આ લેખ "એડવાન્સ્ડ બાયોરેમીડિયેશન ટેકનોલોજી અને સિન્થેટિક ઓર્ગેનિક સંયોજનો (SOC) રિસાયક્લિંગ પ્રક્રિયાઓ" સંશોધન વિષયનો એક ભાગ છે. બધા 14 લેખો જુઓ.
ઓછા પરમાણુ વજનવાળા પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) જેમ કે નેપ્થાલિન અને અવેજીકૃત નેપ્થાલિન (મિથાઇલનેપ્થાલિન, નેપ્થોઇક એસિડ, 1-નેપ્થાઇલ-એન-મિથાઇલકાર્બામેટ, વગેરે) વિવિધ ઉદ્યોગોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે અને તે જીનોટોક્સિક, મ્યુટેજેનિક અને/અથવા સજીવો માટે કાર્સિનોજેનિક છે. આ કૃત્રિમ કાર્બનિક સંયોજનો (SOCs) અથવા ઝેનોબાયોટિક્સ પ્રાથમિકતા પ્રદૂષક માનવામાં આવે છે અને વૈશ્વિક પર્યાવરણ અને જાહેર આરોગ્ય માટે ગંભીર ખતરો છે. માનવ પ્રવૃત્તિઓની તીવ્રતા (દા.ત. કોલસાનું ગેસિફિકેશન, તેલ શુદ્ધિકરણ, વાહન ઉત્સર્જન અને કૃષિ ઉપયોગો) આ સર્વવ્યાપી અને સતત સંયોજનોની સાંદ્રતા, ભાગ્ય અને પરિવહન નક્કી કરે છે. ભૌતિક અને રાસાયણિક સારવાર/દૂર કરવાની પદ્ધતિઓ ઉપરાંત, બાયોરેમીડિયેશન જેવી લીલી અને પર્યાવરણને અનુકૂળ તકનીકો, જે POCs ને સંપૂર્ણપણે ઘટાડી શકે તેવા અથવા તેમને બિન-ઝેરી ઉપ-ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત કરવા સક્ષમ સુક્ષ્મસજીવોનો ઉપયોગ કરે છે, તે સલામત, ખર્ચ-અસરકારક અને આશાસ્પદ વિકલ્પ તરીકે ઉભરી આવી છે. માટીના માઇક્રોબાયોટામાં ફાયલા પ્રોટીઓબેક્ટેરિયા (સ્યુડોમોનાસ, સ્યુડોમોનાસ, કોમામોનાસ, બર્કહોલ્ડેરિયા અને નિયોસ્ફિંગોબેક્ટેરિયમ), ફર્મિક્યુટ્સ (બેસિલસ અને પેનિબેસિલસ), અને એક્ટિનોબેક્ટેરિયા (રોડોકોકસ અને આર્થ્રોબેક્ટર) થી સંબંધિત વિવિધ બેક્ટેરિયા પ્રજાતિઓએ વિવિધ કાર્બનિક સંયોજનોને ડિગ્રેડ કરવાની ક્ષમતા દર્શાવી છે. મેટાબોલિક અભ્યાસ, જીનોમિક્સ અને મેટાજેનોમિક વિશ્લેષણ આપણને આ સરળ જીવન સ્વરૂપોમાં હાજર અપચય જટિલતા અને વિવિધતાને સમજવામાં મદદ કરે છે, જેનો કાર્યક્ષમ બાયોડિગ્રેડેશન માટે વધુ ઉપયોગ કરી શકાય છે. PAHs ના લાંબા ગાળાના અસ્તિત્વના પરિણામે પ્લાઝમિડ્સ, ટ્રાન્સપોઝન્સ, બેક્ટેરિયોફેજેસ, જીનોમિક ટાપુઓ અને સંકલિત સંયોજક તત્વો જેવા આનુવંશિક તત્વોનો ઉપયોગ કરીને આડી જનીન ટ્રાન્સફર દ્વારા નવલકથા ડિગ્રેડેશન ફેનોટાઇપ્સનો ઉદભવ થયો છે. ચોક્કસ આઇસોલેટ્સ અથવા મોડેલ સમુદાયો (કન્સોર્ટિયા) ની સિસ્ટમ્સ બાયોલોજી અને આનુવંશિક ઇજનેરી સિનર્જિસ્ટિક અસરો દ્વારા આ PAHs ના વ્યાપક, ઝડપી અને કાર્યક્ષમ બાયોરેમીડિયેશનને સક્ષમ કરી શકે છે. આ સમીક્ષામાં, અમે વિવિધ મેટાબોલિક માર્ગો અને વિવિધતા, આનુવંશિક રચના અને વિવિધતા, અને નેપ્થાલિન અને અવેજીકૃત નેપ્થાલિન-ડિગ્રેડિંગ બેક્ટેરિયાના સેલ્યુલર પ્રતિભાવો/અનુકૂલનો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરીશું. આ કાર્યક્ષમ બાયોરેમીડિયેશન માટે ક્ષેત્ર એપ્લિકેશન અને તાણ ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે ઇકોલોજીકલ માહિતી પ્રદાન કરશે.
ઉદ્યોગોના ઝડપી વિકાસ (પેટ્રોકેમિકલ્સ, કૃષિ, ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, કાપડ રંગો, સૌંદર્ય પ્રસાધનો, વગેરે) એ વૈશ્વિક આર્થિક સમૃદ્ધિ અને જીવનધોરણમાં સુધારો કર્યો છે. આ ઘાતાંકીય વિકાસના પરિણામે મોટી સંખ્યામાં કૃત્રિમ કાર્બનિક સંયોજનો (SOCs) નું ઉત્પાદન થયું છે, જેનો ઉપયોગ વિવિધ ઉત્પાદનોના ઉત્પાદન માટે થાય છે. આ વિદેશી સંયોજનો અથવા SOCs માં પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs), જંતુનાશકો, હર્બિસાઇડ્સ, પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, રંગો, ફાર્માસ્યુટિકલ્સ, ઓર્ગેનોફોસ્ફેટ્સ, જ્યોત પ્રતિરોધકો, અસ્થિર કાર્બનિક દ્રાવકો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. તેઓ વાતાવરણ, જળચર અને પાર્થિવ ઇકોસિસ્ટમમાં ઉત્સર્જિત થાય છે જ્યાં તેમની બહુપરીમાણીય અસરો હોય છે, જે ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો અને સમુદાય માળખામાં ફેરફાર દ્વારા વિવિધ બાયોફોર્મ્સ પર હાનિકારક અસરો પેદા કરે છે (પેટ્રી એટ અલ., 2015; બર્નહાર્ટ એટ અલ., 2017; સરકાર એટ અલ., 2020). ઘણા સુગંધિત પ્રદૂષકો ઘણા અખંડ ઇકોસિસ્ટમ/જૈવવિવિધતાના હોટસ્પોટ્સ (દા.ત. કોરલ રીફ, આર્કટિક/એન્ટાર્કટિક બરફની ચાદર, ઊંચા પર્વતીય તળાવો, ઊંડા સમુદ્રના કાંપ, વગેરે) પર મજબૂત અને વિનાશક અસરો કરે છે (જોન્સ 2010; બેયર એટ અલ. 2020; નોર્ડબોર્ગ એટ અલ. 2020). તાજેતરના ભૂ-માઇક્રોબાયોલોજીકલ અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે કૃત્રિમ માળખાં (બિલ્ટ પર્યાવરણ) (દા.ત. સાંસ્કૃતિક વારસો સ્થળો અને ગ્રેનાઈટ, પથ્થર, લાકડા અને ધાતુથી બનેલા સ્મારકો) ની સપાટી પર કૃત્રિમ કાર્બનિક પદાર્થો (દા.ત. સુગંધિત પ્રદૂષકો) અને તેમના ડેરિવેટિવ્ઝનું નિક્ષેપ તેમના અધોગતિને વેગ આપે છે (ગેડ 2017; લિયુ એટ અલ. 2018). માનવ પ્રવૃત્તિઓ વાયુ પ્રદૂષણ અને આબોહવા પરિવર્તન દ્વારા સ્મારકો અને ઇમારતોના જૈવિક અધોગતિને તીવ્ર અને વધુ ખરાબ કરી શકે છે (લિયુ એટ અલ. 2020). આ કાર્બનિક દૂષકો વાતાવરણમાં પાણીની વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને માળખા પર સ્થિર થાય છે, જેના કારણે સામગ્રીનો ભૌતિક અને રાસાયણિક અધોગતિ થાય છે. બાયોડિગ્રેડેશનને વ્યાપકપણે જીવંત જીવો દ્વારા થતા પદાર્થોના દેખાવ અને ગુણધર્મોમાં અનિચ્છનીય ફેરફારો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે જે તેમના સંરક્ષણને અસર કરે છે (પોચોન અને જાટોન, 1967). આ સંયોજનોની વધુ સૂક્ષ્મજીવાણુ ક્રિયા (ચયાપચય) માળખાકીય અખંડિતતા, સંરક્ષણ અસરકારકતા અને સાંસ્કૃતિક મૂલ્યને ઘટાડી શકે છે (ગેડ, 2017; લિયુ એટ અલ., 2018). બીજી બાજુ, કેટલાક કિસ્સાઓમાં, આ રચનાઓ માટે સૂક્ષ્મજીવાણુ અનુકૂલન અને પ્રતિભાવ ફાયદાકારક હોવાનું જાણવા મળ્યું છે કારણ કે તે બાયોફિલ્મ્સ અને અન્ય રક્ષણાત્મક પોપડા બનાવે છે જે સડો/વિઘટનનો દર ઘટાડે છે (માર્ટિનો, 2016). તેથી, પથ્થર, ધાતુ અને લાકડાના સ્મારકો માટે અસરકારક લાંબા