ్ మరియు మోనోడ్, 1965). సూడోమోనాస్ వివిధ రకాల PAHలను మరియు జెనోబయోటిక్ సమ్మేళనాలను కార్బన్ వనరులుగా విచ్ఛిన్నం చేస్తుందని నివేదించబడింది. సూడోమోనాస్‌లో కార్బన్ వనరుల వినియోగ క్రమానుగతం సేంద్రీయ ఆమ్లాలు > గ్లూకోజ్ > సుగంధ సమ్మేళనాలు (హైలెమన్ మరియు ఫిబ్స్, 1972; కొలియర్ మరియు ఇతరులు, 1996). అయితే, దీనికి ఒక మినహాయింపు ఉంది. ఆసక్తికరంగా, సూడోమోనాస్ జాతి. CSV86 ఒక ప్రత్యేకమైన క్రమానుగత నిర్మాణాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, ఇది గ్లూకోజ్ కంటే ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లను (బెంజోయిక్ ఆమ్లం, నాఫ్తలీన్, మొదలైనవి) ప్రాధాన్యతగా వినియోగించుకుంటుంది మరియు ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లను సేంద్రీయ ఆమ్లాలతో సహ-జీవక్రియ చేస్తుంది (బసు మరియు ఇతరులు, 2006). ఈ బ్యాక్టీరియాలో, గ్లూకోజ్ లేదా సేంద్రీయ ఆమ్లాల వంటి రెండవ కార్బన్ మూలం ఉన్నప్పటికీ, ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల విచ్ఛిన్నం మరియు రవాణాకు సంబంధించిన జన్యువులు డౌన్‌రెగ్యులేట్ చేయబడవు. గ్లూకోజ్ మరియు ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌ల మాధ్యమంలో పెంచినప్పుడు, గ్లూకోజ్ రవాణా మరియు జీవక్రియకు సంబంధించిన జన్యువులు డౌన్‌రెగ్యులేట్ చేయబడ్డాయని, మొదటి లాగ్ దశలో ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్‌లు వినియోగించబడ్డాయని, మరియు రెండవ లాగ్ దశలో గ్లూకోజ్ వినియోగించబడిందని గమనించబడింది (బసు మరియు ఇతరులు, 2006; చౌదరి మరియు ఇతరులు, 2017). మరోవైపు, సేంద్రీయ ఆమ్లాల ఉనికి ఆరోమాటిక్ హైడ్రోకార్బన్ జీవక్రియ యొక్క వ్యక్తీకరణను ప్రభావితం చేయలేదు, కాబట్టి ఈ బ్యాక్టీరియా జీవ విచ్ఛిన్న అధ్యయనాలకు ఒక అభ్యర్థి స్ట్రెయిన్‌గా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు (ఫాలే మరియు ఇతరులు, 2020).
హైడ్రోకార్బన్ బయోట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్ సూక్ష్మజీవులలో ఆక్సిడేటివ్ ఒత్తిడిని మరియు యాంటీఆక్సిడెంట్ ఎంజైమ్‌ల అప్‌రెగ్యులేషన్‌ను కలిగిస్తుందని అందరికీ తెలిసిందే. స్థిర దశ కణాలలో మరియు విష సమ్మేళనాల సమక్షంలో నాఫ్తలీన్ యొక్క అసమర్థమైన బయోడిగ్రేడేషన్, రియాక్టివ్ ఆక్సిజన్ స్పీసీస్ (ROS) ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది (కాంగ్ మరియు ఇతరులు 2006). నాఫ్తలీన్‌ను విచ్ఛిన్నం చేసే ఎంజైమ్‌లు ఐరన్-సల్ఫర్ క్లస్టర్‌లను కలిగి ఉన్నందున, ఆక్సిడేటివ్ ఒత్తిడిలో, హీమ్ మరియు ఐరన్-సల్ఫర్ ప్రోటీన్‌లలోని ఐరన్ ఆక్సీకరణకు గురై, ప్రోటీన్ నిష్క్రియం కావడానికి దారితీస్తుంది. ఫెర్రెడాక్సిన్-NADP+ రిడక్టేజ్ (Fpr), సూపర్‌ఆక్సైడ్ డిస్మ్యూటేజ్ (SOD)తో కలిసి, NADP+/NADPH మరియు రెండు ఫెర్రెడాక్సిన్ లేదా ఫ్లేవోడాక్సిన్ అణువుల మధ్య జరిగే రివర్సిబుల్ రెడాక్స్ చర్యకు మధ్యవర్తిత్వం వహిస్తుంది, తద్వారా ROSను తొలగించి, ఆక్సిడేటివ్ ఒత్తిడిలో ఐరన్-సల్ఫర్ కేంద్రాన్ని పునరుద్ధరిస్తుంది (లీ మరియు ఇతరులు 2006). సూడోమోనాస్‌లో 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 కాటలేస్ కార్యకలాపాలు గమనించబడ్డాయి (కాంగ్ మరియు ఇతరులు, 2006). ఆస్కార్బిక్ ఆమ్లం లేదా ఫెర్రస్ ఐరన్ (Fe2+) వంటి యాంటీఆక్సిడెంట్లను జోడించడం వల్ల నాఫ్తలీన్‌లో పెరుగుదల రేటును పెంచవచ్చని అధ్యయనాలు చూపించాయి. రోడోకోకస్ ఎరిథ్రోపోలిస్ నాఫ్తలీన్ మాధ్యమంలో పెరిగినప్పుడు, sodA (Fe/Mn సూపర్‌ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్), sodC (Cu/Zn సూపర్‌ఆక్సైడ్ డిస్ముటేస్), మరియు recA తో సహా ఆక్సీకరణ ఒత్తిడికి సంబంధించిన సైటోక్రోమ్ P450 జన్యువుల లిప్యంతరీకరణ పెరిగింది (సాజైకిన్ మరియు ఇతరులు, 2019). నాఫ్తలీన్‌లో పెంచిన సూడోమోనాస్ కణాల తులనాత్మక పరిమాణాత్మక ప్రోటీయోమిక్ విశ్లేషణలో, ఆక్సీకరణ ఒత్తిడి ప్రతిస్పందనతో సంబంధం ఉన్న వివిధ ప్రోటీన్ల అప్‌రెగ్యులేషన్ అనేది ఒత్తిడిని ఎదుర్కొనే వ్యూహం అని తేలింది (హెర్బ్స్ట్ మరియు ఇతరులు, 2013).
హైడ్రోఫోబిక్ కార్బన్ వనరుల చర్య కింద సూక్ష్మజీవులు బయోసర్ఫాక్టెంట్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయని నివేదించబడింది. ఈ సర్ఫాక్టెంట్లు ఆంఫిఫిలిక్ ఉపరితల క్రియాశీల సమ్మేళనాలు, ఇవి నూనె-నీరు లేదా గాలి-నీరు ఇంటర్‌ఫేస్‌ల వద్ద సముదాయాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఇది సూడో-ద్రావణీకరణను ప్రోత్సహిస్తుంది మరియు సుగంధ హైడ్రోకార్బన్‌ల శోషణను సులభతరం చేస్తుంది, ఫలితంగా సమర్థవంతమైన జీవక్షయం జరుగుతుంది (రహమాన్ మరియు ఇతరులు, 2002). ఈ లక్షణాల కారణంగా, బయోసర్ఫాక్టెంట్లు వివిధ పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. బ్యాక్టీరియా కల్చర్‌లకు రసాయన సర్ఫాక్టెంట్లు లేదా బయోసర్ఫాక్టెంట్లను జోడించడం వల్ల హైడ్రోకార్బన్ క్షయం యొక్క సామర్థ్యం మరియు రేటును పెంచవచ్చు. బయోసర్ఫాక్టెంట్లలో, సూడోమోనాస్ ఏరుగినోసా ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన రామ్నోలిపిడ్‌లు విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడ్డాయి మరియు వర్గీకరించబడ్డాయి (హిసాట్సుకా మరియు ఇతరులు, 1971; రహమాన్ మరియు ఇతరులు, 2002). అదనంగా, ఇతర రకాల బయోసర్ఫాక్టెంట్లలో లిపోపెప్టైడ్లు (సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ నుండి మ్యూసిన్లు), ఎమల్సిఫైయర్ 378 (సూడోమోనాస్ ఫ్లోరోసెన్స్ నుండి) (రోసెన్‌బర్గ్ మరియు రాన్, 1999), రోడోకోకస్ నుండి ట్రెహలోస్ డైశాకరైడ్ లిపిడ్లు (రామ్‌డాల్, 1985), బాసిల్లస్ నుండి లైకెనిన్ (సరస్వతి మరియు హాల్‌బర్గ్, 2002), మరియు బాసిల్లస్ సబ్‌టిలిస్ (సీగ్‌మండ్ మరియు వాగ్నర్, 1991) మరియు బాసిల్లస్ అమైలోలిక్విఫేసియెన్స్ (ఝీ మరియు ఇతరులు, 2017) నుండి సర్ఫాక్టెంట్లు ఉన్నాయి. ఈ శక్తివంతమైన సర్ఫాక్టెంట్లు ఉపరితల తన్యతను 72 డైన్స్/సెం.మీ నుండి 30 డైన్స్/సెం.