Энэ өгүүлэл нь “Дэвшилтэт био нөхөн сэргээлтийн технологи ба синтетик органик нэгдлүүдийг (SOC) дахин боловсруулах үйл явц” судалгааны сэдвийн нэг хэсэг юм. Бүх 14 өгүүллийг үзэх
Нафталин болон орлуулсан нафталин (метилнафталин, нафтойн хүчил, 1-нафтил-N-метилкарбамат гэх мэт) зэрэг бага молекул жинтэй полицикл үнэрт нүүрсустөрөгч (PAHs) нь янз бүрийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд организмд генотоксик, мутаген болон/эсвэл хорт хавдар үүсгэдэг. Эдгээр синтетик органик нэгдлүүд (SOCs) буюу ксенобиотикуудыг тэргүүлэх бохирдуулагч гэж үздэг бөгөөд дэлхийн байгаль орчин, олон нийтийн эрүүл мэндэд ноцтой аюул учруулдаг. Хүний үйл ажиллагааны эрчим (жишээ нь нүүрсний хийжүүлэлт, газрын тос боловсруулах, тээврийн хэрэгслийн ялгаруулалт болон хөдөө аж ахуйн хэрэглээ) нь эдгээр хаа сайгүй байдаг, удаан үргэлжилдэг нэгдлүүдийн концентраци, хувь тавилан, тээвэрлэлтийг тодорхойлдог. Физик болон химийн боловсруулалт/зайлуулах аргуудаас гадна POC-ийг бүрэн задлах эсвэл хоргүй дайвар бүтээгдэхүүн болгон хувиргах чадвартай бичил биетнийг ашигладаг био нөхөн сэргээлт зэрэг ногоон, байгаль орчинд ээлтэй технологиуд нь аюулгүй, зардал багатай, ирээдүйтэй хувилбар болж гарч ирсэн. Хөрсний микробиотад агуулагдах Proteobacteria (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia, Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus and Paenibacillus) болон Actinobacteria (Rhodococcus and Arthrobacter) зэрэг төрөл зүйлийн бактериуд нь янз бүрийн органик нэгдлүүдийг задлах чадварыг харуулсан. Бодисын солилцооны судалгаа, геномик, метагеномик шинжилгээ нь эдгээр энгийн амьдралын хэлбэрүүдэд байдаг катаболик нарийн төвөгтэй байдал, олон янз байдлыг ойлгоход тусалдаг бөгөөд үүнийг цаашид үр дүнтэй био задралд ашиглаж болно. PAH-ийн урт хугацааны оршин тогтнол нь плазмид, транспозон, бактериофаг, геномын арлууд, интеграцийн коньюгатив элементүүд зэрэг генетикийн элементүүдийг ашиглан хэвтээ генийн дамжуулалтаар дамжуулан шинэ задралын фенотипүүд гарч ирэхэд хүргэсэн. Тодорхой тусгаарлагдсан эсвэл загвар нийгэмлэгүүдийн (консорциум) системийн биологи, генетикийн инженерчлэл нь эдгээр PAH-ийг синергетик нөлөөллөөр цогц, хурдан бөгөөд үр дүнтэй био нөхөн сэргээх боломжийг олгодог. Энэхүү тоймд бид нафталин болон орлуулсан нафталин задалдаг бактерийн бодисын солилцооны янз бүрийн зам, олон янз байдал, генетикийн найрлага, олон янз байдал, эсийн хариу урвал/дасан зохицох байдалд анхаарлаа хандуулж байна. Энэ нь хээрийн хэрэглээнд зориулсан экологийн мэдээлэл, үр ашигтай био нөхөн сэргээлтийн омгийг оновчтой болгоход туслах болно.
Аж үйлдвэрийн хурдацтай хөгжил (нефть химийн бодис, хөдөө аж ахуй, эм зүй, нэхмэлийн будагч бодис, гоо сайхны бүтээгдэхүүн гэх мэт) нь дэлхийн эдийн засгийн хөгжил цэцэглэлт, амьжиргааны түвшинг дээшлүүлэхэд хувь нэмэр оруулсан. Энэхүү экспоненциал хөгжил нь янз бүрийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд ашигладаг олон тооны синтетик органик нэгдлүүд (SOC) үйлдвэрлэхэд хүргэсэн. Эдгээр гадаад нэгдлүүд буюу SOC-д полицикл үнэрт нүүрсустөрөгч (PAHs), пестицид, гербицид, хуванцаржуулагч, будагч бодис, эмийн бүтээгдэхүүн, органофосфат, галд тэсвэртэй бодис, дэгдэмхий органик уусгагч гэх мэт орно. Эдгээр нь агаар мандалд, усан болон хуурай газрын экосистемд ялгарч, олон хэмжээст нөлөө үзүүлдэг бөгөөд физик-химийн шинж чанар, нийгэмлэгийн бүтцийг өөрчлөх замаар янз бүрийн биоформд хортой нөлөө үзүүлдэг (Petrie et al., 2015; Bernhardt et al., 2017; Sarkar et al., 2020). Олон тооны үнэрт бохирдуулагч нь олон тооны бүрэн бүтэн экосистем/биологийн олон янз байдлын халуун цэгүүдэд (жишээ нь шүрэн хад, Арктик/Антарктидын мөсөн бүрхүүл, өндөр уулын нуур, гүн далайн тунадас гэх мэт) хүчтэй бөгөөд хор хөнөөлтэй нөлөө үзүүлдэг (Жонс 2010; Бейер нар 2020; Нордборг нар 2020). Сүүлийн үеийн геомикробиологийн судалгаагаар хиймэл байгууламжийн (барьсан орчин) гадаргуу дээр (жишээ нь соёлын өвийн дурсгалт газрууд болон боржин чулуу, чулуу, мод, металлаар хийсэн хөшөө дурсгалууд) синтетик органик бодис (жишээ нь үнэрт бохирдуулагч) болон тэдгээрийн уламжлалыг тунадасжуулах нь тэдгээрийн задралыг хурдасгадаг болохыг харуулсан (Гадд 2017; Лиу нар 2018). Хүний үйл ажиллагаа нь агаарын бохирдол, уур амьсгалын өөрчлөлтөөр дамжуулан хөшөө дурсгал, барилга байгууламжийн биологийн задралыг эрчимжүүлж, улам дордуулж болзошгүй (Лиу нар 2020). Эдгээр органик бохирдуулагчид агаар мандлын усны ууртай урвалд орж, бүтэц дээр тогтож, материалын физик болон химийн задралыг үүсгэдэг. Биологийн задралыг амьд организмын нөлөөгөөр материалын гадаад төрх байдал, шинж чанарт гарч буй хүсээгүй өөрчлөлтүүд нь тэдгээрийн хадгалалтад нөлөөлдөг гэж өргөнөөр хүлээн зөвшөөрдөг (Почон ба Жатон, 1967). Эдгээр нэгдлүүдийн цаашдын бичил биетний үйлдэл (бодисын солилцоо) нь бүтцийн бүрэн бүтэн байдал, хадгалалтын үр нөлөө, соёлын үнэ цэнийг бууруулж болзошгүй (Гадд, 2017; Лиу нар, 2018). Нөгөөтэйгүүр, зарим тохиолдолд бичил биетний эдгээр бүтцэд дасан зохицох, хариу үйлдэл үзүүлэх нь био хальс болон бусад хамгаалалтын царцдас үүсгэдэг тул ялзрал/задаралтын хурдыг бууруулдаг тул ашигтай болох нь тогтоогдсон (Мартино, 2016). Тиймээс чулуу, металл, модон хөшөө дурсгалыг үр дүнтэй урт хугацааны тогтвортой хамгаалах стратеги боловсруулах нь энэ үйл явцад оролцдог гол үйл явцыг сайтар ойлгохыг шаарддаг. Байгалийн үйл явцтай (геологийн үйл явц, ойн түймэр, галт уулын дэлбэрэлт, ургамал, бактерийн урвал) харьцуулахад хүний ​​үйл ажиллагаа нь их хэмжээний полициклик үнэрт нүүрсустөрөгч (PAHs) болон бусад органик нүүрстөрөгч (OCs)-ийг экосистемд ялгаруулдаг. Хөдөө аж ахуйд (DDT, атразин, карбарил, пентахлорфенол гэх мэт шавьж устгах бодис ба пестицид), аж үйлдвэрт (түүхий тос, газрын тосны лаг/хаягдал, газрын тосноос гаргаж авсан хуванцар, PCB, хуванцаржуулагч, угаалгын нунтаг, ариутгагч бодис, фумигант, үнэртэн ба хадгалалтын бодис), хувийн арчилгааны бүтээгдэхүүн (нарнаас хамгаалах тос, ариутгагч бодис, шавьж үргээгч болон полицикл заар) болон байлдааны хэрэгсэл (2,4,6-TNT гэх мэт тэсрэх бодис) ашигладаг олон PAH нь гаригийн эрүүл мэндэд нөлөөлж болзошгүй ксенобиотикууд юм (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna and Phale, 2008; Petrie et al., 2015). Энэ жагсаалтыг газрын тосноос гаргаж авсан нэгдлүүд (түлшний тос, тослох материал, асфальтен), өндөр молекул жинтэй биопластик, ионы шингэн зэрэг орно (Amde et al., 2015). Хүснэгт 1-т янз бүрийн үнэрт бохирдуулагчид болон тэдгээрийн янз бүрийн салбарт хэрэглэх хэрэглээг жагсаасан болно. Сүүлийн жилүүдэд хүний ​​үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй дэгдэмхий органик нэгдлүүд, түүнчлэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл болон бусад хүлэмжийн хийн ялгаруулалт нэмэгдэж эхэлсэн (Дворак нар, 2017). Гэсэн хэдий ч хүний ​​үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй нөлөөлөл нь байгалийнхаас хамаагүй давсан байна. Үүнээс гадна, бид хэд хэдэн SOC нь олон хүрээлэн буй орчны орчинд хэвээр байгаа бөгөөд биомд сөргөөр нөлөөлдөг шинээр гарч ирж буй бохирдуулагч гэж тодорхойлогдсон болохыг тогтоосон (Зураг 1). АНУ-ын Байгаль орчныг хамгаалах агентлаг (USEPA) зэрэг байгаль орчны агентлагууд эдгээр бохирдуулагчдын олонхийг цитотоксик, генотоксик, мутаген болон хорт хавдар үүсгэгч шинж чанараас нь шалтгаалан тэргүүлэх жагсаалтад оруулсан. Тиймээс бохирдсон экосистемээс хаягдлыг боловсруулах/зайлуулах хатуу журам, үр дүнтэй стратеги шаардлагатай байна. Пиролиз, исэлдэлтийн дулааны боловсруулалт, агаарын агааржуулалт, хогийн цэгт хаях, шатаах гэх мэт янз бүрийн физик болон химийн боловсруулалтын аргууд нь үр дүнгүй бөгөөд өртөг өндөртэй бөгөөд идэмхий, хортой, боловсруулахад хэцүү дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэдэг. Дэлхий нийтийн байгаль орчны талаарх мэдлэг нэмэгдэхийн хэрээр эдгээр бохирдуулагч бодис болон тэдгээрийн уламжлалуудыг (галогенжүүлсэн, нитро, алкил болон/эсвэл метил гэх мэт) задлах чадвартай бичил биетүүд анхаарал татаж байна (Fennell et al., 2004; Haritash and Kaushik, 2009; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020; Schwanemann et al., 2020). Эдгээр уугуул нэр дэвшигч бичил биетнийг дангаар нь эсвэл холимог өсгөвөрт (колони) ашиглан анхилуун үнэрт бохирдуулагчийг зайлуулах нь байгаль орчны аюулгүй байдал, өртөг, үр ашиг, үр нөлөө, тогтвортой байдлын хувьд давуу талтай. Судлаачид мөн бичил биетний процессыг электрохимийн исэлдэлтийн аргууд, тухайлбал биоэлектрохимийн системүүд (BES)-тэй нэгтгэх, бохирдуулагчийг цэвэрлэх/зайлуулах ирээдүйтэй технологи болгон судлах болно (Huang et al., 2011). BES технологи нь өндөр үр ашигтай, хямд өртөгтэй, байгаль орчны аюулгүй байдал, өрөөний температурт ажиллах, био нийцтэй материал, үнэ цэнэтэй дайвар бүтээгдэхүүнийг (жишээлбэл, цахилгаан, түлш, химийн бодис) нөхөн сэргээх чадвараараа улам бүр анхаарал татаж байна (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). Өндөр хүчин чадалтай геномын дараалал тогтоох болон омикс хэрэгсэл/арга бий болсноор янз бүрийн задралын бичил биетний урвалын генетикийн зохицуулалт, протеомик, флюксомикийн талаар олон тооны шинэ мэдээлэл олгосон. Эдгээр хэрэгслийг системийн биологитой хослуулснаар бичил биетний зорилтот катаболик замыг сонгох, нарийн тохируулах (өөрөөр хэлбэл бодисын солилцооны дизайн)-ийн талаарх бидний ойлголтыг улам бүр сайжруулж, үр дүнтэй био задралыг бий болгосон. Тохиромжтой нэр дэвшигч бичил биетнийг ашиглан био нөхөн сэргээх үр дүнтэй стратеги боловсруулахын тулд бид бичил биетний биохимийн боломж, бодисын солилцооны олон янз байдал, генетикийн найрлага, экологи (аутоэкологи/синекологи)-ийг ойлгох хэрэгтэй.