ગાળાની ટકાઉ સંરક્ષણ વ્યૂહરચનાઓના વિકાસ માટે આ પ્રક્રિયામાં સામેલ મુખ્ય પ્રક્રિયાઓની સંપૂર્ણ સમજ જરૂરી છે. કુદરતી પ્રક્રિયાઓ (ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય પ્રક્રિયાઓ, જંગલની આગ, જ્વાળામુખી ફાટી નીકળવો, છોડ અને બેક્ટેરિયલ પ્રતિક્રિયાઓ) ની તુલનામાં, માનવ પ્રવૃત્તિઓ ઇકોસિસ્ટમમાં મોટા પ્રમાણમાં પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) અને અન્ય કાર્બનિક કાર્બન (OC) છોડવામાં પરિણમે છે. કૃષિમાં વપરાતા ઘણા PAHs (જંતુનાશકો અને જંતુનાશકો જેમ કે DDT, એટ્રાઝિન, કાર્બેરિલ, પેન્ટાક્લોરોફેનોલ, વગેરે), ઉદ્યોગ (ક્રૂડ તેલ, તેલ કાદવ/કચરો, પેટ્રોલિયમ-ઉત્પાદિત પ્લાસ્ટિક, PCB, પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ, ડિટર્જન્ટ, જંતુનાશકો, ફ્યુમિગન્ટ્સ, સુગંધ અને પ્રિઝર્વેટિવ્સ), વ્યક્તિગત સંભાળ ઉત્પાદનો (સનસ્ક્રીન, જંતુનાશકો, જંતુ ભગાડનારા અને પોલિસાયક્લિક કસ્તુરી) અને દારૂગોળો (2,4,6-TNT જેવા વિસ્ફોટકો) સંભવિત ઝેનોબાયોટિક્સ છે જે ગ્રહોના સ્વાસ્થ્યને અસર કરી શકે છે (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna and Phale, 2008; Petrie et al., 2015). આ યાદીમાં પેટ્રોલિયમ-ઉત્પાદિત સંયોજનો (ઇંધણ તેલ, લુબ્રિકન્ટ્સ, ડામર), ઉચ્ચ પરમાણુ વજન બાયોપ્લાસ્ટિક્સ અને આયનીય પ્રવાહી (Amde et al., 2015)નો સમાવેશ કરીને વિસ્તૃત કરી શકાય છે. કોષ્ટક 1 વિવિધ સુગંધિત પ્રદૂષકો અને વિવિધ ઉદ્યોગોમાં તેમના ઉપયોગોની યાદી આપે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, અસ્થિર કાર્બનિક સંયોજનો, તેમજ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને અન્ય ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના માનવસર્જિત ઉત્સર્જનમાં વધારો થવા લાગ્યો છે (ડ્વોરેક એટ અલ., 2017). જોકે, માનવસર્જિત અસરો કુદરતી કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ છે. વધુમાં, અમે જોયું કે ઘણા પર્યાવરણીય વાતાવરણમાં ઘણા SOCs ટકી રહે છે અને બાયોમ પર પ્રતિકૂળ અસરો ધરાવતા ઉભરતા પ્રદૂષકો તરીકે ઓળખાયા છે (આકૃતિ 1). યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ એન્વાયર્નમેન્ટલ પ્રોટેક્શન એજન્સી (USEPA) જેવી પર્યાવરણીય એજન્સીઓએ તેમના સાયટોટોક્સિક, જીનોટોક્સિક, મ્યુટેજેનિક અને કાર્સિનોજેનિક ગુણધર્મોને કારણે આમાંના ઘણા પ્રદૂષકોને તેમની પ્રાથમિકતા સૂચિમાં શામેલ કર્યા છે. તેથી, દૂષિત ઇકોસિસ્ટમમાંથી કચરાના ઉપચાર/દૂર કરવા માટે કડક નિકાલ નિયમો અને અસરકારક વ્યૂહરચનાઓની જરૂર છે. પાયરોલિસિસ, ઓક્સિડેટીવ થર્મલ ટ્રીટમેન્ટ, એર એરેશન, લેન્ડફિલિંગ, ઇન્સિનરેશન, વગેરે જેવી વિવિધ ભૌતિક અને રાસાયણિક સારવાર પદ્ધતિઓ બિનઅસરકારક અને ખર્ચાળ છે અને કાટ લાગતા, ઝેરી અને સારવાર માટે મુશ્કેલ ઉપ-ઉત્પાદનો ઉત્પન્ન કરે છે. વધતી જતી વૈશ્વિક પર્યાવરણીય જાગૃતિ સાથે, આ પ્રદૂષકો અને તેમના ડેરિવેટિવ્ઝ (જેમ કે હેલોજેનેટેડ, નાઇટ્રો, આલ્કિલ અને/અથવા મિથાઈલ) ને ઘટાડી શકે તેવા સુક્ષ્મસજીવો વધુને વધુ ધ્યાન આકર્ષિત કરી રહ્યા છે (ફેનેલ એટ અલ., 2004; હરિતાશ અને કૌશિક, 2009; ફાલે એટ અલ., 2020; સરકાર એટ અલ., 2020; શ્વાનેમેન એટ અલ., 2020). સુગંધિત પ્રદૂષકોને દૂર કરવા માટે આ સ્વદેશી ઉમેદવાર સુક્ષ્મસજીવોનો એકલા અથવા મિશ્ર સંસ્કૃતિઓ (વસાહતો) માં ઉપયોગ પર્યાવરણીય સલામતી, ખર્ચ, કાર્યક્ષમતા, અસરકારકતા અને ટકાઉપણાની દ્રષ્ટિએ ફાયદા ધરાવે છે. સંશોધકો પ્રદૂષક સારવાર/નિરાકરણ માટે આશાસ્પદ ટેકનોલોજી તરીકે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ રેડોક્સ પદ્ધતિઓ, એટલે કે બાયોઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ્સ (BES) સાથે માઇક્રોબાયલ પ્રક્રિયાઓના એકીકરણની પણ શોધ કરી રહ્યા છે (હુઆંગ એટ અલ., 2011). BES ટેકનોલોજીએ તેની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી કિંમત, પર્યાવરણીય સલામતી, ઓરડાના તાપમાને કામગીરી, બાયોકોમ્પેટીબલ સામગ્રી અને મૂલ્યવાન ઉપ-ઉત્પાદનો (દા.ત., વીજળી, બળતણ અને રસાયણો) પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની ક્ષમતાને કારણે વધુને વધુ ધ્યાન ખેંચ્યું છે (પેન્ટ એટ અલ., 2012; નઝારી એટ અલ., 2020). હાઇ-થ્રુપુટ જીનોમ સિક્વન્સિંગ અને ઓમિક્સ ટૂલ્સ/પદ્ધતિઓના આગમનથી વિવિધ ડિગ્રેડર સુક્ષ્મસજીવોની પ્રતિક્રિયાઓના આનુવંશિક નિયમન, પ્રોટીઓમિક્સ અને ફ્લક્સોમિક્સ પર નવી માહિતીનો ભંડાર મળ્યો છે. આ ટૂલ્સને સિસ્ટમ બાયોલોજી સાથે જોડવાથી કાર્યક્ષમ અને અસરકારક બાયોડિગ્રેડેશન પ્રાપ્ત કરવા માટે સુક્ષ્મસજીવોમાં લક્ષ્ય કેટાબોલિક માર્ગોની પસંદગી અને ફાઇન-ટ્યુનિંગ (એટલે ​​કે, મેટાબોલિક ડિઝાઇન) ની આપણી સમજમાં વધુ વધારો થયો છે. યોગ્ય ઉમેદવાર સુક્ષ્મસજીવોનો ઉપયોગ કરીને અસરકારક બાયોરેમીડિયેશન વ્યૂહરચના ડિઝાઇન કરવા માટે, આપણે સુક્ષ્મસજીવોની બાયોકેમિકલ સંભવિતતા, મેટાબોલિક વિવિધતા, આનુવંશિક રચના અને ઇકોલોજી (ઓટોઇકોલોજી/સિનેકોલોજી) ને સમજવાની જરૂર છે.
આકૃતિ 1. વિવિધ પર્યાવરણીય વાતાવરણ અને બાયોટાને અસર કરતા વિવિધ પરિબળો દ્વારા ઓછા પરમાણુ PAH ના સ્ત્રોત અને માર્ગો. ડેશેડ લાઇનો ઇકોસિસ્ટમ તત્વો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
આ સમીક્ષામાં, અમે મેટાબોલિક માર્ગો અને વિવિધતા, અધોગતિમાં સામેલ ઉત્સેચકો, જનીન રચના/સામગ્રી અને વિવિધતા, કોષીય પ્રતિભાવો અને બાયોરેમીડિયેશનના વિવિધ પાસાઓને આવરી લેતા વિવિધ બેક્ટેરિયલ આઇસોલેટ્સ દ્વારા નેપ્થાલિન અને અવેજીકૃત નેપ્થાલિન જેવા સરળ PAH ના અધોગતિ પરના ડેટાનો સારાંશ આપવાનો પ્રયાસ કર્યો છે. બાયોકેમિકલ અને મોલેક્યુલર સ્તરોને સમજવાથી યોગ્ય યજમાન જાતો ઓળખવામાં અને આવા પ્રાથમિકતા પ્રદૂષકોના અસરકારક બાયોરેમીડિયેશન માટે તેમના વધુ આનુવંશિક ઇજનેરીમાં મદદ મળશે. આ અસરકારક બાયોરેમીડિયેશન માટે સાઇટ-વિશિષ્ટ બેક્ટેરિયલ કન્સોર્ટિયાની સ્થાપના માટે વ્યૂહરચના વિકસાવવામાં મદદ કરશે.