మీ కంటే తక్కువకు తగ్గిస్తాయని నిరూపించబడింది, ఇది మెరుగైన హైడ్రోకార్బన్ శోషణకు వీలు కల్పిస్తుంది. సూడోమోనాస్, బాసిల్లస్, రోడోకోకస్, బర్ఖోల్డేరియా మరియు ఇతర బాక్టీరియా జాతులు నాఫ్తలీన్ మరియు మిథైల్‌నాఫ్తలీన్ మాధ్యమాలలో పెరిగినప్పుడు వివిధ రామ్నోలిపిడ్ మరియు గ్లైకోలిపిడ్ ఆధారిత బయోసర్ఫాక్టెంట్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలవని నివేదించబడింది (కాంగా మరియు ఇతరులు, 1997; పుంటస్ మరియు ఇతరులు, 2005). సూడోమోనాస్ మాల్టోఫిలియా CSV89, నాఫ్తోయిక్ ఆమ్లం వంటి సుగంధ సమ్మేళనాలపై పెరిగినప్పుడు ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ బయోసర్ఫాక్టెంట్ బయోసర్-పిఎమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలదు (ఫేల్ మరియు ఇతరులు, 1995). బయోసర్-పిఎమ్ ఏర్పడటంలోని గతిశాస్త్రం దాని సంశ్లేషణ పెరుగుదల మరియు pH-ఆధారిత ప్రక్రియ అని చూపించింది. తటస్థ pH వద్ద కణాల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన బయోసర్-పిఎమ్ పరిమాణం, pH 8.5 వద్ద కంటే ఎక్కువగా ఉందని కనుగొనబడింది. pH 7.0 వద్ద పెరిగిన కణాలతో పోలిస్తే, pH 8.5 వద్ద పెరిగిన కణాలు మరింత హైడ్రోఫోబిక్‌గా ఉండి, సుగంధ మరియు అలిఫాటిక్ సమ్మేళనాల పట్ల అధిక అనుబంధాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. రోడోకోకస్ జాతులలో N6, అధిక కార్బన్ నుండి నైట్రోజన్ (C:N) నిష్పత్తి మరియు ఇనుము పరిమితి అనేవి ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులార్ బయోసర్ఫాక్టెంట్‌ల ఉత్పత్తికి అనుకూలమైన పరిస్థితులు (ముతాలిక్ మరియు ఇతరులు, 2008). స్ట్రెయిన్‌లను మరియు ఫెర్మెంటేషన్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా బయోసర్ఫాక్టెంట్‌ల (సర్ఫాక్టిన్‌ల) బయోసింథసిస్‌ను మెరుగుపరచడానికి ప్రయత్నాలు జరిగాయి. అయితే, కల్చర్ మీడియంలో సర్ఫాక్టెంట్ యొక్క టైటర్ తక్కువగా (1.0 గ్రా/లీ) ఉండటం, భారీ-స్థాయి ఉత్పత్తికి ఒక సవాలుగా నిలుస్తుంది (జియావో మరియు ఇతరులు, 2017; వు మరియు ఇతరులు, 2019). అందువల్ల, దాని బయోసింథసిస్‌ను మెరుగుపరచడానికి జన్యు ఇంజనీరింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగించారు. అయితే, ఆపెరాన్ యొక్క పెద్ద పరిమాణం (∼25 kb) మరియు క్వోరం సెన్సింగ్ సిస్టమ్ యొక్క సంక్లిష్టమైన బయోసింథటిక్ నియంత్రణ కారణంగా దాని ఇంజనీరింగ్ మార్పు కష్టం (జియావో మరియు ఇతరులు, 2017; వు మరియు ఇతరులు, 2019). బాసిల్లస్ బాక్టీరియాలో అనేక జన్యు ఇంజనీరింగ్ మార్పులు చేపట్టబడ్డాయి, వీటి ప్రధాన లక్ష్యం ప్రమోటర్ (srfA ఆపెరాన్)ను మార్చడం, సర్ఫాక్టిన్ ఎగుమతి ప్రోటీన్ YerP మరియు నియంత్రణ కారకాలైన ComX మరియు PhrC లను అధికంగా వ్యక్తీకరించడం ద్వారా సర్ఫాక్టిన్ ఉత్పత్తిని పెంచడం (జియావో మరియు ఇతరులు, 2017). అయితే, ఈ జన్యు ఇంజనీరింగ్ పద్ధతులు ఒకటి లేదా కొన్ని జన్యు మార్పులను మాత్రమే సాధించాయి మరియు ఇంకా వాణిజ్య ఉత్పత్తి స్థాయికి చేరుకోలేదు. అందువల్ల, జ్ఞాన-ఆధారిత ఆప్టిమైజేషన్ పద్ధతులపై మరింత అధ్యయనం అవసరం.