Зураг 1. Бага молекул жинтэй PAH-ийн эх үүсвэр ба зам нь янз бүрийн хүрээлэн буй орчны орчин болон биотад нөлөөлдөг янз бүрийн хүчин зүйлсээр дамжин өнгөрөх замууд. Тасархай шугамууд нь экосистемийн элементүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийг илэрхийлдэг.
Энэхүү тоймд бид нафталин болон орлуулсан нафталин зэрэг энгийн PAH-уудын янз бүрийн бактерийн изолятаар задрах талаарх мэдээллийг нэгтгэн дүгнэхийг оролдсон бөгөөд үүнд бодисын солилцооны зам ба олон янз байдал, задралд оролцдог ферментүүд, генийн найрлага/агуулга ба олон янз байдал, эсийн хариу урвал болон биоремедиацийн янз бүрийн талууд багтсан болно. Биохимийн болон молекулын түвшинг ойлгох нь ийм тэргүүлэх бохирдуулагчийг үр дүнтэй биоремедиацид оруулахын тулд тохиромжтой эзэн омгийг тодорхойлох, тэдгээрийн цаашдын генетикийн инженерчлэлийг бий болгоход тусална. Энэ нь үр дүнтэй биоремедиацид зориулсан тухайн газарт тохирсон бактерийн консорциум байгуулах стратеги боловсруулахад тусална.
Хортой болон аюултай үнэрт нэгдлүүдийн олон тооны агууламж (Гюкелийн 4n + 2π электрон дүрмийг хангадаг, n = 1, 2, 3, …) нь агаар, хөрс, тунадас, гадаргын болон газрын доорх ус зэрэг янз бүрийн хүрээлэн буй орчны орчинд ноцтой аюул учруулж байна (Пуглиси нар, 2007). Эдгээр нэгдлүүд нь шугаман, өнцөгт эсвэл бөөгнөрөл хэлбэрээр байрладаг дан бензолын цагираг (моноцикл) эсвэл олон бензолын цагираг (полицикл)-тай бөгөөд өндөр сөрөг резонансын энерги ба идэвхгүй байдлаас (идэвхгүй байдал) шалтгаалан хүрээлэн буй орчинд тогтвортой байдал (тогтвортой байдал/тогтворгүй байдал) үзүүлдэг бөгөөд үүнийг тэдгээрийн гидрофобик чанар болон буурсан төлөвөөр тайлбарлаж болно. Ароматик цагиргийг цаашид метил (-CH3), карбоксил (-COOH), гидроксил (-OH), эсвэл сульфонат (-HSO3) бүлгүүдээр орлуулахад энэ нь илүү тогтвортой болж, макромолекулуудад илүү хүчтэй хамааралтай болж, биологийн системд био хуримтлагддаг (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). Нафталин болон түүний уламжлалууд [метилнафталин, нафтойн хүчил, нафталинсульфонат, 1-нафтил N-метилкарбамат (карбарил)] зэрэг зарим бага молекул жинтэй полицикл ароматик нүүрсустөрөгч (LMWAHs)-ийг АНУ-ын Байгаль орчныг хамгаалах агентлаг генотоксик, мутаген болон/эсвэл хорт хавдар үүсгэгч гэж үзэж органик бохирдуулагчдын тэргүүлэх жагсаалтад оруулсан (Cerniglia, 1984). Энэ ангиллын NM-PAH-ууд хүрээлэн буй орчинд ялгарснаар эдгээр нэгдлүүд хүнсний сүлжээний бүх түвшинд био хуримтлагдаж, улмаар экосистемийн эрүүл мэндэд нөлөөлж болзошгүй (Бинкова нар, 2000; Сроги, 2007; Куинн нар, 2009).
PAH-ийн биота руу орох эх үүсвэр ба зам нь голчлон хөрс, гүний ус, гадаргын ус, ургац, агаар мандал зэрэг экосистемийн янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох шилжилт хөдөлгөөн болон харилцан үйлчлэлээр дамждаг (Arey and Atkinson, 2003). Зураг 1-т экосистем дэх янз бүрийн бага молекул жинтэй PAH-ийн харилцан үйлчлэл, тархалт болон тэдгээрийн биота/хүний ​​өртөлт рүү чиглэсэн замыг харуулав. PAH нь агаарын бохирдлын үр дүнд болон тээврийн хэрэгслийн ялгаруулалт, үйлдвэрлэлийн утаа (нүүрсний хийжүүлэлт, шаталт болон кокс үйлдвэрлэл) болон тэдгээрийн хуримтлалын шилжилт (шилжилт) (шилжилт)-ийн үр дүнд гадаргуу дээр хуримтлагддаг. Синтетик нэхмэл эдлэл, будагч бодис, будаг үйлдвэрлэх; мод хадгалах; резин боловсруулах; цемент үйлдвэрлэх үйл ажиллагаа; пестицид үйлдвэрлэх; хөдөө аж ахуйн хэрэглээ зэрэг үйлдвэрлэлийн үйл ажиллагаа нь хуурай газрын болон усны систем дэх PAH-ийн гол эх үүсвэр болдог (Bamforth and Singleton, 2005; Wick et al., 2011). Судалгаагаар хотын захын болон суурин газрын хөрс, хурдны замын ойролцоох хөрс, томоохон хотуудын хөрс нь цахилгаан станц, орон сууцны халаалт, агаар болон замын хөдөлгөөний ачаалал, барилгын үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй ялгаралтаас болж полицикл ароматик нүүрсустөрөгчид (ПАХ) илүү өртөмтгий болохыг харуулсан (Суман нар, 2016). (2008) АНУ-ын Луизиана мужийн Нью Орлеанс хотын замын ойролцоох хөрсөнд ПАХ-ын хэмжээ 7189 мкг/кг хүртэл өндөр байсан бол задгай талбайд ердөө 2404 мкг/кг байсан болохыг харуулсан. Үүнтэй адил АНУ-ын хэд хэдэн хотын нүүрсний хийжүүлэлтийн цэгүүдийн ойролцоох газарт ПАХ-ын хэмжээ 300 мкг/кг хүртэл өндөр байсан тухай мэдээлэгдсэн (Канали ба Хараяма, 2000; Бамфорт ба Синглтон, 2005). Энэтхэгийн Дели (Шарма нар, 2008), Агра (Дубей нар, 2014), Мумбай (Кулкарни ба Венкатараман, 2000), Вишакхапатнам (Кулкарни нар, 2014) зэрэг янз бүрийн хотуудын хөрсөнд PAH-ийн өндөр агууламжтай гэж мэдээлсэн. Үнэрт нэгдлүүд нь хөрсний хэсгүүд, органик бодис, шаварлаг эрдэс бодисуудад илүү амархан шингэдэг тул экосистемд нүүрстөрөгчийн гол шингээгч болдог (Сроги, 2007; Пенг нар, 2008). Усны экосистемд PAH-ийн гол эх үүсвэр нь хур тунадас (нойтон/хуурай хур тунадас ба усны уур), хотын урсац, бохир усны урсац, гүний усны нөхөн сэргэлт гэх мэт (Сроги, 2007). Далайн экосистем дэх PAH-ийн 80 орчим хувь нь хур тунадас, тунадасжилт, хаягдлын урсацаас үүсдэг гэж тооцоолж байна (Мотелай-Массей нар, 2006; Сроги, 2007). Гадаргын усанд агуулагдах PAH-ийн өндөр концентраци эсвэл хатуу хог хаягдлын цэгээс гарсан шүүрэлт нь эцэстээ гүний усанд нэвчиж, нийгмийн эрүүл мэндэд томоохон аюул учруулж байна, учир нь Өмнөд болон Зүүн Өмнөд Азийн хүн амын 70 гаруй хувь нь гүний ус уудаг (Дуттагупта нар, 2019). Энэтхэгийн Баруун Бенгал мужийн гол (32) болон гүний усны (235) шинжилгээний Дуттагупта нар (2020) саяхан хийсэн судалгаагаар хотын оршин суугчдын 53%, хөдөөгийн оршин суугчдын 44% (нийт 20 сая оршин суугч) нафталин (4.9–10.6 мкг/л) болон түүний уламжлалуудад өртөж болзошгүйг тогтоожээ. Газрын хэрэглээний ялгаатай хэв маяг, гүний усны олборлолт нэмэгдэх нь газрын доорх бага молекул жинтэй PAH-ийн босоо тээвэрлэлтийг (адвекц) хянадаг гол хүчин зүйл гэж үздэг. Хөдөө аж ахуйн урсац, хотын болон үйлдвэрийн бохир усны хаягдал, хатуу хог хаягдал/хог хаягдлын хаягдал нь голын сав газар болон гүний тунадас дахь PAH-д нөлөөлдөг болохыг тогтоожээ. Агаар мандлын хур тунадас нь PAH-ийн бохирдлыг улам бүр нэмэгдүүлдэг. Фрейзер гол, Луан гол, Денсо гол, Миссури гол, Анакостиа гол, Эбро гол, Делавэр гол зэрэг дэлхий даяарх гол мөрөн/усны ай сав газарт PAH болон тэдгээрийн алкил уламжлалын өндөр агууламж (нийт 51) бүртгэгдсэн байна (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018). Ганга мөрний сав газрын тунадас дахь нафталин болон фенантрен нь хамгийн чухал (дээжийн 70%-д илэрсэн) болохыг тогтоосон (Дуттагупта et al., 2019). Түүнчлэн, ундны усыг хлоржуулах нь илүү хортой хүчилтөрөгчтэй болон хлоржуулсан PAH үүсэхэд хүргэдэг болохыг судалгаагаар харуулсан (Маноли ба Самара, 1999). Бохирдсон хөрс, гүний ус, хур тунадаснаас ургамал шингэсний үр дүнд үр тариа, жимс жимсгэнэ, хүнсний ногоонд PAH хуримтлагддаг (Фисмес нар, 2002). Загас, дун, хясаа, сам хорхой зэрэг олон усны организмууд бохирдсон хоол хүнс, далайн ус хэрэглэх, мөн эд эс, арьсаар дамжин PAH-аар бохирддог (Маккай ба Фрейзер, 2000). Шарах, шарах, утах, шарах, хатаах, жигнэх, нүүрсээр жигнэх зэрэг хоол хийх/боловсруулах аргууд нь хоол хүнсэнд их хэмжээний PAH үүсэхэд хүргэдэг. Энэ нь утах материалын сонголт, фенолын/үнэрт нүүрсустөрөгчийн агууламж, хоол хийх арга, халаагчийн төрөл, чийгийн агууламж, хүчилтөрөгчийн хангамж, шаталтын температураас ихээхэн хамаардаг (Гуиллен нар, 2000; Гомес нар, 2013). Полицикл үнэрт нүүрсустөрөгч (PAH) нь сүүнд янз бүрийн концентрацитай (0.75–2.1 мг/л) илэрсэн (Гирелли нар, 2014). Эдгээр PAH-ууд хоол хүнсэнд хуримтлагдах нь хоол хүнсний физик-химийн шинж чанараас хамаардаг бол тэдгээрийн хортой нөлөө нь физиологийн үйл ажиллагаа, бодисын солилцооны идэвхжил, шингээлт, тархалт болон биеийн тархалттай холбоотой байдаг (Mechini et al., 2011).