મોટી સંખ્યામાં ઝેરી અને જોખમી સુગંધિત સંયોજનોની હાજરી (જે હકેલ નિયમ 4n + 2π ઇલેક્ટ્રોન, n = 1, 2, 3, … ને સંતોષે છે) વિવિધ પર્યાવરણીય માધ્યમો જેમ કે હવા, માટી, કાંપ અને સપાટી અને ભૂગર્ભજળ (પુગ્લિસી એટ અલ., 2007) માટે ગંભીર ખતરો ઉભો કરે છે. આ સંયોજનોમાં સિંગલ બેન્ઝીન રિંગ્સ (મોનોસાયક્લિક) અથવા બહુવિધ બેન્ઝીન રિંગ્સ (પોલિસાયક્લિક) રેખીય, કોણીય અથવા ક્લસ્ટર સ્વરૂપમાં ગોઠવાયેલા હોય છે અને ઉચ્ચ નકારાત્મક રેઝોનન્સ ઊર્જા અને જડતા (જડતા) ને કારણે પર્યાવરણમાં સ્થિરતા (સ્થિરતા/અસ્થિરતા) દર્શાવે છે, જે તેમની હાઇડ્રોફોબિસિટી અને ઘટાડેલી સ્થિતિ દ્વારા સમજાવી શકાય છે. જ્યારે સુગંધિત રિંગને મિથાઈલ (-CH3), કાર્બોક્સિલ (-COOH), હાઇડ્રોક્સિલ (-OH), અથવા સલ્ફોનેટ (-HSO3) જૂથો દ્વારા બદલવામાં આવે છે, ત્યારે તે વધુ સ્થિર બને છે, મેક્રોમોલેક્યુલ્સ માટે મજબૂત આકર્ષણ ધરાવે છે, અને જૈવિક પ્રણાલીઓમાં જૈવસંચયકારક છે (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). કેટલાક ઓછા પરમાણુ વજનવાળા પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (LMWAHs), જેમ કે નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝ [મિથાઇલનેપ્થાલિન, નેપ્થોઇક એસિડ, નેપ્થાલિનસલ્ફોનેટ અને 1-નેપ્થાઇલ એન-મિથાઇલકાર્બામેટ (કાર્બેરિલ)], ને યુએસ પર્યાવરણીય સુરક્ષા એજન્સી દ્વારા જીનોટોક્સિક, મ્યુટેજેનિક અને/અથવા કાર્સિનોજેનિક (સેર્નિગ્લિયા, 1984) તરીકે પ્રાથમિકતા ધરાવતા કાર્બનિક પ્રદૂષકોની યાદીમાં સામેલ કરવામાં આવ્યા છે. પર્યાવરણમાં NM-PAHs ના આ વર્ગના પ્રકાશનથી ખાદ્ય શૃંખલાના તમામ સ્તરે આ સંયોજનોનું જૈવ સંચય થઈ શકે છે, જેનાથી ઇકોસિસ્ટમના સ્વાસ્થ્યને અસર થાય છે (બિન્કોવા એટ અલ., 2000; સ્રોગી, 2007; ક્વિન એટ અલ., 2009).
PAHs ના બાયોટામાં જવાના સ્ત્રોત અને માર્ગો મુખ્યત્વે સ્થળાંતર અને વિવિધ ઇકોસિસ્ટમ ઘટકો જેમ કે માટી, ભૂગર્ભજળ, સપાટીનું પાણી, પાક અને વાતાવરણ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા થાય છે (એરી અને એટકિન્સન, 2003). આકૃતિ 1 ઇકોસિસ્ટમમાં વિવિધ ઓછા પરમાણુ વજનવાળા PAHs ની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને વિતરણ અને બાયોટા/માનવ સંપર્કમાં આવવાના તેમના માર્ગો દર્શાવે છે. PAHs હવા પ્રદૂષણના પરિણામે અને વાહન ઉત્સર્જન, ઔદ્યોગિક એક્ઝોસ્ટ વાયુઓ (કોલસા ગેસિફિકેશન, દહન અને કોક ઉત્પાદન) અને તેમના નિક્ષેપણના સ્થળાંતર (ડ્રિફ્ટ) દ્વારા સપાટી પર જમા થાય છે. કૃત્રિમ કાપડ, રંગો અને પેઇન્ટનું ઉત્પાદન; લાકડાનું સંરક્ષણ; રબર પ્રક્રિયા; સિમેન્ટ ઉત્પાદન પ્રવૃત્તિઓ; જંતુનાશક ઉત્પાદન; અને કૃષિ ઉપયોગો જેવી ઔદ્યોગિક પ્રવૃત્તિઓ પાર્થિવ અને જળચર પ્રણાલીઓમાં PAHs ના મુખ્ય સ્ત્રોત છે (બેમફોર્થ અને સિંગલટન, 2005; વિક એટ અલ., 2011). અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે ઉપનગરીય અને શહેરી વિસ્તારો, હાઇવે નજીક અને મોટા શહેરોમાં માટી પાવર પ્લાન્ટ્સ, રહેણાંક ગરમી, હવા અને રોડ ટ્રાફિક લોડ અને બાંધકામ પ્રવૃત્તિઓમાંથી ઉત્સર્જનને કારણે પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે (સુમન એટ અલ., 2016). (2008) દર્શાવે છે કે ન્યુ ઓર્લિયન્સ, લ્યુઇસિયાના, યુએસએમાં રસ્તાઓ નજીકની માટીમાં PAHs 7189 μg/kg જેટલું ઊંચું હતું, જ્યારે ખુલ્લી જગ્યામાં, તે ફક્ત 2404 μg/kg હતું. તેવી જ રીતે, ઘણા યુએસ શહેરોમાં કોલસા ગેસિફિકેશન સાઇટ્સની નજીકના વિસ્તારોમાં 300 μg/kg જેટલું ઊંચું PAH સ્તર નોંધાયું છે (કનાલી અને હરાયામા, 2000; બામફોર્થ અને સિંગલટન, 2005). દિલ્હી (શર્મા એટ અલ., 2008), આગ્રા (દુબે એટ અલ., 2014), મુંબઈ (કુલકર્ણી અને વેંકટરામન, 2000) અને વિશાખાપટ્ટનમ (કુલકર્ણી એટ અલ., 2014) જેવા વિવિધ ભારતીય શહેરોની માટીમાં PAHs ની ઊંચી સાંદ્રતા હોવાનું નોંધાયું છે. સુગંધિત સંયોજનો માટીના કણો, કાર્બનિક પદાર્થો અને માટીના ખનિજો પર વધુ સરળતાથી શોષાય છે, આમ ઇકોસિસ્ટમમાં મુખ્ય કાર્બન સિંક બની જાય છે (સ્રોગી, 2007; પેંગ એટ અલ., 2008). જળચર ઇકોસિસ્ટમમાં PAHs ના મુખ્ય સ્ત્રોતો વરસાદ (ભીનું/સૂકું વરસાદ અને પાણીની વરાળ), શહેરી વહેણ, ગંદા પાણીનું વિસર્જન, ભૂગર્ભજળ રિચાર્જ વગેરે છે (સ્રોગી, 2007). એવો અંદાજ છે કે દરિયાઈ ઇકોસિસ્ટમમાં લગભગ 80% PAHs વરસાદ, કાંપ અને કચરાના વિસર્જનમાંથી મેળવવામાં આવે છે (મોટલે-માસેઇ એટ અલ., 2006; સ્રોગી, 2007). સપાટીના પાણીમાં PAHs ની ઊંચી સાંદ્રતા અથવા ઘન કચરાના નિકાલ સ્થળોમાંથી લીકેટ આખરે ભૂગર્ભજળમાં લીક થાય છે, જે જાહેર આરોગ્ય માટે મોટો ખતરો ઉભો કરે છે કારણ કે દક્ષિણ અને દક્ષિણપૂર્વ એશિયામાં 70% થી વધુ વસ્તી ભૂગર્ભજળ પીવે છે (દત્તગુપ્ત અને અન્ય, 2019). પશ્ચિમ બંગાળ, ભારતમાંથી નદી (32) અને ભૂગર્ભજળ (235) ના વિશ્લેષણમાં દત્તગુપ્ત અને અન્ય (2020) દ્વારા કરવામાં આવેલા તાજેતરના અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે અંદાજિત 53% શહેરી રહેવાસીઓ અને 44% ગ્રામીણ રહેવાસીઓ (કુલ 20 મિલિયન રહેવાસીઓ) નેપ્થાલીન (4.9–10.6 μg/L) અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના સંપર્કમાં આવી શકે છે. જમીનના ઉપયોગની વિભિન્ન પેટર્ન અને ભૂગર્ભજળના વધેલા નિષ્કર્ષણને ભૂગર્ભજળમાં ઓછા પરમાણુ વજનના PAHs ના વર્ટિકલ ટ્રાન્સપોર્ટ (એડવેક્શન) ને નિયંત્રિત કરતા મુખ્ય પરિબળો માનવામાં આવે છે. કૃષિ પ્રવાહ, મ્યુનિસિપલ અને ઔદ્યોગિક ગંદાપાણીના નિકાલ અને ઘન કચરા/કચરાના નિકાલને નદીના તટપ્રદેશ અને ભૂગર્ભજળના કાંપમાં PAHs દ્વારા અસર થતી જોવા મળી છે. વાતાવરણીય વરસાદ PAH પ્રદૂષણને વધુ તીવ્ર બનાવે છે. ફ્રેઝર નદી, લુઆન નદી, ડેન્સો નદી, મિઝોરી નદી, એનાકોસ્ટિયા નદી, એબ્રો નદી અને ડેલવેર નદી જેવી વિશ્વભરની નદીઓ/જળક્ષેત્રોમાં PAHs અને તેમના આલ્કિલ ડેરિવેટિવ્ઝ (કુલ 51) ની ઊંચી સાંદ્રતા નોંધાઈ છે (યુંકર એટ અલ., 2002; મોટેલે-માસેઈ એટ અલ., 2006; લી એટ અલ., 2010; અમોઆકો એટ અલ., 2011; કિમ એટ અલ., 2018). ગંગા નદીના