PAH జీవక్షయం అధ్యయనాలు ప్రధానంగా ప్రామాణిక ప్రయోగశాల పరిస్థితులలో నిర్వహించబడతాయి. అయితే, కలుషిత ప్రదేశాలలో లేదా కలుషిత వాతావరణాలలో, అనేక నిర్జీవ మరియు జీవ కారకాలు (ఉష్ణోగ్రత, pH, ఆక్సిజన్, పోషకాల లభ్యత, సబ్‌స్ట్రేట్ జీవ లభ్యత, ఇతర జెనోబయోటిక్స్, అంతిమ-ఉత్పత్తి నిరోధం మొదలైనవి) సూక్ష్మజీవుల క్షయకరణ సామర్థ్యాన్ని మార్చి, ప్రభావితం చేస్తాయని నిరూపించబడింది.
PAH జీవక్షయంపై ఉష్ణోగ్రత గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, కరిగిన ఆక్సిజన్ గాఢత తగ్గుతుంది, ఇది వాయుజీవి సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియను ప్రభావితం చేస్తుంది, ఎందుకంటే హైడ్రాక్సిలేషన్ లేదా రింగ్ విచ్ఛేదన చర్యలను నిర్వహించే ఆక్సిజనేజ్‌లకు అవసరమైన పదార్థాలలో ఒకటిగా వాటికి అణు ఆక్సిజన్ అవసరం. పెరిగిన ఉష్ణోగ్రత మాతృ PAHలను మరింత విషపూరిత సమ్మేళనాలుగా మారుస్తుందని, తద్వారా జీవక్షయాన్ని నిరోధిస్తుందని తరచుగా గమనించబడింది (ముల్లర్ మరియు ఇతరులు, 1998).
PAH కలుషితమైన అనేక ప్రదేశాలు, ఆమ్ల గనుల మురుగునీటితో కలుషితమైన ప్రదేశాలు (pH 1–4) మరియు క్షార లీచేట్‌తో కలుషితమైన సహజ వాయువు/బొగ్గు వాయువుగా మార్చే ప్రదేశాలు (pH 8–12) వంటి తీవ్రమైన pH విలువలను కలిగి ఉన్నాయని గమనించబడింది. ఈ పరిస్థితులు జీవక్షయం ప్రక్రియను తీవ్రంగా ప్రభావితం చేయగలవు. అందువల్ల, జీవ పునరుద్ధరణ కోసం సూక్ష్మజీవులను ఉపయోగించే ముందు, క్షార నేలల కోసం అమ్మోనియం సల్ఫేట్ లేదా అమ్మోనియం నైట్రేట్ వంటి తగిన రసాయనాలను (మితమైన నుండి చాలా తక్కువ ఆక్సీకరణ-క్షయకరణ పొటెన్షియల్‌తో) జోడించడం ద్వారా లేదా ఆమ్ల ప్రదేశాల కోసం కాల్షియం కార్బోనేట్ లేదా మెగ్నీషియం కార్బోనేట్‌తో సున్నం వేయడం ద్వారా pHని సర్దుబాటు చేయాలని సిఫార్సు చేయబడింది (బౌలెన్ మరియు ఇతరులు 1995; గుప్తా మరియు సర్ 2020).
ప్రభావిత ప్రాంతానికి ఆక్సిజన్ సరఫరా అనేది PAH జీవక్షయం యొక్క రేటును పరిమితం చేసే అంశం. పర్యావరణంలోని రెడాక్స్ పరిస్థితుల కారణంగా, ఇన్ సిటు బయోరిమీడియేషన్ ప్రక్రియలకు సాధారణంగా బాహ్య వనరుల నుండి ఆక్సిజన్‌ను ప్రవేశపెట్టడం అవసరం (దున్నడం, గాలిని పంపడం మరియు రసాయనాలను కలపడం) (పార్డిక్ మరియు ఇతరులు, 1992). కలుషితమైన భూగర్భ జలాల్లోకి మెగ్నీషియం పెరాక్సైడ్ (ఆక్సిజన్‌ను విడుదల చేసే సమ్మేళనం) కలపడం ద్వారా BTEX సమ్మేళనాలను సమర్థవంతంగా బయోరిమీడియేట్ చేయవచ్చని ఓడెన్‌క్రాంజ్ మరియు ఇతరులు (1996) నిరూపించారు. మరొక అధ్యయనంలో, సమర్థవంతమైన బయోరిమీడియేషన్‌ను సాధించడానికి సోడియం నైట్రేట్‌ను ఇంజెక్ట్ చేసి, వెలికితీత బావులను నిర్మించడం ద్వారా కలుషితమైన భూగర్భ జలాల్లో ఫినాల్ మరియు BTEX యొక్క ఇన్ సిటు క్షయాన్ని పరిశోధించారు (బ్యూలీ మరియు వెబ్, 2001).