Полицикл үнэрт нүүрсустөрөгчийн (ПАУ) хоруу чанар болон хортой нөлөө нь удаан хугацаанд мэдэгдэж байсан (Черниглиа, 1984). Бага молекул жинтэй полицикл үнэрт нүүрсустөрөгчид (ЛМВ-ПАУ) (хоёроос гурван цагираг) нь ДНХ, РНХ, уураг зэрэг янз бүрийн макромолекулуудтай ковалент байдлаар холбогдож, хорт хавдар үүсгэдэг (Сантарелли нар, 2008). Гидрофобик шинж чанартай тул тэдгээр нь липидийн мембранаар тусгаарлагдсан байдаг. Хүний биед цитохром Р450 монооксигеназа нь ПАУ-г эпоксид болгон исэлдүүлдэг бөгөөд зарим нь өндөр урвалд ордог (жишээлбэл, баедиол эпоксид) бөгөөд хэвийн эсийг хортой эс болгон хувиргахад хүргэдэг (Марстон нар, 2001). Үүнээс гадна, хинон, фенол, эпоксид, диол гэх мэт ПАУ-ын хувиргах бүтээгдэхүүнүүд нь эх нэгдлүүдээс илүү хортой байдаг. Зарим PAH болон тэдгээрийн бодисын солилцооны завсрын бүтээгдэхүүнүүд нь бодисын солилцооны даавар болон янз бүрийн ферментүүдэд нөлөөлж, улмаар өсөлт, төв мэдрэлийн систем, нөхөн үржихүйн болон дархлааны системд сөргөөр нөлөөлдөг (Swetha and Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008). Бага молекул жинтэй PAH-д богино хугацаанд өртөх нь астматай хүмүүст уушгины үйл ажиллагаа муудаж, тромбоз үүсгэдэг, арьс, уушиг, давсаг, ходоод гэдэсний хорт хавдрын эрсдлийг нэмэгдүүлдэг гэж мэдээлсэн (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Амьтны судалгаагаар PAH-д өртөх нь нөхөн үржихүйн үйл ажиллагаа, хөгжилд сөргөөр нөлөөлж, нүдний болор цайх, бөөр, элэгний гэмтэл, шарлалт үүсгэдэг болохыг харуулсан. Диол, эпоксид, хинон, чөлөөт радикалууд (катион) зэрэг PAH-ийн янз бүрийн биотрансформацийн бүтээгдэхүүнүүд нь ДНХ-ийн нэмэлт бодис үүсгэдэг болохыг харуулсан. Тогтвортой аддуктууд нь ДНХ-ийн репликацийн механизмыг өөрчилдөг болох нь батлагдсан бол тогтворгүй аддуктууд нь ДНХ-ийг цэвэршүүлж чаддаг (голчлон аденин, заримдаа гуанин руу); хоёулаа мутацид хүргэдэг алдааг үүсгэж болзошгүй (Schweigert et al. 2001). Нэмж дурдахад, хинонууд (бензо-/пан-) нь реактив хүчилтөрөгчийн төрөл зүйл (ROS) үүсгэж, ДНХ болон бусад макромолекулуудад үхлийн аюултай гэмтэл учруулж, улмаар эдийн үйл ажиллагаа/амьдрах чадварт нөлөөлдөг (Ewa and Danuta 2017). Пирен, бифенил, нафталины бага концентрацид архаг өртөх нь туршилтын амьтдад хорт хавдар үүсгэдэг гэж мэдээлсэн (Diggs et al. 2012). Үхлийн аюултай хоруу чанараас шалтгаалан эдгээр PAH-ийг өртсөн/бохирдсон хэсгээс цэвэрлэх/зайлуулах нь нэн тэргүүний асуудал юм.
Бохирдсон газар/орчингоос PAH-ийг зайлуулахын тулд янз бүрийн физик болон химийн аргуудыг ашигласан. Шатаах, хлоргүйжүүлэх, хэт ягаан туяаны исэлдэлт, бэхлэлт, уусгагчаар гаргаж авах зэрэг процессууд нь хортой дайвар бүтээгдэхүүн үүсэх, процессын нарийн төвөгтэй байдал, аюулгүй байдал, зохицуулалтын асуудал, үр ашиг багатай, өндөр өртөгтэй зэрэг олон сул талуудтай. Гэсэн хэдий ч бичил биетний био задрал (био нөхөн сэргээлт гэж нэрлэдэг) нь цэвэр өсгөвөр эсвэл колони хэлбэрээр бичил биетнийг ашиглахыг багтаасан ирээдүйтэй өөр арга юм. Физик болон химийн аргуудтай харьцуулахад энэ процесс нь байгаль орчинд ээлтэй, инвазив бус, зардал багатай, тогтвортой байдаг. Био нөхөн сэргээлтийг нөлөөлөлд өртсөн хэсэгт (in situ) эсвэл тусгайлан бэлтгэсэн газарт (ex situ) хийж болох тул уламжлалт физик болон химийн аргуудаас илүү тогтвортой нөхөн сэргээлтийн арга гэж үздэг (Juhasz болон Naidu, 2000; Andreoni болон Gianfreda, 2007; Megharaj et al., 2011; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020).
Үнэрт бохирдуулагч бодисын задралд оролцдог бичил биетний бодисын солилцооны үе шатуудыг ойлгох нь экологи, байгаль орчны тогтвортой байдалд асар их шинжлэх ухаан, эдийн засгийн үр дагавартай. Дэлхий даяар 2.1×1018 грамм нүүрстөрөгч (C) тунадас болон органик нэгдлүүдэд (жишээ нь, газрын тос, байгалийн хий, нүүрс, өөрөөр хэлбэл чулуужсан түлш) хадгалагдаж, дэлхийн нүүрстөрөгчийн мөчлөгт чухал хувь нэмэр оруулдаг. Гэсэн хэдий ч хурдацтай аж үйлдвэржилт, чулуужсан түлшний олборлолт, хүний ​​үйл ажиллагаа нь эдгээр литосферийн нүүрстөрөгчийн нөөцийг шавхаж, жилд агаар мандалд ойролцоогоор 5.5×1015 грамм органик нүүрстөрөгч (бохирдуулагч байдлаар) ялгаруулж байна (Gonzalez-Gaya et al., 2019). Энэхүү органик нүүрстөрөгчийн ихэнх хэсэг нь тунадасжилт, тээвэрлэлт, урсацаар дамжин хуурай газрын болон далайн экосистемд ордог. Үүнээс гадна, хуванцар, хуванцаржуулагч, хуванцар тогтворжуулагч (фталат ба тэдгээрийн изомер) зэрэг чулуужсан түлшнээс гаргаж авсан шинэ синтетик бохирдуулагч нь далайн, хөрс, усны экосистем болон тэдгээрийн биологийн бүтцийг ноцтойгоор бохирдуулж, улмаар дэлхийн уур амьсгалын эрсдлийг улам бүр нэмэгдүүлдэг. Хойд Америк болон Зүүн Өмнөд Азийн хооронд орших Номхон далайд полиэтилен терефталат (PET)-аас гаргаж авсан янз бүрийн төрлийн микропластик, нанопластик, хуванцар хэлтэрхий болон тэдгээрийн хортой мономер бүтээгдэхүүнүүд хуримтлагдаж, "Номхон далайн агуу хог хаягдлын цэг"-ийг үүсгэн, далайн амьдралд хор хөнөөл учруулж байна (Ньюэлл нар, 2020). Шинжлэх ухааны судалгаагаар ийм бохирдуулагч/хаягдлыг ямар ч физик болон химийн аргаар зайлуулах боломжгүй болохыг нотолсон. Энэ нөхцөлд хамгийн ашигтай бичил биетүүд нь бохирдуулагчийг нүүрстөрөгчийн давхар исэл, химийн энерги болон бусад хоргүй дайвар бүтээгдэхүүн болгон исэлдүүлэх чадвартай бичил биетүүд бөгөөд эцэст нь бусад шим тэжээлийн мөчлөгийн процесст (H, O, N, S, P, Fe гэх мэт) ордог. Тиймээс үнэрт бохирдуулагчийн эрдэсжилтийн бичил биетний экофизиологи болон түүний хүрээлэн буй орчны хяналтыг ойлгох нь бичил биетний нүүрстөрөгчийн мөчлөг, нүүрстөрөгчийн цэвэр төсөв, ирээдүйн уур амьсгалын эрсдлийг үнэлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Байгаль орчноос ийм нэгдлүүдийг зайлуулах яаралтай хэрэгцээг харгалзан үзвэл цэвэр технологид чиглэсэн янз бүрийн эко үйлдвэрүүд гарч ирсэн. Эсвэл экосистемд хуримтлагдсан үйлдвэрийн хаягдал/хаягдал химийн бодисын үнэлгээг (өөрөөр хэлбэл хог хаягдлыг баялаг болгох арга) тойрог эдийн засаг болон тогтвортой хөгжлийн зорилтуудын нэг тулгуур багана гэж үздэг (Close et al., 2012). Тиймээс эдгээр болзошгүй задралын нэр дэвшигчдийн бодисын солилцоо, ферментийн болон генетикийн талыг ойлгох нь ийм үнэрт бохирдуулагчийг үр дүнтэй зайлуулах, био нөхөн сэргээхэд хамгийн чухал юм.
Олон тооны үнэрт бохирдуулагчдын дунд бид нафталин болон орлуулсан нафталин зэрэг бага молекул жинтэй PAH-д онцгой анхаарал хандуулдаг. Эдгээр нэгдлүүд нь газрын тосноос гаргаж авсан түлш, нэхмэлийн будагч бодис, хэрэглээний бүтээгдэхүүн, пестицид (нафталин болон шавьж үргээгч), хуванцаржуулагч болон таннин зэрэг гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд бөгөөд олон экосистемд өргөн тархсан байдаг (Preuss et al., 2003). Сүүлийн үеийн тайланд нафталины агууламж уст давхаргын тунадас, гүний болон гүний хөрс, вадозын бүс, голын эрэг дээр хуримтлагдаж байгааг онцолсон бөгөөд энэ нь хүрээлэн буй орчинд био хуримтлагдаж байгааг харуулж байна (Duttagupta et al., 2019, 2020). Хүснэгт 2-т нафталин болон түүний уламжлалуудын физик-химийн шинж чанар, хэрэглээ, эрүүл мэндэд үзүүлэх нөлөөг нэгтгэн харуулав. Бусад өндөр молекул жинтэй PAH-уудтай харьцуулахад нафталин болон түүний уламжлалууд нь гидрофобик чанар багатай, усанд илүү уусдаг бөгөөд экосистемд өргөн тархсан тул тэдгээрийг PAH-ийн бодисын солилцоо, генетик болон бодисын солилцооны олон янз байдлыг судлах загвар субстрат болгон ашигладаг. Олон тооны бичил биетүүд нафталин болон түүний деривативуудыг бодисын солилцоонд оруулах чадвартай бөгөөд тэдгээрийн бодисын солилцооны зам, ферментүүд болон зохицуулалтын шинж чанаруудын талаарх цогц мэдээлэл байдаг (Mallick et al., 2011; Phale et al., 2019, 2020). Үүнээс гадна, нафталин болон түүний деривативууд нь өндөр элбэг дэлбэг байдал болон биоидэвхтэй байдлаасаа шалтгаалан хүрээлэн буй орчны бохирдлын үнэлгээний туршилтын нэгдэл гэж тодорхойлогдсон. АНУ-ын Байгаль орчныг хамгаалах агентлагийн тооцоолсноор нафталины дундаж түвшин нь ихэвчлэн бүрэн бус шаталтаас үүссэн тамхины утаанаас нэг куб метрт 5.19 мкг, хажуугийн утаанаас 7.8-46 мкг байдаг бол креозот болон нафталинд өртөх нь 100-10,000 дахин их байдаг (Preuss et al. 2003). Ялангуяа нафталин нь төрөл зүйл, бүс нутаг, хүйсийн онцлогт тохирсон амьсгалын замын хордлого, хорт хавдар үүсгэх чадвартай болох нь тогтоогдсон. Амьтны судалгаанд үндэслэн Хорт хавдрын судалгааны олон улсын агентлаг (IARC) нафталиныг "хүний ​​хорт хавдар үүсгэгч байж болзошгүй" (2B бүлэг)1 гэж ангилсан. Орлуулсан нафталинд өртөх нь голчлон амьсгалах эсвэл парентерал (амаар) хэрэглэх замаар уушгины эдийг гэмтээж, харх, хулганад уушгины хавдрын тохиолдлыг нэмэгдүүлдэг (Үндэсний хор судлалын хөтөлбөр 2). Цочмог үр дагаварт дотор муухайрах, бөөлжих, хэвлийгээр өвдөх, суулгах, толгой өвдөх, төөрөгдөл, хэт их хөлрөх, халуурах, тахикарди гэх мэт орно. Нөгөөтэйгүүр, өргөн хүрээний карбамат шавьж устгах үйлчилгээтэй карбарил (1-нафтил N-метилкарбамат) нь усны сээр нуруугүй амьтад, хоёр нутагтан, зөгийн бал, хүнд хортой бөгөөд саажилт үүсгэдэг ацетилхолинестеразыг дарангуйлдаг болохыг тогтоосон (Smulders et al., 2003; Bulen and Distel, 2011). Тиймээс бичил биетний задралын механизм, генетикийн зохицуулалт, ферментийн болон эсийн урвалыг ойлгох нь бохирдсон орчинд био нөхөн сэргээх стратеги боловсруулахад чухал үүрэгтэй.
Хүснэгт 2. Нафталин болон түүний уламжлалын физик-химийн шинж чанар, хэрэглээ, таних арга, холбогдох өвчний талаарх дэлгэрэнгүй мэдээлэл.
Бохирдсон орон зайд гидрофобик болон липофилийн үнэрт бохирдуулагчид нь хүрээлэн буй орчны микробиом (бүлэглэл)-д янз бүрийн эсийн нөлөө үзүүлдэг, тухайлбал мембраны шингэн чанар, мембраны нэвчилт, липидийн давхар давхаргын хаван, энерги дамжуулалт тасалдах (электрон тээвэрлэлтийн гинжин хэлхээ/протоны хөдөлгөгч хүч), мембрантай холбоотой уургийн идэвхжил зэрэг орно (Sikkema et al., 1995). Үүнээс гадна катехол, хинон зэрэг зарим уусдаг завсрын бодисууд нь реактив хүчилтөрөгчийн төрөл зүйл (ROS) үүсгэж, ДНХ болон уургуудтай нэмэлт бодис үүсгэдэг (Penning et al., 1999). Тиймээс экосистем дэх ийм нэгдлүүдийн элбэг дэлбэг байдал нь бичил биетний бүлгүүдэд шингээлт/тээвэрлэлт, эсийн доторх хувирал, ассимиляци/ашиглалт, таславчлах зэрэг янз бүрийн физиологийн түвшинд үр дүнтэй задруулагч болохын тулд сонгомол дарамт үзүүлдэг.