તટપ્રદેશના કાંપમાં, નેપ્થેલિન અને ફેનાન્થ્રીન સૌથી મહત્વપૂર્ણ (70% નમૂનાઓમાં શોધાયેલ) હોવાનું જણાયું હતું (દત્તગુપ્ત એટ અલ., 2019). વધુમાં, અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે પીવાના પાણીનું ક્લોરિનેશન વધુ ઝેરી ઓક્સિજનયુક્ત અને ક્લોરિનેટેડ PAHs (મનોલી અને સમારા, 1999) ની રચના તરફ દોરી શકે છે. દૂષિત જમીન, ભૂગર્ભજળ અને વરસાદમાંથી છોડ દ્વારા શોષણના પરિણામે અનાજ, ફળો અને શાકભાજીમાં PAHs એકઠા થાય છે (ફિસ્મેસ એટ અલ., 2002). માછલી, મસલ, ક્લેમ અને ઝીંગા જેવા ઘણા જળચર જીવો દૂષિત ખોરાક અને દરિયાઈ પાણીના વપરાશ દ્વારા, તેમજ પેશીઓ અને ત્વચા દ્વારા PAHs થી દૂષિત થાય છે (મેકે અને ફ્રેઝર, 2000). ગ્રીલિંગ, રોસ્ટિંગ, ધૂમ્રપાન, તળવા, સૂકવવા, પકવવા અને કોલસા રાંધવા જેવી રસોઈ/પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ પણ ખોરાકમાં નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં PAHs તરફ દોરી શકે છે. આ મોટે ભાગે ધૂમ્રપાન સામગ્રીની પસંદગી, ફિનોલિક/સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન સામગ્રી, રસોઈ પ્રક્રિયા, હીટર પ્રકાર, ભેજનું પ્રમાણ, ઓક્સિજન પુરવઠો અને દહન તાપમાન પર આધાર રાખે છે (ગ્યુલેન એટ અલ., 2000; ગોમ્સ એટ અલ., 2013). દૂધમાં વિવિધ સાંદ્રતા (0.75–2.1 મિલિગ્રામ/લિટર) (ગિરેલી એટ અલ., 2014) પર પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) પણ મળી આવ્યા છે. ખોરાકમાં આ PAHs નું સંચય ખોરાકના ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો પર પણ આધાર રાખે છે, જ્યારે તેમની ઝેરી અસરો શારીરિક કાર્યો, ચયાપચય પ્રવૃત્તિ, શોષણ, વિતરણ અને શરીરના વિતરણ સાથે સંબંધિત છે (મેચિની એટ અલ., 2011).
પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) ની ઝેરી અને હાનિકારક અસરો લાંબા સમયથી જાણીતી છે (ચેર્નિગ્લિયા, 1984). ઓછા પરમાણુ વજન પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (LMW-PAHs) (બે થી ત્રણ રિંગ્સ) ડીએનએ, આરએનએ અને પ્રોટીન જેવા વિવિધ મેક્રોમોલેક્યુલ્સ સાથે સહસંયોજક રીતે જોડાઈ શકે છે અને કાર્સિનોજેનિક છે (સેન્ટારેલી એટ અલ., 2008). તેમના હાઇડ્રોફોબિક સ્વભાવને કારણે, તેઓ લિપિડ મેમ્બ્રેન દ્વારા અલગ પડે છે. મનુષ્યોમાં, સાયટોક્રોમ P450 મોનોઓક્સિજેનેઝ PAHs ને ઇપોક્સાઇડમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, જેમાંથી કેટલાક ખૂબ પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે (દા.ત., બેડિઓલ ઇપોક્સાઇડ) અને સામાન્ય કોષોને જીવલેણ કોષોમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે (માર્સ્ટન એટ અલ., 2001). વધુમાં, PAHs ના રૂપાંતર ઉત્પાદનો જેમ કે ક્વિનોન્સ, ફિનોલ્સ, ઇપોક્સાઇડ્સ, ડાયોલ, વગેરે મૂળ સંયોજનો કરતાં વધુ ઝેરી હોય છે. કેટલાક PAHs અને તેમના મેટાબોલિક ઇન્ટરમીડિએટ્સ ચયાપચયમાં હોર્મોન્સ અને વિવિધ ઉત્સેચકોને અસર કરી શકે છે, જેનાથી વૃદ્ધિ, કેન્દ્રીય ચેતાતંત્ર, પ્રજનન અને રોગપ્રતિકારક તંત્ર પર પ્રતિકૂળ અસર પડે છે (સ્વેથા અને ફાલે, 2005; વામસી-કૃષ્ણ એટ અલ., 2006; ઓસ્ટિંગ એટ અલ., 2008). ઓછા પરમાણુ વજનવાળા PAHs ના ટૂંકા ગાળાના સંપર્કમાં આવવાથી અસ્થમાના દર્દીઓમાં ફેફસાના કાર્યમાં ક્ષતિ અને થ્રોમ્બોસિસ થાય છે અને ત્વચા, ફેફસાં, મૂત્રાશય અને જઠરાંત્રિય કેન્સરનું જોખમ વધે છે (ઓલ્સન એટ અલ., 2010; ડિગ્સ એટ અલ., 2011). પ્રાણીઓના અભ્યાસોએ એ પણ દર્શાવ્યું છે કે PAH ના સંપર્કમાં આવવાથી પ્રજનન કાર્ય અને વિકાસ પર પ્રતિકૂળ અસર થઈ શકે છે અને મોતિયા, કિડની અને યકૃતને નુકસાન અને કમળો થઈ શકે છે. ડાયોલ્સ, ઇપોક્સાઇડ્સ, ક્વિનોન્સ અને ફ્રી રેડિકલ (કેટેશન) જેવા વિવિધ PAH બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન ઉત્પાદનો DNA એડક્ટ્સ બનાવે છે તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે. સ્થિર વ્યસન ડીએનએ પ્રતિકૃતિ મશીનરીમાં ફેરફાર કરે છે તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જ્યારે અસ્થિર વ્યસન ડીએનએને શુદ્ધ કરી શકે છે (મુખ્યત્વે એડેનાઇન અને ક્યારેક ગુઆનાઇનમાં); બંને ભૂલો પેદા કરી શકે છે જે પરિવર્તન તરફ દોરી જાય છે (શ્વેઇગર્ટ એટ અલ. 2001). વધુમાં, ક્વિનોન્સ (બેન્ઝો-/પેન-) પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જેનાથી DNA અને અન્ય મેક્રોમોલેક્યુલ્સને ઘાતક નુકસાન થાય છે, જેનાથી પેશીઓના કાર્ય/વ્યવહારુતાને અસર થાય છે (ઇવા અને ડેનુટા 2017). પાયરીન, બાયફિનાઇલ અને નેપ્થેલિનની ઓછી સાંદ્રતાના લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રહેવાથી પ્રાયોગિક પ્રાણીઓમાં કેન્સર થવાનું નોંધાયું છે (ડિગ્સ એટ અલ. 2012). તેમની ઘાતક ઝેરીતાને કારણે, અસરગ્રસ્ત/દૂષિત સ્થળોએથી આ PAHs ને સાફ કરવા/દૂર કરવા એ પ્રાથમિકતા છે.
દૂષિત સ્થળો/પર્યાવરણમાંથી PAHs દૂર કરવા માટે વિવિધ ભૌતિક અને રાસાયણિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ભસ્મીકરણ, ડિક્લોરીનેશન, યુવી ઓક્સિડેશન, ફિક્સેશન અને દ્રાવક નિષ્કર્ષણ જેવી પ્રક્રિયાઓમાં ઘણા ગેરફાયદા છે, જેમાં ઝેરી ઉપ-ઉત્પાદનોની રચના, પ્રક્રિયા જટિલતા, સલામતી અને નિયમનકારી સમસ્યાઓ, ઓછી કાર્યક્ષમતા અને ઊંચી કિંમતનો સમાવેશ થાય છે. જો કે, માઇક્રોબાયલ બાયોડિગ્રેડેશન (જેને બાયોરેમીડિયેશન કહેવાય છે) એક આશાસ્પદ વૈકલ્પિક અભિગમ છે જેમાં શુદ્ધ સંસ્કૃતિઓ અથવા વસાહતોના સ્વરૂપમાં સુક્ષ્મસજીવોનો ઉપયોગ શામેલ છે. ભૌતિક અને રાસાયણિક પદ્ધતિઓની તુલનામાં, આ પ્રક્રિયા પર્યાવરણને અનુકૂળ, બિન-આક્રમક, ખર્ચ-અસરકારક અને ટકાઉ છે. બાયોરેમીડિયેશન અસરગ્રસ્ત સ્થળે (સ્થિતિમાં) અથવા ખાસ તૈયાર કરેલા સ્થળે (એક્સ સીટુ) કરી શકાય છે અને તેથી તેને પરંપરાગત ભૌતિક અને રાસાયણિક પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ ટકાઉ ઉપચાર પદ્ધતિ માનવામાં આવે છે (જુહાઝ અને નાયડુ, 2000; એન્ડ્રેઓની અને ગિયાનફ્રેડા, 2007; મેઘરાજ એટ અલ., 2011; ફાલે એટ અલ., 2020; સરકાર એટ અલ., 2020).