Рибосомын мэдээллийн сангийн төсөл-II (RDP-II)-д хийсэн хайлтаар нийт 926 төрлийн бактери нафталин эсвэл түүний уламжлалаар бохирдсон орчин эсвэл баяжуулах өсгөврөөс ялгаран гарсан болохыг тогтоожээ. Proteobacteria бүлэг хамгийн олон төлөөлөгчтэй байсан (n = 755), дараа нь Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10), болон ангилагдаагүй бактери (8) орсон (Зураг 2). γ-Proteobacteria-ийн төлөөлөгчид (Pseudomonadales болон Xanthomonadales) нь G+C агууламж өндөртэй (54%) бүх Грам-сөрөг бүлгүүдэд давамгайлж байсан бол Clostridiales болон Bacillales (30%) нь G+C агууламж багатай Грам-эерэг бүлгүүд байв. Pseudomonas (хамгийн их тоо, 338 зүйл) нь янз бүрийн бохирдсон экосистемд (нүүрсний давирхай, газрын тос, түүхий тос, лаг, газрын тосны асгаралт, бохир ус, органик хаягдал, хогийн цэг) болон бүрэн бүтэн экосистемд (хөрс, гол мөрөн, тунадас, газрын доорх ус) нафталин болон түүний метилийн деривативуудыг задлах чадвартай гэж мэдээлсэн (Зураг 2). Түүнчлэн, эдгээр бүс нутгийн зарим хэсэгт хийсэн баяжуулалтын судалгаа, метагеномик шинжилгээгээр өсгөвөрлөөгүй Legionella болон Clostridium зүйлүүд нь задрах чадвартай байж болохыг харуулсан нь эдгээр бактерийг шинэ зам, бодисын солилцооны олон янз байдлыг судлахын тулд өсгөвөрлөх шаардлагатай байгааг харуулж байна.
Зураг 2. Нафталин болон нафталины деривативаар бохирдсон орчин дахь бактерийн төлөөлөгчдийн ангилал зүйн олон янз байдал ба экологийн тархалт.
Төрөл бүрийн үнэрт нүүрсустөрөгчийг задалдаг бичил биетүүдийн дундаас ихэнх нь нүүрстөрөгч болон энергийн цорын ганц эх үүсвэр болох нафталиныг задлах чадвартай байдаг. Нафталины солилцоонд оролцдог үйл явдлын дарааллыг Pseudomonas sp.-д тайлбарласан болно. (омог: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 ба CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 болон бусад омгууд (ND6 ба AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1996; Annweiler et al., 2000; Basu et al., 2003; Dennis and Zylstra, 2004; Sota et al., 2006; Метаболизмыг олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй диоксигеназа [нафталин диоксигеназа (NDO), цагираг гидроксилжүүлэгч диоксигеназа] эхлүүлдэг бөгөөд энэ нь нафталины үнэрт цагирагуудын нэгний исэлдэлтийг молекулын хүчилтөрөгчийг нөгөө субстрат болгон ашиглаж, нафталиныг цис-нафталиндиол болгон хувиргадаг (Зураг 3). Цис-дигидродиолыг 1,2-дигидроксинафталин болгон хувиргадаг. дегидрогеназа. Цагираг задалдаг диоксигеназа болох 1,2-дигидроксинафталин диоксигеназа (12DHNDO) нь 1,2-дигидроксинафталиныг 2-гидроксихром-2-карбоксилын хүчил болгон хувиргадаг. Ферментийн цис-транс изомержилт нь транс-о-гидроксибензилиденпируват үүсгэдэг бөгөөд энэ нь гидратаза альдолазагаар салицилийн альдегид ба пируват болж задардаг. Органик хүчлийн пируват нь нафталины нүүрстөрөгчийн араг яснаас гаргаж авсан анхны C3 нэгдэл бөгөөд төвийн нүүрстөрөгчийн зам руу чиглэгддэг. Үүнээс гадна, NAD+-аас хамааралтай салицилалдегиддегидрогеназа нь салицилалдегидыг салицилийн хүчил болгон хувиргадаг. Энэ үе шат дахь бодисын солилцоог нафталины задралын "дээд зам" гэж нэрлэдэг. Энэ зам нь ихэнх нафталин задалдаг бактериудад маш түгээмэл байдаг. Гэсэн хэдий ч цөөн хэдэн үл хамаарах зүйл байдаг; жишээлбэл, термофил Bacillus hamburgii 2-т нафталины задрал нь нафталинаас эхэлдэг. 2,3-диоксигеназа нь 2,3-дигидроксинафталин үүсгэдэг (Annweiler et al., 2000).
Зураг 3. Нафталин, метилнафталин, нафтойн хүчил, карбарилын задралын замууд. Тойрог тоонууд нь нафталин болон түүний уламжлалыг дараагийн бүтээгдэхүүн болгон дараалан хувиргах үүрэгтэй ферментүүдийг илэрхийлнэ. 1 — нафталин диоксигеназа (NDO); 2, цис-дигидродиолдегидрогеназа; 3, 1,2-дигидроксинафталин диоксигеназа; 4, 2-гидроксихром-2-карбоксилын хүчлийн изомераза; 5, транс-O-гидроксибензилиденпируват гидратаза альдолаза; 6, салицилалдегиддегидрогеназа; 7, салицилат 1-гидроксилаза; 8, катехол 2,3-диоксигеназа (C23DO); 9, 2-гидроксимуконат хагас альдегиддегидрогеназа; 10, 2-оксопент-4-эноат гидратаза; 11, 4-гидрокси-2-оксопентаноат альдолаза; 12, ацетальдегиддегидрогеназа; 13, катехол-1,2-диоксигеназа (C12DO); 14, муконат циклоизомераза; 15, муконолактон дельта-изомераза; 16, β-кетоадипатеноллактон гидролаза; 17, β-кетоадипат сукцинил-КоА трансфераза; 18, β-кетоадипат-КоА тиолаза; 19, сукцинил-КоА: ацетил-КоА сукцинилтрансфераза; 20, салицилат 5-гидроксилаза; 21 – гентисат 1,2-диоксигеназа (GDO); 22, малеилпируват изомераза; 23, фумарилпируват гидролаза; 24, метилнафталин гидроксилаза (NDO); 25, гидроксиметилнафталиндегидрогеназа; 26, нафталгиддегидрогеназа; 27, 3-формилсалицилын хүчил оксидаза; 28, гидроксиизофталат декарбоксилаза; 29, карбарил гидролаза (CH4); 30, 1-нафтол-2-гидроксилаза.
Организм болон түүний генетикийн бүтцээс хамааран үүссэн салицилийн хүчил нь салицилат 1-гидроксилаза (S1H) ашиглан катехолын замаар эсвэл салицилат 5-гидроксилаза (S5H) ашиглан гентисат замаар цааш метаболизмд ордог (Зураг 3). Салицилийн хүчил нь нафталины солилцооны гол завсрын бүтээгдэхүүн (дээд зам) тул салицилийн хүчлээс TCA завсрын бүтээгдэхүүн хүртэлх алхмуудыг ихэвчлэн доод зам гэж нэрлэдэг бөгөөд генүүд нь нэг оперон болж зохион байгуулагддаг. Дээд замын оперон (nah) болон доод замын оперон (sal) дахь генүүд нь нийтлэг зохицуулах хүчин зүйлсээр зохицуулагддаг нь түгээмэл байдаг; жишээлбэл, NahR болон салицилийн хүчил нь өдөөгч болж, хоёр оперон хоёулаа нафталиныг бүрэн метаболизмд оруулах боломжийг олгодог (Phale et al., 2019, 2020).
Үүнээс гадна, катехол нь катехол 2,3-диоксигеназа (C23DO)-оор мета замаар циклээр 2-гидроксимуконат хагас альдегид болж задардаг (Yen et al., 1988) бөгөөд цаашид 2-гидроксимуконат хагас альдегид гидролазаар гидролиздэн 2-гидроксипент-2,4-диено хүчил үүсгэдэг. Дараа нь 2-гидроксипент-2,4-диеноат нь гидратаза (2-оксопент-4-эноат гидратаза) болон альдолаза (4-гидрокси-2-оксопентаноат альдолаза)-аар пируват ба ацетальдегид болж хувирч, дараа нь төв нүүрстөрөгчийн замд ордог (Зураг 3). Эсвэл катехол нь катехол 1,2-оксигеназа (C12DO)-оор орто замаар циклээр цис,цис-муконат болж задардаг. Муконат циклоизомераза, муконолактон изомераза, β-кетоадипат-ноллактон гидролаз нь цис,цис-муконатыг 3-оксоадипат болгон хувиргадаг бөгөөд энэ нь сукцинил-КоА болон ацетил-КоА-аар дамжин төв нүүрстөрөгчийн замд ордог (Нозаки нар, 1968) (Зураг 3).
Гентизат (2,5-дигидроксибензоат) замд үнэрт цагираг нь гентизат 1,2-диоксигеназа (GDO)-оор задарч малеилпируват үүсгэдэг. Энэ бүтээгдэхүүнийг пируват ба малат болгон шууд гидролизд оруулж болно, эсвэл фумарилпируват үүсгэж изомержуулж, дараа нь пируват ба фумарат болгон гидролизд оруулж болно (Larkin and Day, 1986). Өөр замын сонголт нь биохимийн болон генетикийн түвшинд Грам-сөрөг ба Грам-эерэг бактериудад ажиглагдсан (Morawski et al., 1997; Whyte et al., 1997). Грам-сөрөг бактери (Pseudomonas) нь нафталины солилцоог өдөөгч салицилийн хүчил хэрэглэхийг илүүд үздэг бөгөөд үүнийг салицилат 1-гидроксилаз ашиглан катехол болгон декарбоксилжүүлдэг (Gibson and Subramanian, 1984). Нөгөөтэйгүүр, Грам эерэг бактери (Rhodococcus)-д салицилат 5-гидроксилаза нь салицилийн хүчлийг гентисийн хүчил болгон хувиргадаг бол салицилийн хүчил нь нафталин генийн транскрипцид индуктив нөлөө үзүүлдэггүй (Grund et al., 1992) (Зураг 3).
Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotropicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas болон Mycobacterium зүйлүүд нь монометилнафталин эсвэл диметилнафталиныг задалдаг гэж мэдээлсэн (Dean-Raymond and Bartha, 1975; Cane and Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999). Тэдгээрийн дотор Pseudomonas sp. CSV86-ийн 1-метилнафталин ба 2-метилнафталин задралын замыг биохимийн болон ферментийн түвшинд тодорхой судалсан (Mahajan et al., 1994). 1-Метилнафталин нь хоёр замаар метаболизмд ордог. Эхлээд үнэрт цагираг нь гидроксилжиж (метилнафталины орлуулаагүй цагираг) цис-1,2-дигидрокси-1,2-дигидро-8-метилнафталин үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цаашид метил салицилат ба метилкатехол болж исэлдэж, дараа нь цагираг задарсны дараа төв нүүрстөрөгчийн замд ордог (Зураг 3). Энэ замыг "нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн зам" гэж нэрлэдэг. Хоёр дахь "хоргүйжүүлэх зам"-д метил бүлгийг NDO-оор гидроксилжиж 1-гидроксиметилнафталин үүсгэж болох бөгөөд энэ нь цаашид 1-нафтой хүчил болж исэлдэж, өсгөврийн орчинд үхлийн төгсгөлийн бүтээгдэхүүн болж ялгардаг. Судалгаагаар CSV86 омог нь цорын ганц нүүрстөрөгч ба энергийн эх үүсвэр болох 1- ба 2-нафтой хүчил дээр ургаж чадахгүй байгааг харуулсан бөгөөд энэ нь түүний хоргүйжүүлэх замыг баталгаажуулдаг (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). 2-метилнафталинд метил бүлэг нь гидроксилазын нөлөөгөөр гидроксилизацид орж 2-гидроксиметилнафталин үүсгэдэг. Үүнээс гадна, нафталин цагирагийн орлуулагдаагүй цагираг нь цагираг гидроксилизацид орж дигидродиол үүсгэдэг бөгөөд энэ нь ферментийн катализжуулсан цуврал урвалд 4-гидроксиметилкатехол болж исэлдэж, мета-цагираг задралын замаар төв нүүрстөрөгчийн замд ордог. Үүнтэй адилаар, S. paucimobilis 2322 нь NDO-г ашиглан 2-метилнафталиныг гидроксилизацид оруулдаг бөгөөд энэ нь цаашид исэлдэж метил салицилат ба метилкатехол үүсгэдэг гэж мэдээлсэн (Dutta et al., 1998).
Нафтойн хүчил (орлуулсан/орлуулаагүй) нь метилнафталин, фенантрен, антрацены задралын явцад үүсч, зарцуулсан өсгөврийн орчинд ялгардаг хоргүйжүүлэх/биотрансформацийн дайвар бүтээгдэхүүн юм. Хөрсний тусгаарлагч Stenotrophomonas maltophilia CSV89 нь 1-нафтойн хүчлийг нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон хувиргах чадвартай гэж мэдээлсэн (Phale et al., 1995). Бодисын солилцоо нь үнэрт цагиргийг дигидроксилизацижүүлж 1,2-дигидрокси-8-карбоксинафталин үүсгэнэ. Үүссэн диол нь 2-гидрокси-3-карбоксибензилиденпируват, 3-формилсалицилын хүчил, 2-гидроксиизофталийн хүчил, салицилийн хүчлээр катехол болж исэлдэж, мета-цагираг задралын замаар төв нүүрстөрөгчийн замд ордог (Зураг 3).
Карбарил бол нафтил карбамат пестицид юм. 1970-аад онд Энэтхэгт болсон Ногоон хувьсгалаас хойш химийн бордоо, пестицид хэрэглэснээс хөдөө аж ахуйн цэгэн бус эх үүсвэрээс ялгардаг полицикл ароматик нүүрсустөрөгчийн (PAH) ялгаруулалт нэмэгдсэн (Пингали, 2012; Дуттагупта нар, 2020). Энэтхэгт нийт тариалангийн талбайн 55% (85,722,000 га)-ийг химийн пестицидээр боловсруулдаг гэж тооцоолж байна. Сүүлийн таван жилийн хугацаанд (2015–2020) Энэтхэгийн хөдөө аж ахуйн салбар жилд дунджаар 55,000-60,000 тонн пестицид хэрэглэсэн (Энэтхэгийн Засгийн газрын Хөдөө аж ахуйн яамны Хоршоо, фермерүүдийн халамжийн газар, 2020 оны 8-р сар). Хойд болон төв Гангетикийн тэгш тал (хамгийн өндөр хүн ам, хүн амын нягтралтай мужууд)-д пестицидийг ургацад өргөн хэрэглэдэг бөгөөд шавьж устгах бодис зонхилдог. Карбарил (1-нафтил-N-метилкарбамат) нь Энэтхэгийн хөдөө аж ахуйд дунджаар 100-110 тонн хэрэглэдэг өргөн хүрээний, дунд зэргээс өндөр хортой карбамат шавьж устгагч юм. Энэ нь ихэвчлэн Sevin худалдааны нэрээр зарагддаг бөгөөд янз бүрийн ургац (эрдэнэ шиш, шар буурцаг, хөвөн, жимс, хүнсний ногоо)-д нөлөөлдөг шавьж (бүргэд, галын шоргоолж, бүүрэг, хачиг, аалз болон бусад олон гадаа хортон шавьж)-ыг хянах зорилгоор ашиглагддаг. Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus болон Arthrobacter зэрэг зарим бичил биетнийг бусад хортон шавьжийг хянах зорилгоор ашиглаж болно. RC100 нь карбарилыг задалдаг гэж мэдээлсэн (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2017). Карбарилын задралын замыг Pseudomonas sp.-ийн C4, C5 болон C6 омгийн хөрсний изолятуудад биохимийн, ферментийн болон генетикийн түвшинд өргөнөөр судалсан (Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (Зураг 3). Бодисын солилцооны зам нь эфирийн холбоог карбарил гидролаз (CH3)-аар гидролизжүүлж 1-нафтол, метиламин болон нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэдэг. 1-нафтол нь 1-нафтол гидроксилаза (1-NH)-ээр 1,2-дигидроксинафталин болж хувирдаг бөгөөд энэ нь салицилат ба гентисатаар дамжуулан төв нүүрстөрөгчийн замаар цаашлаад метаболизмд ордог. Карбарил задалдаг зарим бактериуд катехолын орто цагиргийг задлах замаар салицилийн хүчилд метаболизмд ордог гэж мэдээлсэн (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991). Нафталин задалдаг бактериуд нь голчлон катехолоор дамжуулан салицилийн хүчлийг метаболизмд оруулдаг бол карбарил задалдаг бактериуд нь гентисат замаар салицилийн хүчлийг метаболизмд оруулахыг илүүд үздэг.
Нафталинсульфоны хүчил/дисульфоны хүчил болон нафтиламинсульфоны хүчлийн уламжлалыг азо будагч бодис, чийгшүүлэгч бодис, дисперсант гэх мэтийг үйлдвэрлэхэд завсрын бүтээгдэхүүн болгон ашиглаж болно. Эдгээр нэгдлүүд нь хүнд бага хоруу чанартай боловч цитотоксик чанарын үнэлгээгээр загас, дафни, замагт үхлийн аюултай болохыг харуулсан (Greim et al., 1994). Pseudomonas төрлийн төлөөлөгчид (A3, C22 омгууд) нь сульфоны хүчлийн бүлгийг агуулсан үнэрт цагиргийг давхар гидроксилизациар дигидродиол үүсгэж, улмаар сульфитын бүлгийг аяндаа задалснаар 1,2-дигидроксинафталин болгон хувиргадаг гэж мэдээлсэн (Brilon et al., 1981). Үүссэн 1,2-дигидроксинафталин нь сонгодог нафталины замаар, өөрөөр хэлбэл катехол эсвэл гентизат замаар катаболизмд ордог (Зураг 4). Аминофталинсульфоны хүчил ба гидроксинафталинсульфоны хүчил нь нэмэлт катаболик замтай холимог бактерийн консорциумаар бүрэн задарч болохыг харуулсан (Нортеманн нар, 1986). Консорциумын нэг гишүүн аминонафталинсульфоны хүчил эсвэл гидроксинафталинсульфоны хүчлийг 1,2-диоксигенжуулалтаар хүхрийг саармагжуулдаг бол аминосалицилат эсвэл гидроксисалицилат нь өсгөврийн орчинд үхлийн төгсгөлийн метаболит хэлбэрээр ялгарч, улмаар консорциумын бусад гишүүдэд шингэдэг болохыг харуулсан. Нафталинсульфоны хүчил нь харьцангуй туйлширсан боловч био задрал муутай тул өөр өөр замаар метаболизмд орж болно. Анхны хүхрийг саармагжуулах нь үнэрт цагираг болон сульфоны хүчлийн бүлгийн региоселектив дигидроксилизацийн үед явагддаг; Хоёр дахь хүхрийн хүчилгүйжүүлэлт нь салицилийн хүчил 5-гидроксилазаар 5-сульфосалицилын хүчлийг гидроксилизацилах явцад явагддаг бөгөөд гентисийн хүчил үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нүүрстөрөгчийн төв замд ордог (Brilon et al., 1981) (Зураг 4). Нафталины задралыг хариуцдаг ферментүүд нь мөн нафталин сульфонатын солилцоог хариуцдаг (Brilon et al., 1981; Keck et al., 2006).
Зураг 4. Нафталин сульфонатын задралын бодисын солилцооны замууд. Тойрог доторх тоонууд нь Зураг 3-т тайлбарласан ферментүүдтэй төстэй/ижил төстэй нафтил сульфонатын бодисын солилцоог хариуцдаг ферментүүдийг илэрхийлнэ.
Бага молекул жинтэй PAH (LMW-PAH) нь буурдаг, гидрофобик ба муу уусдаг тул байгалийн задрал/задралд өртөмтгий биш юм. Гэсэн хэдий ч аэроб бичил биетүүд молекулын хүчилтөрөгч (O2)-ийг шингээж исэлдүүлэх чадвартай. Эдгээр ферментүүд нь голчлон оксидоредуктазын ангилалд багтдаг бөгөөд үнэрт цагираг гидроксилизаци (моно- эсвэл дигидроксилизаци), дегидрогенизаци, үнэрт цагираг задрал зэрэг янз бүрийн урвал явуулж чаддаг. Эдгээр урвалаас гаргаж авсан бүтээгдэхүүнүүд нь илүү өндөр исэлдэлтийн төлөвт байдаг бөгөөд төвийн нүүрстөрөгчийн замаар илүү амархан метаболизмд ордог (Phale et al., 2020). Задралын зам дахь ферментүүд индукцтэй гэж мэдээлсэн. Эсийг глюкоз эсвэл органик хүчил зэрэг энгийн нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр дээр ургуулахад эдгээр ферментүүдийн идэвхжил маш бага эсвэл үл тоомсорлогддог. Хүснэгт 3-т нафталин болон түүний уламжлалын бодисын солилцоонд оролцдог янз бүрийн ферментүүд (хүчилтөрөгч, гидролаз, дегидрогеназа, оксидаза гэх мэт)-ийг нэгтгэн харуулав.
Хүснэгт 3. Нафталин болон түүний уламжлалын задралыг хариуцдаг ферментүүдийн биохимийн шинж чанарууд.
Радиоизотопын судалгаагаар (18O2) оксигеназагаар молекулын O2-ийг ароматик цагирагт оруулах нь нэгдлийн цаашдын био задралыг идэвхжүүлэх хамгийн чухал алхам болохыг харуулсан (Hayaishi et al., 1955; Mason et al., 1955). Молекулын хүчилтөрөгчөөс (O2) нэг хүчилтөрөгчийн атомыг (O) субстратад оруулах нь эндоген эсвэл экзоген монооксигеназа (гидроксилаз гэж нэрлэдэг) -аар эхэлдэг. Өөр нэг хүчилтөрөгчийн атом нь ус болж буурдаг. Экзоген монооксигеназа нь флавиныг NADH эсвэл NADPH-ээр бууруулдаг бол эндомонооксигеназад флавин нь субстратаар буурдаг. Гидроксилизацийн байрлал нь бүтээгдэхүүний үүсэлтэд олон янз байдлыг бий болгодог. Жишээлбэл, салицилат 1-гидроксилаза нь C1 байрлалд салицилийн хүчлийг гидроксилатж, катехол үүсгэдэг. Нөгөөтэйгүүр, олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй салицилат 5-гидроксилаза (редуктаза, ферредоксин, оксигеназын дэд нэгжүүдийг агуулсан) нь салицилийн хүчлийг С5 байрлалд гидроксилжүүлж, гентисийн хүчил үүсгэдэг (Yamamoto et al., 1965).
Диоксигеназууд нь хоёр О2 атомыг субстратад нэгтгэдэг. Үүссэн бүтээгдэхүүнээс хамааран тэдгээрийг цагираг гидроксилжүүлэгч диоксигеназууд болон цагираг задлагч диоксигеназууд гэж хуваадаг. Цагираг гидроксилжүүлэгч диоксигеназууд нь үнэрт субстратуудыг цис-дигидродиол (жишээ нь, нафталин) болгон хувиргадаг бөгөөд бактерийн дунд өргөн тархсан байдаг. Өнөөдрийг хүртэл цагираг гидроксилжүүлэгч диоксигеназ агуулсан организмууд янз бүрийн үнэрт нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр дээр өсөх чадвартай болох нь тогтоогдсон бөгөөд эдгээр ферментүүдийг NDO (нафталин), толуол диоксигеназа (TDO, толуол), бифенил диоксигеназа (BPDO, бифенил) гэж ангилдаг. NDO болон BPDO хоёулаа янз бүрийн полицикл ароматик нүүрсустөрөгч (толуол, нитротолуол, ксилол, этилбензол, нафталин, бифенил, флуорен, индол, метилнафталин, нафталинсульфонат, фенантрен, антрацен, ацетофенон гэх мэт)-ийн давхар исэлдэлт ба хажуугийн гинжин гидроксилизацийг хурдасгаж чаддаг (Boyd болон Sheldrake, 1998; Phale et al., 2020). NDO нь оксидоредуктаза, ферредоксин болон идэвхтэй талбай агуулсан оксигеназа бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэх олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй систем юм (Gibson болон Subramanian, 1984; Resnick et al., 1996). NDO-ийн каталитик нэгж нь α3β3 тохиргоонд байрлуулсан том α дэд нэгж болон жижиг β дэд нэгжээс бүрдэнэ. NDO нь оксигеназын том бүлэгт багтдаг бөгөөд түүний α-дэд нэгж нь Риескийн сайт [2Fe-2S] болон мононуклеар гем бус төмөр агуулдаг бөгөөд энэ нь NDO-ийн субстратын өвөрмөц чанарыг тодорхойлдог (Parales et al., 1998). Ихэвчлэн нэг каталитик мөчлөгт пиридин нуклеотидын бууралтаас үүссэн хоёр электрон нь редуктаза, ферредоксин болон Риескийн сайтаар дамжуулан идэвхтэй талбай дахь Fe(II) ион руу шилждэг. Бууруулах эквивалентууд нь молекулын хүчилтөрөгчийг идэвхжүүлдэг бөгөөд энэ нь субстратын дигидроксилизацийн урьдчилсан нөхцөл юм (Ferraro et al., 2005). Өнөөдрийг хүртэл цөөн тооны NDO-г янз бүрийн омгуудаас цэвэршүүлж, нарийвчлан тодорхойлсон бөгөөд нафталины задралд оролцдог замын генетикийн хяналтыг нарийвчлан судалсан (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003). Цагираг задлах диоксигеназууд (эндо- эсвэл орто-цагираг задлах ферментүүд ба экзодиол- эсвэл мета-цагираг задлах ферментүүд) нь гидроксилжүүлсэн ароматик нэгдлүүдэд нөлөөлдөг. Жишээлбэл, орто-цагираг задлах диоксигеназа нь катехол-1,2-диоксигеназа, харин мета-цагираг задлах диоксигеназа нь катехол-2,3-диоксигеназа юм (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). Төрөл бүрийн оксигеназуудаас гадна ароматик дигидродиол, спирт, альдегидийн дегидрогенизаци, NAD+/NADP+-ийг электрон хүлээн авагч болгон ашиглах үүрэгтэй янз бүрийн дегидрогеназууд байдаг бөгөөд эдгээр нь бодисын солилцоонд оролцдог чухал ферментүүдийн зарим нь юм (Gibson and Subramanian, 1984; Shaw and Harayama, 1990; Fahle et al., 2020).