સુગંધિત પ્રદૂષકોના અધોગતિમાં સામેલ માઇક્રોબાયલ મેટાબોલિક પગલાંઓને સમજવાથી ઇકોલોજીકલ અને પર્યાવરણીય ટકાઉપણું માટે વિશાળ વૈજ્ઞાનિક અને આર્થિક અસરો છે. અંદાજે 2.1×1018 ગ્રામ કાર્બન (C) વિશ્વભરમાં કાંપ અને કાર્બનિક સંયોજનો (એટલે ​​કે, તેલ, કુદરતી ગેસ અને કોલસો, એટલે કે, અશ્મિભૂત ઇંધણ) માં સંગ્રહિત થાય છે, જે વૈશ્વિક કાર્બન ચક્રમાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે. જો કે, ઝડપી ઔદ્યોગિકીકરણ, અશ્મિભૂત ઇંધણ નિષ્કર્ષણ અને માનવ પ્રવૃત્તિઓ આ લિથોસ્ફેરિક કાર્બન જળાશયોને ઘટાડી રહી છે, જે વાર્ષિક ધોરણે વાતાવરણમાં અંદાજે 5.5×1015 ગ્રામ કાર્બનિક કાર્બન (પ્રદૂષક તરીકે) મુક્ત કરે છે (ગોન્ઝાલેઝ-ગાયા એટ અલ., 2019). આ કાર્બનિક કાર્બનનો મોટાભાગનો ભાગ કાંપ, પરિવહન અને વહેણ દ્વારા પાર્થિવ અને દરિયાઈ ઇકોસિસ્ટમમાં પ્રવેશ કરે છે. વધુમાં, પ્લાસ્ટિક, પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ અને પ્લાસ્ટિક સ્ટેબિલાઇઝર્સ (ફેથલેટ્સ અને તેમના આઇસોમર્સ) જેવા અશ્મિભૂત ઇંધણમાંથી મેળવેલા નવા કૃત્રિમ પ્રદૂષકો દરિયાઈ, માટી અને જળચર ઇકોસિસ્ટમ અને તેમના બાયોટાને ગંભીર રીતે પ્રદૂષિત કરે છે, જેનાથી વૈશ્વિક આબોહવા જોખમો વધે છે. ઉત્તર અમેરિકા અને દક્ષિણપૂર્વ એશિયા વચ્ચે પેસિફિક મહાસાગરમાં વિવિધ પ્રકારના માઇક્રોપ્લાસ્ટિક્સ, નેનોપ્લાસ્ટિક્સ, પ્લાસ્ટિકના ટુકડાઓ અને પોલિઇથિલિન ટેરેફ્થાલેટ (PET) માંથી મેળવેલા તેમના ઝેરી મોનોમર ઉત્પાદનો એકઠા થયા છે, જે "ગ્રેટ પેસિફિક ગાર્બેજ પેચ" બનાવે છે, જે દરિયાઈ જીવનને નુકસાન પહોંચાડે છે (ન્યુવેલ એટ અલ., 2020). વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસોએ સાબિત કર્યું છે કે કોઈપણ ભૌતિક અથવા રાસાયણિક પદ્ધતિઓ દ્વારા આવા પ્રદૂષકો/કચરાને દૂર કરવું શક્ય નથી. આ સંદર્ભમાં, સૌથી ઉપયોગી સુક્ષ્મસજીવો તે છે જે ઓક્સિડેટીવલી પ્રદૂષકોને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, રાસાયણિક ઊર્જા અને અન્ય બિન-ઝેરી ઉપ-ઉત્પાદનોમાં ચયાપચય કરવામાં સક્ષમ છે જે આખરે અન્ય પોષક ચક્ર પ્રક્રિયાઓ (H, O, N, S, P, Fe, વગેરે) માં પ્રવેશ કરે છે. આમ, માઇક્રોબાયલ કાર્બન ચક્ર, ચોખ્ખા કાર્બન બજેટ અને ભવિષ્યના આબોહવા જોખમોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે સુગંધિત પ્રદૂષક ખનિજીકરણ અને તેના પર્યાવરણીય નિયંત્રણના માઇક્રોબાયલ ઇકોફિઝિયોલોજીને સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે. પર્યાવરણમાંથી આવા સંયોજનોને દૂર કરવાની તાત્કાલિક જરૂરિયાતને ધ્યાનમાં રાખીને, સ્વચ્છ તકનીકો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરતા વિવિધ ઇકો-ઉદ્યોગો ઉભરી આવ્યા છે. વૈકલ્પિક રીતે, ઇકોસિસ્ટમ્સમાં સંચિત ઔદ્યોગિક કચરા/કચરાના રસાયણોનું મૂલ્યાંકન (એટલે ​​કે કચરાથી સંપત્તિ સુધીનો અભિગમ) ને પરિપત્ર અર્થતંત્ર અને ટકાઉ વિકાસ લક્ષ્યોના સ્તંભોમાંનો એક માનવામાં આવે છે (ક્લોઝ એટ અલ., 2012). તેથી, આવા સુગંધિત પ્રદૂષકોને અસરકારક રીતે દૂર કરવા અને બાયોરેમીડિયેશન માટે આ સંભવિત અધોગતિ ઉમેદવારોના મેટાબોલિક, એન્ઝાઇમેટિક અને આનુવંશિક પાસાઓને સમજવું અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે.
ઘણા સુગંધિત પ્રદૂષકોમાં, આપણે નેપ્થાલિન અને અવેજીકૃત નેપ્થાલિન જેવા ઓછા-આણ્વિક-વજનવાળા PAH પર ખાસ ધ્યાન આપીએ છીએ. આ સંયોજનો પેટ્રોલિયમ-ઉત્પાદિત ઇંધણ, કાપડ રંગો, ગ્રાહક ઉત્પાદનો, જંતુનાશકો (મોથબોલ્સ અને જંતુ ભગાડનારા), પ્લાસ્ટિસાઇઝર્સ અને ટેનીનના મુખ્ય ઘટકો છે અને તેથી તે ઘણા ઇકોસિસ્ટમ્સમાં વ્યાપક છે (પ્રિયસ એટ અલ., 2003). તાજેતરના અહેવાલો જલીય કાંપ, ભૂગર્ભજળ અને ભૂગર્ભજળની જમીન, વાડોઝ ઝોન અને નદીના પટમાં નેપ્થાલિન સાંદ્રતાના સંચયને પ્રકાશિત કરે છે, જે પર્યાવરણમાં તેના જૈવસંચય સૂચવે છે (દત્તગુપ્ત એટ અલ., 2019, 2020). કોષ્ટક 2 નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો, ઉપયોગો અને આરોગ્ય અસરોનો સારાંશ આપે છે. અન્ય ઉચ્ચ-આણ્વિક-વજનવાળા PAHs ની તુલનામાં, નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝ ઓછા હાઇડ્રોફોબિક, વધુ પાણીમાં દ્રાવ્ય અને ઇકોસિસ્ટમ્સમાં વ્યાપકપણે વિતરિત થાય છે, તેથી PAHs ના ચયાપચય, આનુવંશિકતા અને મેટાબોલિક વિવિધતાનો અભ્યાસ કરવા માટે તેનો ઉપયોગ ઘણીવાર મોડેલ સબસ્ટ્રેટ તરીકે થાય છે. મોટી સંખ્યામાં સુક્ષ્મસજીવો નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝને ચયાપચય કરવામાં સક્ષમ છે, અને તેમના મેટાબોલિક માર્ગો, ઉત્સેચકો અને નિયમનકારી લાક્ષણિકતાઓ પર વ્યાપક માહિતી ઉપલબ્ધ છે (મલ્લિક એટ અલ., 2011; ફેલ એટ અલ., 2019, 2020). વધુમાં, નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝને તેમની ઉચ્ચ વિપુલતા અને જૈવઉપલબ્ધતાને કારણે પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ મૂલ્યાંકન માટે પ્રોટોટાઇપ સંયોજનો તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવ્યા છે. યુએસ પર્યાવરણીય સુરક્ષા એજન્સીનો અંદાજ છે કે સિગારેટના ધુમાડામાંથી નેપ્થાલિનનું સરેરાશ સ્તર 5.19 μg પ્રતિ ઘન મીટર છે, મુખ્યત્વે અપૂર્ણ દહનથી, અને સાઇડસ્ટ્રીમ ધુમાડાથી 7.8 થી 46 μg છે, જ્યારે ક્રિઓસોટ અને નેપ્થાલિનના સંપર્કમાં 100 થી 10,000 ગણું વધારે છે (પ્રિયસ એટ અલ. 2003). ખાસ કરીને નેપ્થેલિનમાં પ્રજાતિ, પ્રદેશ અને લિંગ-વિશિષ્ટ શ્વસન ઝેરીતા અને કાર્સિનોજેનિસિટી હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. પ્રાણીઓના અભ્યાસના આધારે, ઇન્ટરનેશનલ એજન્સી ફોર રિસર્ચ ઓન કેન્સર (IARC) એ નેપ્થેલિનને "સંભવિત માનવ કાર્સિનોજેન" (ગ્રુપ 2B) તરીકે વર્ગીકૃત કર્યું છે. મુખ્યત્વે શ્વાસમાં લેવાથી અથવા પેરેન્ટેરલ (મૌખિક) વહીવટ દ્વારા અવેજી નેપ્થેલિનના સંપર્કમાં આવવાથી ફેફસાના પેશીઓને નુકસાન થાય છે અને ઉંદરો અને ઉંદરોમાં ફેફસાના ગાંઠોની ઘટનાઓમાં વધારો થાય છે (નેશનલ ટોક્સિકોલોજી પ્રોગ્રામ 2). તીવ્ર અસરોમાં ઉબકા, ઉલટી, પેટમાં દુખાવો, ઝાડા, માથાનો દુખાવો, મૂંઝવણ, પુષ્કળ પરસેવો, તાવ, ટાકીકાર્ડિયા વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. બીજી બાજુ, બ્રોડ-સ્પેક્ટ્રમ કાર્બામેટ જંતુનાશક કાર્બેરિલ (1-નેપ્થેઇલ એન-મિથાઇલકાર્બામેટ) જળચર અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ, ઉભયજીવી પ્રાણીઓ, મધમાખીઓ અને મનુષ્યો માટે ઝેરી હોવાનું નોંધાયું છે અને તે લકવો પેદા કરતા એસિટિલકોલિનેસ્ટેરેઝને અટકાવે છે તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે (સ્મલ્ડર્સ એટ અલ., 2003; બુલેન અને ડિસ્ટેલ, 2011). તેથી, દૂષિત વાતાવરણમાં બાયોરેમીડિયેશન વ્યૂહરચનાઓ વિકસાવવા માટે માઇક્રોબાયલ ડિગ્રેડેશન, આનુવંશિક નિયમન, એન્ઝાઇમેટિક અને સેલ્યુલર પ્રતિક્રિયાઓની પદ્ધતિઓને સમજવી મહત્વપૂર્ણ છે.