Гидролаз (эстераза, амидаза) зэрэг ферментүүд нь ус ашиглан ковалент холбоог тасалж, өргөн хүрээтэй субстратын өвөрмөц чанарыг харуулдаг ферментүүдийн хоёр дахь чухал анги юм. Карбарил гидролаз болон бусад гидролазуудыг Грам сөрөг бактерийн гишүүдийн периплазмын (трансмембран) бүрэлдэхүүн хэсэг гэж үздэг (Камини нар, 2018). Карбарил нь амид ба эфирийн холбоо хоёулаа байдаг; тиймээс үүнийг эстераза эсвэл амидазагаар гидролизд оруулж 1-нафтол үүсгэж болно. Rhizobium rhizobium омгийн AC10023 болон Arthrobacter RC100 омгийн карбарил нь тус тус эстераза ба амидаза болж үйлчилдэг гэж мэдээлсэн. Arthrobacter RC100 омгийн карбарил нь мөн амидаза болж үйлчилдэг. RC100 нь карбарил, метомил, мефенамины хүчил болон XMC зэрэг дөрвөн N-метилкарбамат ангиллын шавьж устгагчийг гидролизжүүлдэг болох нь батлагдсан (Hayaatsu et al., 2001). Pseudomonas sp. C5pp дахь CH нь карбарил (100% идэвхжил) болон 1-нафтил ацетат (36% идэвхжил) дээр үйлчилдэг боловч 1-нафтилацетамид дээр үйлчилдэггүй гэж мэдээлсэн нь энэ нь эстераза болохыг харуулж байна (Trivedi et al., 2016).
Биохимийн судалгаа, ферментийн зохицуулалтын хэв маяг, генетикийн шинжилгээгээр нафталины задралын генүүд нь хоёр индукцтэй зохицуулагч нэгж буюу "оперон"-оос бүрддэг болохыг харуулсан: nah ("дээш урсгалын зам", нафталиныг салицилийн хүчил болгон хувиргадаг) ба sal ("доош урсгалын зам", салицилийн хүчлийг катехолоор дамжуулан төв нүүрстөрөгчийн зам руу хувиргадаг). Салицилийн хүчил болон түүний аналогууд нь индуктор болж чаддаг (Shamsuzzaman and Barnsley, 1974). Глюкоз эсвэл органик хүчлүүдийн дэргэд оперон дарангуйлагддаг. Зураг 5-т нафталины задралын бүрэн генетикийн зохион байгуулалтыг (оперон хэлбэрээр) харуулав. nah генийн хэд хэдэн нэрлэсэн хувилбар/хэлбэрийг (ndo/pah/dox) тодорхойлсон бөгөөд бүх Pseudomonas зүйлийн дунд өндөр дарааллын гомологитой (90%) болохыг тогтоосон (Abbasian et al., 2016). Зураг 5А-д үзүүлсэн шиг нафталины дээд урсгалын замын генүүдийг ерөнхийдөө тохиролцооны дарааллаар байрлуулсан. Өөр нэг ген болох nahQ нь нафталины солилцоонд оролцдог бөгөөд ихэвчлэн nahC болон nahE-ийн хооронд байрладаг гэж мэдээлсэн боловч түүний бодит үүрэг нь тодорхойгүй хэвээр байна. Үүнтэй адилаар, нафталинд мэдрэмтгий хемотаксисыг хариуцдаг nahY ген нь зарим гишүүдэд nah опероны дистал төгсгөлд илэрсэн. Ralstonia sp.-д глутатион S-трансфераза (gsh)-ийг кодчилдог U2 ген нь nahAa болон nahAb-ийн хооронд байрладаг боловч нафталины ашиглалтын шинж чанарт нөлөөлөөгүй болохыг тогтоожээ (Zylstra et al., 1997).
Зураг 5. Бактерийн төрөл зүйлийн дунд нафталины задралын үед ажиглагдсан генетикийн зохион байгуулалт ба олон янз байдал; (A) Дээд нафталины зам, нафталины салицилийн хүчил рүү метаболизм; (B) Доод нафталины зам, салицилийн хүчил катехолоор дамжин төв нүүрстөрөгчийн зам руу; (C) салицилийн хүчил гентисатаар дамжин төв нүүрстөрөгчийн зам руу.
"Доод зам" (sal оперон) нь ихэвчлэн nahGTHINLMOKJ-ээс бүрддэг бөгөөд катехол метафорын задралын замаар салицилатыг пируват ба ацетальдегид болгон хувиргадаг. nahG ген (салицилат гидроксилазыг кодчилдог) нь опероны проксимал төгсгөлд хадгалагддаг болохыг тогтоосон (Зураг 5B). Бусад нафталин задалдаг омгуудтай харьцуулахад P. putida CSV86-д nah ба sal оперонууд нь хос бөгөөд маш нягт холбоотой (ойролцоогоор 7.5 kb). Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, P. putida AK5 зэрэг зарим Грам сөрөг бактериудад нафталин нь гентизат замаар (sgp/nag оперон хэлбэрээр) төвийн нүүрстөрөгчийн метаболит болж метаболизмд ордог. Генийн кассет нь ихэвчлэн nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI хэлбэрээр дүрслэгддэг бөгөөд nagR (LysR төрлийн зохицуулагчийг кодчилдог) нь дээд үзүүрт байрладаг (Зураг 5C).
Карбарил нь 1-нафтол, 1,2-дигидроксинафталин, салицилийн хүчил, гентисийн хүчлийн солилцоогоор дамжуулан төвийн нүүрстөрөгчийн мөчлөгт ордог (Зураг 3). Генетик ба бодисын солилцооны судалгаан дээр үндэслэн энэ замыг "дээш урсгал" (карбарилыг салицилийн хүчил болгон хувиргах), "дунд" (салицилийн хүчлийг гентисийн хүчил болгон хувиргах), "доош урсгал" (гентисийн хүчлийг төвийн нүүрстөрөгчийн замын завсрын бүтээгдэхүүн болгон хувиргах) гэж хуваахыг санал болгосон (Singh et al., 2013). C5pp (supercontig A, 76.3 kb)-ийн геномын шинжилгээгээр mcbACBDEF ген нь карбарилаас салицилийн хүчил, дараа нь салицилийн хүчлийг гентисийн хүчил болгон хувиргахад mcbIJKL, гентисийн хүчлийг төвийн нүүрстөрөгчийн завсрын бүтээгдэхүүн (фумарат ба пируват, Триведи нар, 2016) болгон хувиргахад mcbOQP оролцдог болохыг тогтоожээ (Зураг 6).
Ароматик нүүрсустөрөгч (нафталин болон салицилийн хүчил орно)-ийн задралд оролцдог ферментүүд нь харгалзах нэгдлүүдээр өдөөгдөж, глюкоз эсвэл органик хүчил зэрэг энгийн нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрээр дарангуйлагддаг гэж мэдээлсэн (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020). Нафталин болон түүний уламжлалын янз бүрийн бодисын солилцооны замуудын дунд нафталин болон карбарилын зохицуулалтын шинж чанаруудыг тодорхой хэмжээгээр судалсан. Нафталины хувьд дээд болон доод замын генүүд нь LysR төрлийн транс-үйлчилгээтэй эерэг зохицуулагч болох NahR-ээр зохицуулагддаг. Энэ нь салицилийн хүчилээр nah генийг өдөөх болон түүний дараагийн өндөр түвшний экспрессэд шаардлагатай (Yen and Gunsalus, 1982). Цаашилбал, судалгаагаар интегратив эзэн хүчин зүйл (IHF) болон XylR (sigma 54-аас хамааралтай транскрипцийн зохицуулагч) нь нафталины солилцоонд генийн транскрипцийн идэвхжилд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулсан (Ramos et al., 1997). Судалгаагаар катехол мета-цагираг нээх замын ферментүүд болох катехол 2,3-диоксигеназа нь нафталин болон/эсвэл салицилийн хүчил байгаа үед өдөөгддөг болохыг харуулсан (Basu et al., 2006). Судалгаагаар катехол орто-цагираг нээх замын ферментүүд болох катехол 1,2-диоксигеназа нь бензойн хүчил болон цис,цис-муконатын дэргэд өдөөгддөг болохыг харуулсан (Parsek et al., 1994; Tover et al., 2001).
C5pp омогт mcbG, mcbH, mcbN, mcbR болон mcbS гэсэн таван ген нь карбарилын задралыг хянах үүрэгтэй транскрипцийн зохицуулагчдын LysR/TetR бүлэгт хамаарах зохицуулагчдыг кодчилдог. Гомолог ген mcbG нь Burkholderia RP00725-д фенантрен бодисын солилцоонд оролцдог LysR төрлийн зохицуулагч PhnS (58% амин хүчлийн ижил төстэй байдал)-тай хамгийн нягт холбоотой болохыг тогтоосон (Trivedi et al., 2016). mcbH ген нь завсрын замд (салицилийн хүчлийг гентисийн хүчил болгон хувиргах) оролцдог бөгөөд Pseudomonas болон Burkholderia-д LysR төрлийн транскрипцийн зохицуулагч NagR/DntR/NahR-д хамаардаг болохыг тогтоожээ. Энэ бүлгийн гишүүд салицилийн хүчлийг задралын генийг өдөөх тодорхой эффектор молекул гэж хүлээн зөвшөөрдөг гэж мэдээлсэн. Нөгөөтэйгүүр, LysR болон TetR төрлийн транскрипцийн зохицуулагчдад хамаарах mcbN, mcbR болон mcbS гэсэн гурван генийг доод урсгалын замд (гентисат-төвийн нүүрстөрөгчийн замын метаболитууд) тодорхойлсон.