કોષ્ટક 2. નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો, ઉપયોગો, ઓળખ પદ્ધતિઓ અને સંકળાયેલ રોગો વિશે વિગતવાર માહિતી.
પ્રદૂષિત માળખામાં, હાઇડ્રોફોબિક અને લિપોફિલિક સુગંધિત પ્રદૂષકો પર્યાવરણીય માઇક્રોબાયોમ (સમુદાય) પર વિવિધ પ્રકારની સેલ્યુલર અસરોનું કારણ બની શકે છે, જેમ કે પટલની પ્રવાહીતામાં ફેરફાર, પટલની અભેદ્યતા, લિપિડ બાયલેયર સોજો, ઊર્જા સ્થાનાંતરણમાં વિક્ષેપ (ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળ/પ્રોટોન પ્રેરક બળ), અને પટલ-સંકળાયેલ પ્રોટીનની પ્રવૃત્તિ (સિક્કેમા એટ અલ., 1995). વધુમાં, કેટેકોલ્સ અને ક્વિનોન્સ જેવા કેટલાક દ્રાવ્ય મધ્યસ્થી પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ઉત્પન્ન કરે છે અને DNA અને પ્રોટીન સાથે એડક્ટ્સ બનાવે છે (પેનિંગ એટ અલ., 1999). આમ, ઇકોસિસ્ટમ્સમાં આવા સંયોજનોની વિપુલતા માઇક્રોબાયલ સમુદાયો પર પસંદગીયુક્ત દબાણ લાવે છે જેથી તેઓ શોષણ/પરિવહન, અંતઃકોશિક પરિવર્તન, એસિમિલેશન/ઉપયોગ અને કમ્પાર્ટમેન્ટલાઇઝેશન સહિત વિવિધ શારીરિક સ્તરે કાર્યક્ષમ ડિગ્રેડર્સ બની શકે.
રિબોસોમલ ડેટાબેઝ પ્રોજેક્ટ-II (RDP-II) ની શોધમાં જાણવા મળ્યું કે નેપ્થેલિન અથવા તેના ડેરિવેટિવ્ઝથી દૂષિત મીડિયા અથવા સંવર્ધન સંસ્કૃતિઓમાંથી કુલ 926 બેક્ટેરિયા પ્રજાતિઓને અલગ કરવામાં આવી હતી. પ્રોટીઓબેક્ટેરિયા જૂથમાં સૌથી વધુ પ્રતિનિધિઓ હતા (n = 755), ત્યારબાદ ફર્મિક્યુટ્સ (52), બેક્ટેરોઇડેટ્સ (43), એક્ટિનોબેક્ટેરિયા (39), ટેનેરિક્યુટ્સ (10) અને અવર્ગીકૃત બેક્ટેરિયા (8) (આકૃતિ 2). γ-પ્રોટીઓબેક્ટેરિયા (સ્યુડોમોનાડેલ્સ અને ઝેન્થોમોનાડેલ્સ) ના પ્રતિનિધિઓ ઉચ્ચ G+C સામગ્રી (54%) ધરાવતા તમામ ગ્રામ-નેગેટિવ જૂથો પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જ્યારે ક્લોસ્ટ્રિડિયાલ્સ અને બેસિલેલ્સ (30%) ઓછી G+C ​​સામગ્રી ધરાવતા ગ્રામ-પોઝિટિવ જૂથો હતા. સ્યુડોમોનાસ (સૌથી વધુ, 338 પ્રજાતિઓ) વિવિધ પ્રદૂષિત ઇકોસિસ્ટમ્સ (કોલસા ટાર, પેટ્રોલિયમ, ક્રૂડ ઓઇલ, કાદવ, તેલના ઢોળાવ, ગંદાપાણી, કાર્બનિક કચરો અને લેન્ડફિલ્સ) તેમજ અખંડ ઇકોસિસ્ટમ્સ (માટી, નદીઓ, કાંપ અને ભૂગર્ભજળ) માં નેપ્થેલિન અને તેના મિથાઈલ ડેરિવેટિવ્ઝને ડિગ્રેડ કરવામાં સક્ષમ હોવાનું નોંધાયું છે (આકૃતિ 2). વધુમાં, આમાંના કેટલાક પ્રદેશોના સંવર્ધન અભ્યાસો અને મેટાજેનોમિક વિશ્લેષણમાં જાણવા મળ્યું છે કે અસંસ્કૃત લેજીયોનેલા અને ક્લોસ્ટ્રિડિયમ પ્રજાતિઓમાં ડિગ્રેડેટિવ ક્ષમતા હોઈ શકે છે, જે નવા માર્ગો અને ચયાપચય વિવિધતાનો અભ્યાસ કરવા માટે આ બેક્ટેરિયાને સંવર્ધન કરવાની જરૂરિયાત દર્શાવે છે.
આકૃતિ 2. નેપ્થાલિન અને નેપ્થાલિન ડેરિવેટિવ્ઝથી દૂષિત વાતાવરણમાં બેક્ટેરિયાના પ્રતિનિધિઓની વર્ગીકરણ વિવિધતા અને ઇકોલોજીકલ વિતરણ.
વિવિધ સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન-અધોગતિશીલ સુક્ષ્મસજીવોમાંથી, મોટાભાગના કાર્બન અને ઊર્જાના એકમાત્ર સ્ત્રોત તરીકે નેપ્થેલિનને અધોગતિ કરવામાં સક્ષમ છે. સ્યુડોમોનાસ એસપી માટે નેપ્થેલિન ચયાપચયમાં સામેલ ઘટનાઓનો ક્રમ વર્ણવવામાં આવ્યો છે. (સ્ટ્રેઇન્સ: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 અને CSV86), સ્યુડોમોનાસ સ્ટુત્ઝેરી AN10, સ્યુડોમોનાસ ફ્લોરોસેન્સ PC20 અને અન્ય સ્ટ્રેઇન્સ (ND6 અને AS1) (મહાજન એટ અલ., 1994; રેસ્નિક એટ અલ., 1996; એનવેઇલર એટ અલ., 2000; બાસુ એટ અલ., 2003; ડેનિસ અને ઝાયલ્સ્ટ્રા, 2004; સોટા એટ અલ., 2006; ચયાપચય એક મલ્ટીકમ્પોનન્ટ ડાયોક્સિજેનેઝ [નેપ્થાલિન ડાયોક્સિજેનેઝ (NDO), એક રિંગ હાઇડ્રોક્સિલેટીંગ ડાયોક્સિજેનેઝ] દ્વારા શરૂ થાય છે જે નેપ્થાલિનના સુગંધિત રિંગ્સમાંથી એકના ઓક્સિડેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે અને બીજા સબસ્ટ્રેટ તરીકે મોલેક્યુલર ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે, નેપ્થાલિનને cis-naphthalenediol માં રૂપાંતરિત કરે છે (આકૃતિ 3). Cis-dihydrodiol ને ડિહાઇડ્રોજેનેઝ દ્વારા 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિન. રિંગ-ક્લીવિંગ ડાયોક્સિજેનેઝ, 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિન ડાયોક્સિજેનેઝ (12DHNDO), 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિનને 2-હાઇડ્રોક્સિક્રોમિન-2-કાર્બોક્સિલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. એન્ઝાઇમેટિક સીઆઈએસ-ટ્રાન્સ આઇસોમરાઇઝેશન ટ્રાન્સ-ઓ-હાઇડ્રોક્સિબેન્ઝાઇલિડેનેપાયરુવેટ ઉત્પન્ન કરે છે, જે હાઇડ્રેટેઝ એલ્ડોલેઝ દ્વારા સેલિસિલિક એલ્ડીહાઇડ અને પાયરુવેટમાં વિભાજીત થાય છે. કાર્બનિક એસિડ પાયરુવેટ એ નેપ્થેલિન કાર્બન હાડપિંજરમાંથી મેળવેલ પ્રથમ C3 સંયોજન હતું અને કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં નિર્દેશિત થાય છે. વધુમાં, NAD+-આશ્રિત સેલિસિલાલ્ડીહાઇડ ડિહાઇડ્રોજેનેઝ સેલિસિલાલ્ડીહાઇડને સેલિસિલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આ તબક્કે ચયાપચયને નેપ્થેલિન અધોગતિનો "ઉપલો માર્ગ" કહેવામાં આવે છે. મોટાભાગના નેપ્થેલિન-અધોગતિ કરતા બેક્ટેરિયામાં આ માર્ગ ખૂબ જ સામાન્ય છે. જો કે, કેટલાક અપવાદો છે; ઉદાહરણ તરીકે, થર્મોફિલિક બેસિલસ હેમ્બર્ગી 2 માં, નેપ્થેલિન અધોગતિ નેપ્થેલિન દ્વારા શરૂ થાય છે. 2,3-ડાયોક્સીજેનેઝ 2,3-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાપ્થાલિન (એનવીલર એટ અલ., 2000) બનાવે છે.