Прокариотуудад плазмид, транспозон, профаг, геномын арлууд болон интегратив коньюгатив элементүүд (ICE)-ээр дамжин хэвтээ генийн дамжуулалтын процессууд (худалдан авах, солилцох эсвэл шилжүүлэх) нь бактерийн геномын уян хатан чанарын гол шалтгаан болж, тодорхой функц/шинж чанарыг нэмэгдүүлэх эсвэл алдахад хүргэдэг. Энэ нь бактериудыг хүрээлэн буй орчны янз бүрийн нөхцөлд хурдан дасан зохицох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эзэнд ароматик нэгдлүүдийн задрал гэх мэт дасан зохицох бодисын солилцооны давуу талыг олгодог. Бодисын солилцооны өөрчлөлтийг ихэвчлэн задралын оперон, тэдгээрийн зохицуулах механизм, ферментийн өвөрмөц байдлыг нарийн тохируулах замаар хийдэг бөгөөд энэ нь илүү өргөн хүрээний ароматик нэгдлүүдийн задралыг хөнгөвчилдөг (Nojiri et al., 2004; Phale et al., 2019, 2020). Нафталины задралын генийн кассетууд нь плазмид (коньюгатив ба коньюгатив бус), транспозон, геном, ICE болон өөр өөр бактерийн зүйлийн хослол зэрэг янз бүрийн хөдөлгөөнт элементүүд дээр байрладаг болохыг тогтоожээ (Зураг 5). Pseudomonas G7-д плазмидын NAH7-ийн nah ба sal оперонууд нь ижил чиглэлд транскрипцлэгдсэн бөгөөд мобилизаци хийхэд Tn4653 транспозаза шаардлагатай согогтой транспозоны нэг хэсэг юм (Sota et al., 2006). Pseudomonas NCIB9816-4 омогт уг ген нь коньюгатив плазмид pDTG1 дээр эсрэг чиглэлд транскрипцлэгдсэн хоёр оперон (ойролцоогоор 15 кб зайтай) хэлбэрээр илэрсэн (Dennis and Zylstra, 2004). Pseudomonas putida омгийн AK5-д коньюгатив бус плазмид pAK5 нь гентизат замаар нафталины задралыг хариуцдаг ферментийг кодчилдог (Izmalkova et al., 2013). Pseudomonas омгийн PMD-1-д nah оперон нь хромосом дээр байрладаг бол sal оперон нь pMWD-1 коньюгатив плазмид дээр байрладаг (Zuniga et al., 1981). Гэсэн хэдий ч Pseudomonas stutzeri AN10-д бүх нафталины задралын генүүд (nah ба sal оперонууд) хромосом дээр байрладаг бөгөөд транспозици, рекомбинаци, дахин зохион байгуулалтын үйл явдлуудаар дамжин элсдэг гэж үздэг (Bosch et al., 2000). Pseudomonas sp. CSV86-д nah ба sal оперонууд нь геномд ICE (ICECSV86) хэлбэрээр байрладаг. Бүтэц нь tRNAGly-ээр хамгаалагдсан бөгөөд дараа нь рекомбинаци/хавсаргах цэгүүд (attR ба attL) болон tRNAGly-ийн хоёр үзүүрт байрлах фаг төст интегразаг шууд давталтаар харуулдаг тул бүтцийн хувьд ICEclc элементтэй төстэй (хлоркатехолын задралын хувьд Pseudomonas knackmusii дахь ICEclcB13). ICE дээрх генүүд нь маш бага дамжуулах давтамжтай (10-8) коньюгациар дамжин шилжиж, улмаар задралын шинж чанарыг хүлээн авагч руу дамжуулж болно гэж мэдээлсэн (Basu and Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Карбарилын задралыг хариуцдаг генүүдийн ихэнх нь плазмид дээр байрладаг. Arthrobacter sp. RC100 нь гурван плазмид (pRC1, pRC2 ба pRC300) агуулдаг бөгөөд үүнээс хоёр коньюгатив плазмид болох pRC1 ба pRC2 нь карбарилыг гентизат болгон хувиргадаг ферментүүдийг кодчилдог. Нөгөөтэйгүүр, гентизатыг төвийн нүүрстөрөгчийн метаболит болгон хувиргахад оролцдог ферментүүд нь хромосом дээр байрладаг (Hayaatsu et al., 1999). Rhizobium төрлийн бактери. Карбарилыг 1-нафтол болгон хувиргахад ашигладаг AC100 омог нь CH-ийг кодчилдог cehA генийг оруулгын элементтэй төстэй дарааллууд (istA ба istB)-ээр хүрээлэгдсэн Tnceh транспозоны нэг хэсэг болгон агуулдаг плазмид pAC200 агуулдаг (Hashimoto et al., 2002). Sphingomonas CF06 омгийн хувьд карбарил задралын ген нь таван плазмид байдаг гэж үздэг: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, болон pCF05. Эдгээр плазмидуудын ДНХ-ийн гомологи өндөр байгаа нь генийн давхардал үүсэх үйл явдлыг харуулж байна (Feng et al., 1997). Хоёр Pseudomonas зүйлээс бүрдсэн карбарил задалдаг симбионтод 50581 омог нь mcd карбарил гидролазын генийг кодчилдог pCD1 (50 kb) коньюгатив плазмид агуулдаг бол 50552 омгийн коньюгатив плазмид нь 1-нафтол задалдаг ферментийг кодчилдог (Chapalamadugu and Chaudhry, 1991). Achromobacter WM111 омгийн хувьд mcd furadan гидролазын ген нь 100 kb плазмид (pPDL11) дээр байрладаг. Энэ ген нь өөр өөр газарзүйн бүс нутгийн өөр өөр бактериудад өөр өөр плазмидууд (100, 105, 115 эсвэл 124 kb) дээр байдаг нь батлагдсан (Parekh et al., 1995). Pseudomonas sp. C5pp-д карбарилын задралыг хариуцдаг бүх генүүд нь 76.3 kb дарааллыг хамарсан геномд байрладаг (Trivedi et al., 2016). Геномын шинжилгээгээр (6.15 Mb) 42 MGE болон 36 GEI байгааг илрүүлсэн бөгөөд үүнээс 17 MGE нь дунджаар тэгш бус G+C агууламжтай (54–60 моль%) суперконтиг А (76.3 kb)-д байрласан нь хэвтээ генийн шилжилтийн үйл явдлууд байж болохыг харуулж байна (Trivedi et al., 2016). P. putida XWY-1 нь карбарил задралын генүүдийн ижил төстэй зохион байгуулалтыг харуулдаг боловч эдгээр генүүд нь плазмид дээр байрладаг (Zhu et al., 2019).
Биохимийн болон геномын түвшинд бодисын солилцооны үр ашгаас гадна бичил биетүүд нь хемотаксис, эсийн гадаргуугийн өөрчлөлтийн шинж чанар, хуваарилалт, давуу эрхтэй хэрэглээ, биосурфактант үйлдвэрлэл гэх мэт бусад шинж чанар буюу хариу урвалыг үзүүлдэг бөгөөд энэ нь бохирдсон орчинд үнэрт бохирдуулагчийг илүү үр дүнтэй задлахад тусалдаг (Зураг 7).
Зураг 7. Гадны бохирдуулагч нэгдлүүдийг үр дүнтэй био задралд оруулахын тулд ароматик нүүрсустөрөгчийг задалдаг идеал бактерийн эсийн хариу урвалын янз бүрийн стратегиуд.
Хемотаксийн хариу урвал нь олон янзын бохирдолтой экосистемд органик бохирдуулагчийн задралыг нэмэгдүүлдэг хүчин зүйл гэж үздэг. (2002) нь Pseudomonas sp. G7-ийн нафталин руу хемотаксис хийх нь усны системд нафталины задралын хурдыг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан. Зэрлэг хэлбэрийн G7 омог нь хемотаксис дутагдалтай мутант омгоос хамаагүй хурдан нафталиныг задалдаг. NahY уураг (мембраны топологитой 538 амин хүчил) нь NAH7 плазмид дээрх метаклеаважийн замын генүүдтэй хамт транскрипцлэгдсэн бөгөөд хемотаксис дамжуулагчтай адил энэ уураг нь нафталины задралын хеморецептор болж ажилладаг бололтой (Grimm and Harwood 1997). Hansel et al. (2009)-ийн өөр нэг судалгаагаар уураг нь хемотактик боловч задралын хурд өндөр байгааг харуулсан. (2011) нь Pseudomonas (P. putida)-ийн хийн нафталинд үзүүлэх химотактик хариу урвалыг харуулсан бөгөөд хийн фазын диффуз нь эсүүд рүү нафталин тогтвортой урсахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь эсүүдийн химотактик хариу урвалыг хянадаг. Судлаачид энэхүү химотактик зан үйлийг ашиглан задралын хурдыг нэмэгдүүлэх бичил биетнийг бий болгосон. Судалгаагаар химосенсорын замууд нь эсийн хуваагдал, эсийн мөчлөгийн зохицуулалт, биофильм үүсэх зэрэг бусад эсийн үйл ажиллагааг зохицуулж, улмаар задралын хурдыг хянах боломжийг олгодог болохыг харуулсан. Гэсэн хэдий ч энэ шинж чанарыг (хемотаксис) үр дүнтэй задралд ашиглах нь хэд хэдэн саад бэрхшээлээс болж саатдаг. Гол саад бэрхшээлүүд нь: (a) өөр өөр паралог рецепторууд ижил нэгдлүүд/лигандуудыг таних; (b) өөр рецепторууд, тухайлбал энергийн тропизмын оршин тогтнол; (c) ижил рецепторын бүлгийн мэдрэхүйн домэйнүүдийн дарааллын мэдэгдэхүйц ялгаа; болон (d) бактерийн гол мэдрэгч уургуудын талаарх мэдээлэл дутмаг (Ortega et al., 2017; Martin-Mora et al., 2018). Заримдаа үнэрт нүүрсустөрөгчийн био задрал нь олон метаболит/завсрын бодис үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нэг бүлгийн бактерийн хувьд химиотактик нөлөөтэй байж болох ч бусад бүлгийн хувьд зэвүүн байж, үйл явцыг улам хүндрүүлдэг. Лигандуудын (үнэрт нүүрсустөрөгч) химийн рецепторуудтай харилцан үйлчлэлийг тодорхойлохын тулд бид Pseudomonas putida болон Escherichia coli-ийн мэдрэгч ба дохиоллын домэйнүүдийг нэгтгэн эрлийз мэдрэгч уургуудыг (PcaY, McfR, болон NahY) бүтээсэн бөгөөд эдгээр нь тус тус үнэрт хүчил, TCA завсрын бүтээгдэхүүн, нафталины рецепторуудыг чиглүүлдэг (Luu et al., 2019).
Нафталин болон бусад полициклик үнэрт нүүрсустөрөгчийн (PAHs) нөлөөн дор бактерийн мембраны бүтэц болон бичил биетний бүрэн бүтэн байдал мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг. Судалгаагаар нафталин нь гидрофобик харилцан үйлчлэлээр дамжуулан ацил гинжин хэлхээний харилцан үйлчлэлд саад учруулж, улмаар мембраны хаван болон шингэн чанарыг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан (Sikkema et al., 1995). Энэхүү хортой нөлөөллийг арилгахын тулд бактери нь изо/антеизо салаалсан гинжин тосны хүчлүүдийн хоорондох харьцаа болон тосны хүчлийн найрлагыг өөрчилж, цис-ханаагүй тосны хүчлийг харгалзах транс-изомер болгон изомержуулснаар мембраны шингэн байдлыг зохицуулдаг (Heipieper and de Bont, 1994). Нафталинаар боловсруулсан Pseudomonas stutzeri-д ханасан ба ханаагүй тосны хүчлийн харьцаа 1.1-ээс 2.1 болж өссөн бол Pseudomonas JS150-д энэ харьцаа 7.5-аас 12.0 болж өссөн (Mrozik et al., 2004). Нафталин дээр ургуулахад Achromobacter KAs 3-5 эсүүд нь нафталин талстуудын эргэн тойронд эсийн бөөгнөрөл, эсийн гадаргуугийн цэнэгийн бууралт (-22.5-аас -2.5 мВ хүртэл) ажиглагдаж, цитоплазмын конденсаци ба вакуолжилт үүссэн нь эсийн бүтэц, эсийн гадаргуугийн шинж чанарт гарсан өөрчлөлтийг харуулж байна (Mohapatra et al., 2019). Эсийн/гадаргуугийн өөрчлөлт нь үнэрт бохирдуулагчийг илүү сайн шингээхтэй шууд холбоотой боловч холбогдох биоинженерийн стратегиудыг бүрэн оновчтой болгоогүй байна. Эсийн хэлбэрийг өөрчлөх нь биологийн процессыг оновчтой болгоход ховор хэрэглэгддэг (Volke and Nikel, 2018). Эсийн хуваагдалд нөлөөлдөг генийг устгах нь эсийн морфологийн өөрчлөлтөд хүргэдэг. Эсийн хуваагдалд нөлөөлдөг генийг устгах нь эсийн морфологийн өөрчлөлтөд хүргэдэг. Bacillus subtilis-д эсийн таславчийн уураг SepF нь таславч үүсэхэд оролцдог бөгөөд эсийн хуваагдлын дараагийн үе шатуудад шаардлагатай байдаг нь тогтоогдсон боловч энэ нь зайлшгүй шаардлагатай ген биш юм. Bacillus subtilis-д пептид гликаны гидролазыг кодчилдог генийг устгаснаар эсийн сунах, өсөлтийн тодорхой хурд нэмэгдэх, ферментийн үйлдвэрлэлийн хүчин чадал сайжирсан (Cui et al., 2018).
Карбарилын задралын замыг хэсэгчлэн хуваах замаар Pseudomonas омгийн C5pp ба C7-г үр дүнтэй задлахыг санал болгосон (Kamini et al., 2018). Карбарилыг гаднах мембраны таславчаар болон/эсвэл диффузи пориноор дамжуулан периплазмын орон зайд тээвэрлэхийг санал болгож байна. CH нь карбарилын гидролизийг 1-нафтол болгон катализжуулдаг периплазмын фермент бөгөөд энэ нь илүү тогтвортой, илүү гидрофобик ба илүү хортой юм. CH нь периплазмд байрладаг бөгөөд карбарилд бага хамааралтай тул 1-нафтол үүсэхийг хянаж, улмаар эсэд хуримтлагдахаас сэргийлж, эсэд үзүүлэх хоруу чанарыг бууруулдаг (Kamini et al., 2018). Үүссэн 1-нафтол нь дотоод мембранаар дамжин цитоплазм руу хуваалт болон/эсвэл диффузигаар тээвэрлэгддэг бөгөөд дараа нь төвийн нүүрстөрөгчийн замд цаашдын метаболизмд орохын тулд өндөр хамааралтай 1NH ферментээр 1,2-дигидроксинафталин болж гидроксиллэгддэг.