આકૃતિ 3. નેપ્થાલિન, મિથાઈલનેફ્થાલિન, નેપ્થોઈક એસિડ અને કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશનના માર્ગો. વર્તુળાકાર સંખ્યાઓ નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના અનુગામી ઉત્પાદનોમાં ક્રમિક રૂપાંતર માટે જવાબદાર ઉત્સેચકો દર્શાવે છે. 1 — નેપ્થાલિન ડાયોક્સિજેનેઝ (NDO); 2, cis-dihydrodiol dehydrogenase; 3, 1,2-dihydroxynaphthalene dioxygenase; 4, 2-hydroxychromene-2-carboxylic acid isomerase; 5, trans-O-hydroxybenzylidenepyruvate hydratase aldolase; 6, salicylaldheid dehydrogenase; 7, salicylate 1-hydroxylase; 8, catechol 2,3-dioxygenase (C23DO); 9, 2-hydroxymuconate semialdehyde dehydrogenase; 10, 2-oxopent-4-enoate hydratase; 11, 4-hydroxy-2-oxopentanoate aldolase; ૧૨, એસીટાલ્ડીહાઇડ ડિહાઇડ્રોજેનેઝ; ૧૩, કેટેકોલ-૧,૨-ડાયોક્સિજેનેઝ (C૧૨DO); ૧૪, મ્યુકોનેટ સાયક્લોઇસોમેરેઝ; ૧૫, મ્યુકોનોલેક્ટોન ડેલ્ટા-આઇસોમેરેઝ; ૧૬, β-કેટોઆડિપેટનોલેક્ટોન હાઇડ્રોલેઝ; ૧૭, β-કેટોઆડિપેટ સક્સીનાઇલ-CoA ટ્રાન્સફરેઝ; ૧૮, β-કેટોઆડિપેટ-CoA થિયોલેઝ; ૧૯, સક્સીનાઇલ-CoA: એસિટિલ-CoA સક્સીનાઇલટ્રાન્સફેરેઝ; ૨૦, સેલિસીલેટ ૫-હાઇડ્રોક્સિલેઝ; ૨૧ – જેન્ટિસેટ ૧,૨-ડાયોક્સિજેનેઝ (GDO); ૨૨, મેલેઇલપાયરુવેટ આઇસોમેરેઝ; ૨૩, ફ્યુમેરીલપાયરુવેટ હાઇડ્રોલેઝ; ૨૪, મિથાઇલનેફ્થાલિન હાઇડ્રોક્સિલેઝ (NDO); ૨૫, હાઇડ્રોક્સિમિથિલનેફ્થાલિન ડિહાઇડ્રોજેનેઝ; ૨૬, નેફ્થાલ્ડીહાઇડ ડિહાઇડ્રોજેનેઝ; 27, 3-ફોર્મીલ્સાલિસિલિક એસિડ ઓક્સિડેઝ; 28, હાઇડ્રોક્સાઇસોફ્થાલેટ ડેકાર્બોક્સિલેઝ; 29, કાર્બેરિલ હાઇડ્રોલેઝ (CH); 30, 1-નેફ્થોલ-2-હાઇડ્રોક્સિલેઝ.
સજીવ અને તેના આનુવંશિક મેકઅપ પર આધાર રાખીને, પરિણામી સેલિસિલિક એસિડનું ચયાપચય સેલિસિલેટ 1-હાઇડ્રોક્સિલેઝ (S1H) નો ઉપયોગ કરીને કેટેકોલ માર્ગ દ્વારા અથવા સેલિસિલેટ 5-હાઇડ્રોક્સિલેઝ (S5H) નો ઉપયોગ કરીને જેન્ટિસેટ માર્ગ દ્વારા થાય છે (આકૃતિ 3). સેલિસિલિક એસિડ નેપ્થાલિન ચયાપચય (ઉપલા માર્ગ) માં મુખ્ય મધ્યવર્તી હોવાથી, સેલિસિલિક એસિડથી TCA મધ્યવર્તી સુધીના પગલાંને ઘણીવાર નીચલા માર્ગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને જનીનોને એક જ ઓપેરનમાં ગોઠવવામાં આવે છે. તે જોવાનું સામાન્ય છે કે ઉપલા માર્ગ ઓપેરોન (nah) અને નીચલા માર્ગ ઓપેરોન (sal) માં જનીનો સામાન્ય નિયમનકારી પરિબળો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે; ઉદાહરણ તરીકે, NahR અને સેલિસિલિક એસિડ પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરે છે, જે બંને ઓપેરોને નેપ્થાલિનને સંપૂર્ણપણે ચયાપચય કરવાની મંજૂરી આપે છે (ફેલ એટ અલ., 2019, 2020).
વધુમાં, કેટેકોલ 2,3-ડાયોક્સિજેનેઝ (C23DO) (યેન એટ અલ., 1988) દ્વારા મેટા પાથવે દ્વારા 2-હાઇડ્રોક્સિમ્યુકોનેટ સેમિઆલ્ડીહાઇડમાં ચક્રીય રીતે વિભાજીત થાય છે અને 2-હાઇડ્રોક્સિપેન્ટ-2,4-ડાયનોઇક એસિડ બનાવવા માટે 2-હાઇડ્રોક્સિમ્યુકોનેટ સેમિઆલ્ડીહાઇડ હાઇડ્રોલેઝ દ્વારા વધુ હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ થાય છે. 2-હાઇડ્રોક્સિપેન્ટ-2,4-ડાયનોએટ પછી હાઇડ્રેટેઝ (2-ઓક્સોપેન્ટ-4-એનોએટ હાઇડ્રેટેઝ) અને એલ્ડોલેઝ (4-હાઇડ્રોક્સિ-2-ઓક્સોપેન્ટાનોએટ એલ્ડોલેઝ) દ્વારા પાયરુવેટ અને એસિટાલ્ડીહાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય છે અને પછી કેન્દ્રીય કાર્બન પાથવે (આકૃતિ 3) માં પ્રવેશ કરે છે. વૈકલ્પિક રીતે, કેટેકોલ 1,2-ઓક્સીજેનેઝ (C12DO) દ્વારા ઓર્થો પાથવે દ્વારા ચક્રીય રીતે cis,cis-muconate માં વિભાજીત થાય છે. મ્યુકોનેટ સાયક્લોઇસોમેરેઝ, મ્યુકોનોલેક્ટોન આઇસોમેરેઝ અને β-કેટોઆડિપેટ-નોલેક્ટોન હાઇડ્રોલેઝ cis,cis-મ્યુકોનેટને 3-ઓક્સોઆડિપેટમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જે સક્સીનાઇલ-CoA અને એસિટિલ-CoA દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે (નોઝાકી એટ અલ., 1968) (આકૃતિ 3).
જેન્ટિસેટ (2,5-ડાયહાઇડ્રોક્સિબેન્ઝોએટ) માર્ગમાં, સુગંધિત રિંગને જેન્ટિસેટ 1,2-ડાયોક્સિજેનેઝ (GDO) દ્વારા વિભાજીત કરીને મેલયલપાયરુવેટ બનાવવામાં આવે છે. આ ઉત્પાદનને સીધા જ પાયરુવેટ અને મેલેટમાં હાઇડ્રોલાઇઝ કરી શકાય છે, અથવા તેને ફ્યુમરિલપાયરુવેટ બનાવવા માટે આઇસોમરાઇઝ કરી શકાય છે, જે પછી પાયરુવેટ અને ફ્યુમરેટમાં હાઇડ્રોલાઇઝ કરી શકાય છે (લાર્કિન અને ડે, 1986). બાયોકેમિકલ અને આનુવંશિક સ્તરે ગ્રામ-નેગેટિવ અને ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા બંનેમાં વૈકલ્પિક માર્ગની પસંદગી જોવા મળી છે (મોરાવસ્કી એટ અલ., 1997; વ્હાઇટ એટ અલ., 1997). ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા (સ્યુડોમોનાસ) સેલિસિલેટિક એસિડનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કરે છે, જે નેપ્થેલિન ચયાપચયનું પ્રેરક છે, સેલિસિલેટ 1-હાઇડ્રોક્સિલેઝ (ગિબ્સન અને સુબ્રમણ્યમ, 1984) નો ઉપયોગ કરીને તેને કેટેકોલમાં ડિકાર્બોક્સિલેટ કરે છે. બીજી બાજુ, ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયા (રોડોકોકસ) માં, સેલિસીલેટ 5-હાઇડ્રોક્સિલેઝ સેલિસીલિક એસિડને જેન્ટિસિક એસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જ્યારે સેલિસીલિક એસિડનો નેપ્થેલિન જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શન પર કોઈ પ્રેરક અસર થતી નથી (ગ્રુન્ડ એટ અલ., 1992) (આકૃતિ 3).