Хэдийгээр бичил биетүүд ксенобиотик нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийг задлах генетикийн болон бодисын солилцооны чадвартай боловч тэдгээрийн ашиглалтын шаталсан бүтэц (өөрөөр хэлбэл, нарийн төвөгтэй нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрээс илүү энгийн эх үүсвэрийг давуу эрхтэйгээр ашиглах) нь био задралд гол саад болдог. Энгийн нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн оршихуй болон ашиглалт нь PAH зэрэг нарийн төвөгтэй/давуу бус нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийг задалдаг ферментүүдийг кодчилдог генийг бууруулдаг. Сайн судлагдсан жишээ бол глюкоз болон лактозыг Escherichia coli-д хамт хэрэглэхэд глюкозыг лактозоос илүү үр дүнтэй ашигладаг явдал юм (Jacob and Monod, 1965). Pseudomonas нь нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон янз бүрийн PAH болон ксенобиотик нэгдлүүдийг задалдаг гэж мэдээлсэн. Pseudomonas дахь нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн ашиглалтын шатлал нь органик хүчил > глюкоз > үнэрт нэгдлүүд юм (Hylemon and Phibbs, 1972; Collier et al., 1996). Гэсэн хэдий ч нэг үл хамаарах зүйл байдаг. Сонирхолтой нь, Pseudomonas sp. CSV86 нь глюкозын оронд үнэрт нүүрсустөрөгч (бензойн хүчил, нафталин гэх мэт)-ийг илүүд үздэг өвөрмөц шаталсан бүтэцтэй бөгөөд үнэрт нүүрсустөрөгчийг органик хүчлүүдтэй хамт метаболизмд оруулдаг (Basu et al., 2006). Энэ бактерид үнэрт нүүрсустөрөгчийн задрал, тээвэрлэлтийн генүүд нь глюкоз эсвэл органик хүчил зэрэг хоёрдогч нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр байсан ч буурдаггүй. Глюкоз болон үнэрт нүүрсустөрөгчийн орчинд ургуулахад глюкозын тээвэрлэлт, бодисын солилцооны генүүд буурч, үнэрт нүүрсустөрөгчийг эхний логарифмын үе шатанд, глюкозыг хоёр дахь логарифмын үе шатанд ашигласан нь ажиглагдсан (Basu et al., 2006; Choudhary et al., 2017). Нөгөөтэйгүүр, органик хүчлүүд байгаа нь үнэрт нүүрсустөрөгчийн бодисын солилцооны илэрхийлэлд нөлөөлөөгүй тул энэ бактери нь био задралын судалгаанд нэр дэвшигч омог болно гэж үзэж байна (Phale et al., 2020).
Нүүрсустөрөгчийн биотрансформаци нь бичил биетэнд исэлдэлтийн стресс болон антиоксидант ферментийн зохицуулалтыг нэмэгдүүлдэг болохыг сайн мэддэг. Хөдөлгөөнгүй фазын эсүүд болон хортой нэгдлүүдийн аль алинд нь нафталины био задралын үр ашиггүй байдал нь реактив хүчилтөрөгчийн төрөл зүйл (ROS) үүсэхэд хүргэдэг (Kang et al. 2006). Нафталин задалдаг ферментүүд нь төмөр-хүхрийн кластеруудыг агуулдаг тул исэлдэлтийн стрессийн үед гем дэх төмөр болон төмөр-хүхрийн уургууд исэлдэж, уургийн идэвхгүйжилтэд хүргэдэг. Ферредоксин-NADP+ редуктаза (Fpr) нь супероксид дисмутаза (SOD)-тай хамт NADP+/NADPH болон ферредоксин эсвэл флаводоксины хоёр молекулын хоорондох буцаах исэлдэлтийн урвалыг зуучилж, улмаар ROS-ийг цэвэрлэж, исэлдэлтийн стрессийн үед төмөр-хүхрийн төвийг сэргээдэг (Li et al. 2006). Pseudomonas-д Fpr болон SodA (SOD) хоёулаа исэлдэлтийн стрессээр өдөөгдөж болох бөгөөд нафталин нэмсэн нөхцөлд өсөлтийн үед Pseudomonas-ийн дөрвөн омог (O1, W1, As1, G1)-д SOD болон каталазын идэвхжил нэмэгдсэн нь ажиглагдсан (Kang et al., 2006). Судалгаагаар аскорбины хүчил эсвэл төмрийн төмөр (Fe2+) зэрэг антиоксидантуудыг нэмэх нь нафталины өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлдэг болохыг харуулсан. Rhodococcus erythropolis нь нафталин орчинд ургах үед sodA (Fe/Mn супероксид дисмутаза), sodC (Cu/Zn супероксид дисмутаза), recA зэрэг исэлдэлтийн стресстэй холбоотой цитохром P450 генийн транскрипц нэмэгдсэн (Sazykin et al., 2019). Нафталинд өсгөвөрлөсөн Pseudomonas эсүүдийн харьцуулсан тоон протеомик шинжилгээгээр исэлдэлтийн стрессийн хариу урвалтай холбоотой янз бүрийн уургийн хэмжээг нэмэгдүүлэх нь стрессийг даван туулах стратеги болохыг харуулсан (Herbst et al., 2013).
Бичил биетүүд гидрофобик нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн нөлөөгөөр биосурфактант үүсгэдэг гэж мэдээлсэн. Эдгээр гадаргуугийн идэвхт бодисууд нь газрын тос-ус эсвэл агаар-усны хил дээр агрегат үүсгэж чаддаг амфифилийн гадаргуугийн идэвхт нэгдлүүд юм. Энэ нь хуурамч уусалтыг дэмжиж, үнэрт нүүрсустөрөгчийн адсорбцийг хөнгөвчилж, үр дүнтэй био задралд хүргэдэг (Rahman et al., 2002). Эдгээр шинж чанаруудын ачаар биосурфактантуудыг янз бүрийн салбарт өргөн ашигладаг. Бактерийн өсгөвөрт химийн гадаргуугийн идэвхт бодис эсвэл биосурфактант нэмэх нь нүүрсустөрөгчийн задралын үр ашиг, хурдыг нэмэгдүүлдэг. Биосурфактантуудын дунд Pseudomonas aeruginosa-ийн үүсгэсэн рамнолипидуудыг өргөнөөр судалж, тодорхойлсон байдаг (Hisatsuka et al., 1971; Rahman et al., 2002). Үүнээс гадна, бусад төрлийн биосурфактантуудад липопептид (Pseudomonas fluorescens-ийн сальмин), эмульгатор 378 (Pseudomonas fluorescens-ээс) (Розенберг ба Рон, 1999), Rhodococcus-ийн трехалоз дисахаридын липид (Ramdahl, 1985), Bacillus-ийн лихенин (Saraswathy ба Hallberg, 2002), Bacillus subtilis (Siegmund ба Wagner, 1991) болон Bacillus amyloliquefaciens (Zhi et al., 2017)-ийн гадаргуугийн идэвхт бодис орно. Эдгээр хүчтэй гадаргуугийн идэвхт бодисууд нь гадаргуугийн хурцадмал байдлыг 72 дин/см2-оос 30 дин/см2-оос бага болгож бууруулж, нүүрсустөрөгчийн шингээлтийг сайжруулдаг болох нь батлагдсан. Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia болон бусад бактерийн төрөл зүйлүүд нь нафталин болон метилнафталин орчинд ургуулахад янз бүрийн рхамнолипид болон гликолипид дээр суурилсан биосурфактантуудыг үүсгэж чаддаг гэж мэдээлсэн (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 нь нафтойн хүчил зэрэг үнэрт нэгдлүүд дээр ургуулахад эсийн гаднах биосурфактант Biosur-Pm үүсгэж чаддаг (Phale et al., 1995). Biosur-Pm үүсэх кинетик нь түүний нийлэгжилт нь өсөлт ба рН-ээс хамааралтай үйл явц болохыг харуулсан. Саармаг рН-д эсүүдээс үүссэн Biosur-Pm-ийн хэмжээ нь рН 8.5-аас өндөр байгааг тогтоосон. рН 8.5-д ургуулсан эсүүд нь рН 7.0-д ургуулсан эсүүдээс илүү гидрофобик бөгөөд үнэрт ба алифатик нэгдлүүдэд илүү их хамааралтай байв. Rhodococcus spp.-д. N6, нүүрстөрөгчийн азот (C:N) харьцаа өндөр, төмрийн хязгаарлалт нь эсийн гаднах биосурфактант үйлдвэрлэх оновчтой нөхцөл юм (Mutalik et al., 2008). Омгийг оновчтой болгох болон исгэх замаар биосурфактант (сурфактин)-ийн биосинтезийг сайжруулах оролдлогууд хийгдсэн. Гэсэн хэдий ч өсгөврийн орчин дахь гадаргуугийн идэвхт бодисын титр бага (1.0 г/л) байдаг нь томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд бэрхшээл учруулдаг (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Тиймээс түүний биосинтезийг сайжруулахын тулд генийн инженерчлэлийн аргыг ашигласан. Гэсэн хэдий ч опероны том хэмжээ (∼25 кб) болон кворум мэдрэгч системийн биосинтезийн нарийн төвөгтэй зохицуулалтаас шалтгаалан түүний инженерчлэлийн өөрчлөлт хийхэд хэцүү байдаг (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Bacillus бактерид хэд хэдэн генийн инженерчлэлийн өөрчлөлтийг хийсэн бөгөөд голчлон промотор (srfA оперон)-ыг орлуулах, сурфактины экспортын уураг YerP болон зохицуулагч хүчин зүйлс болох ComX болон PhrC-ийг хэт ихээр илэрхийлэх замаар сурфактины үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх зорилготой юм (Jiao et al., 2017). Гэсэн хэдий ч эдгээр генийн инженерчлэлийн аргууд нь зөвхөн нэг буюу хэд хэдэн генетикийн өөрчлөлтийг хийсэн бөгөөд арилжааны үйлдвэрлэлд хараахан хүрээгүй байна. Тиймээс мэдлэгт суурилсан оновчлолын аргуудыг цаашид судлах шаардлагатай байна.
PAH-ийн био задралын судалгааг голчлон стандарт лабораторийн нөхцөлд хийдэг. Гэсэн хэдий ч бохирдсон газар эсвэл бохирдсон орчинд олон абиотик ба биотик хүчин зүйлс (температур, рН, хүчилтөрөгч, шим тэжээлийн хүртээмж, субстратын био хүртээмж, бусад ксенобиотик, эцсийн бүтээгдэхүүний дарангуйлал гэх мэт) нь бичил биетний задралын чадварыг өөрчилж, нөлөөлдөг болохыг харуулсан.
Температур нь PAH-ийн био задралд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлдэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр ууссан хүчилтөрөгчийн концентраци буурдаг бөгөөд энэ нь аэроб бичил биетний бодисын солилцоонд нөлөөлдөг, учир нь тэдгээр нь гидроксилизаци эсвэл цагираг задралын урвал явуулдаг оксигеназын субстратын нэг болох молекулын хүчилтөрөгч шаарддаг. Өндөр температур нь эх PAH-ийг илүү хортой нэгдэл болгон хувиргаж, улмаар био задралыг дарангуйлдаг болохыг ихэвчлэн тэмдэглэдэг (Muller et al., 1998).
PAH-аар бохирдсон олон газрууд, тухайлбал хүчиллэг уурхайн ус зайлуулах хоолойгоор бохирдсон газрууд (рН 1–4) болон шүлтлэг шүүрэлтэй бохирдсон байгалийн хий/нүүрсний хийжүүлэлтийн газрууд (рН 8–12) зэрэг рН-ийн өндөр утгатай байдаг болохыг тэмдэглэсэн. Эдгээр нөхцөл байдал нь био задралын процесст ноцтой нөлөөлж болзошгүй. Тиймээс бичил биетнийг био нөхөн сэргээлтэд ашиглахаасаа өмнө шүлтлэг хөрсөнд аммонийн сульфат эсвэл аммонийн нитрат зэрэг тохиромжтой химийн бодис (дунд зэргээс маш бага исэлдэлт буурах чадвартай) нэмж, хүчиллэг хөрсөнд кальцийн карбонат эсвэл магнийн карбонатаар шохойжуулж рН-ийг тохируулахыг зөвлөж байна (Bowlen et al. 1995; Gupta and Sar 2020).
Нөлөөлөлд өртсөн хэсэгт хүчилтөрөгч нийлүүлэх нь PAH-ийн био задралын хурдыг хязгаарлах хүчин зүйл юм. Байгаль орчны исэлдэн ангижрах нөхцөл байдлаас шалтгаалан in situ био нөхөн сэргээлтийн процесст ихэвчлэн гадны эх үүсвэрээс (хагасжуулалт, агаараар шүрших, химийн нэмэлт) хүчилтөрөгч нэвтрүүлэх шаардлагатай байдаг (Pardieck et al., 1992). Odenkranz et al. (1996) бохирдсон уст давхаргад магнийн хэт исэл (хүчилтөрөгч ялгаруулдаг нэгдэл) нэмэх нь BTEX нэгдлүүдийг үр дүнтэй био нөхөн сэргээж чадна гэдгийг харуулсан. Өөр нэг судалгаагаар натрийн нитрат шахаж, олборлолтын худаг барьж, үр дүнтэй био нөхөн сэргээлт хийх замаар бохирдсон уст давхаргад фенол болон BTEX-ийн in situ задралыг судалсан (Bewley and Webb, 2001).