એવું નોંધાયું છે કે સ્યુડોમોનાસ CSV86, ઓશનોબેક્ટેરિયમ NCE312, મેરિનહોમોનાસ નેફ્થોટ્રોફિકસ, સ્ફિંગોમોનાસ પૌસીમોબિલિસ 2322, વિબ્રિઓ સાયક્લોટ્રોફસ, સ્યુડોમોનાસ ફ્લોરોસેન્સ LP6a, સ્યુડોમોનાસ અને માયકોબેક્ટેરિયમ પ્રજાતિઓ મોનોમેથિલનાફ્થાલિન અથવા ડાયમેથિલનાફ્થાલિન (ડીન-રેમન્ડ અને બાર્થા, 1975; કેન અને વિલિયમ્સ, 1982; મહાજન એટ અલ., 1994; દત્તા એટ અલ., 1998; હેડલંડ એટ અલ., 1999) ને ડિગ્રેડ કરી શકે છે. તેમાંથી, સ્યુડોમોનાસ પ્રજાતિ CSV86 ના 1-મિથાઇલનાફ્થાલિન અને 2-મિથાઇલનાફ્થાલિન ડિગ્રેડેશન માર્ગનો બાયોકેમિકલ અને એન્ઝાઇમેટિક સ્તરે સ્પષ્ટ રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે (મહાજન એટ અલ., 1994). 1-મિથાઈલનેફ્થાલીનનું ચયાપચય બે માર્ગો દ્વારા થાય છે. પ્રથમ, સુગંધિત રિંગને હાઇડ્રોક્સિલેટેડ કરવામાં આવે છે (મિથાઈલનેફ્થાલીનનું અવ્યવસ્થિત રિંગ) જે cis-1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સી-1,2-ડાયહાઇડ્રો-8-મિથાઈલનેફ્થાલીન બનાવે છે, જે વધુ મિથાઈલ સેલિસીલેટ અને મિથાઈલકેટેચોલમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, અને પછી રિંગ ક્લીવેજ પછી કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે (આકૃતિ 3). આ માર્ગને "કાર્બન સ્ત્રોત માર્ગ" કહેવામાં આવે છે. બીજા "ડિટોક્સિફિકેશન માર્ગ" માં, મિથાઈલ જૂથને NDO દ્વારા 1-હાઇડ્રોક્સિમિથાઈલનેફ્થાલીન બનાવવા માટે હાઇડ્રોક્સિલેટેડ કરી શકાય છે, જે વધુ 1-નેફ્થોઈક એસિડમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને ડેડ-એન્ડ પ્રોડક્ટ તરીકે કલ્ચર માધ્યમમાં ઉત્સર્જન થાય છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે સ્ટ્રેન CSV86 એકમાત્ર કાર્બન અને ઉર્જા સ્ત્રોત તરીકે 1- અને 2-નેફ્થોઈક એસિડ પર વધવા માટે અસમર્થ છે, જે તેના ડિટોક્સિફિકેશન માર્ગની પુષ્ટિ કરે છે (મહાજન એટ અલ., 1994; બાસુ એટ અલ., 2003). 2-મિથાઈલનેફ્થાલીનમાં, મિથાઈલ જૂથ 2-હાઈડ્રોક્સિમિથાઈલનેફ્થાલીન બનાવવા માટે હાઈડ્રોક્સિલેઝેશનમાંથી પસાર થાય છે. વધુમાં, નેફ્થાલીન રિંગની અવેજીકૃત રિંગ ડાયહાઈડ્રોડાયોલ બનાવવા માટે રિંગ હાઈડ્રોક્સિલેશનમાંથી પસાર થાય છે, જે એન્ઝાઇમ-ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણીમાં 4-હાઈડ્રોક્સિમિથાઈલકેટેકોલમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને મેટા-રિંગ ક્લીવેજ પાથવે દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે. એ જ રીતે, S. paucimobilis 2322 એ NDO નો ઉપયોગ 2-મિથાઈલનેફ્થાલીનને હાઇડ્રોક્સિલેટ કરવા માટે કર્યો હોવાનું નોંધાયું હતું, જે મિથાઈલ સેલિસીલેટ અને મિથાઈલકેટેકોલ બનાવવા માટે વધુ ઓક્સિડાઇઝ થાય છે (દત્તા એટ અલ., 1998).
નેફ્થોઇક એસિડ (અવેજીકૃત/અવેજીકૃત) એ ડિટોક્સિફિકેશન/બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન બાય-પ્રોડક્ટ્સ છે જે મિથાઈલનેફ્થાલીન, ફેનાન્થ્રીન અને એન્થ્રેસીનના ડિગ્રેડેશન દરમિયાન રચાય છે અને સ્પેન્ટ કલ્ચર માધ્યમમાં છોડવામાં આવે છે. એવું નોંધાયું છે કે માટી આઇસોલેટ સ્ટેનોટ્રોફોમોનાસ માલ્ટોફિલિયા CSV89 કાર્બન સ્ત્રોત તરીકે 1-નેફ્થોઇક એસિડનું ચયાપચય કરવામાં સક્ષમ છે (ફેલ એટ અલ., 1995). ચયાપચય એરોમેટિક રિંગના ડાયહાઇડ્રોક્સિલેશનથી શરૂ થાય છે જે 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિ-8-કાર્બોક્સિનાફ્થાલીન બનાવે છે. પરિણામી ડાયોલ 2-હાઇડ્રોક્સિ-3-કાર્બોક્સિબેન્ઝાઇલિડેનેપાયરુવેટ, 3-ફોર્મીલ્સાલિસિલિક એસિડ, 2-હાઇડ્રોક્સિઆઇસોફ્થાલિક એસિડ અને સેલિસિલિક એસિડ દ્વારા કેટેકોલમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે અને મેટા-રિંગ ક્લીવેજ પાથવે (આકૃતિ 3) દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે.
કાર્બેરિલ એ નેપ્થાઇલ કાર્બામેટ જંતુનાશક છે. ૧૯૭૦ ના દાયકામાં ભારતમાં હરિયાળી ક્રાંતિ પછી, રાસાયણિક ખાતરો અને જંતુનાશકોના ઉપયોગને કારણે કૃષિ બિન-બિંદુ સ્ત્રોતોમાંથી પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAH) ઉત્સર્જનમાં વધારો થયો છે (પિંગલી, ૨૦૧૨; દત્તગુપ્તા એટ અલ., ૨૦૨૦). ભારતમાં કુલ પાકની જમીનના અંદાજિત ૫૫% (૮૫,૭૨૨,૦૦૦ હેક્ટર) ને રાસાયણિક જંતુનાશકોથી સારવાર આપવામાં આવે છે. છેલ્લા પાંચ વર્ષોમાં (૨૦૧૫-૨૦૨૦), ભારતીય કૃષિ ક્ષેત્રે વાર્ષિક સરેરાશ ૫૫,૦૦૦ થી ૬૦,૦૦૦ ટન જંતુનાશકોનો ઉપયોગ કર્યો છે (સહકારાત્મક અને ખેડૂત કલ્યાણ વિભાગ, કૃષિ મંત્રાલય, ભારત સરકાર, ઓગસ્ટ ૨૦૨૦). ઉત્તર અને મધ્ય ગંગાના મેદાનો (સૌથી વધુ વસ્તી અને વસ્તી ગીચતા ધરાવતા રાજ્યો) માં, પાક પર જંતુનાશકોનો ઉપયોગ વ્યાપક છે, જેમાં જંતુનાશકોનું વર્ચસ્વ છે. કાર્બેરિલ (1-નેફ્થાઇલ-એન-મિથાઇલકાર્બામેટ) એક વ્યાપક-સ્પેક્ટ્રમ, મધ્યમથી અત્યંત ઝેરી કાર્બામેટ જંતુનાશક છે જેનો ઉપયોગ ભારતીય કૃષિમાં સરેરાશ 100-110 ટન દરે થાય છે. તે સામાન્ય રીતે સેવિન નામના વેપાર નામ હેઠળ વેચાય છે અને તેનો ઉપયોગ વિવિધ પાક (મકાઈ, સોયાબીન, કપાસ, ફળો અને શાકભાજી) ને અસર કરતા જંતુઓ (એફિડ, અગ્નિ કીડીઓ, ચાંચડ, જીવાત, કરોળિયા અને અન્ય ઘણા બાહ્ય જીવાતો) ને નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે. કેટલાક સુક્ષ્મસજીવો જેમ કે સ્યુડોમોનાસ (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, સ્યુડોમોનાસ પુટિડા XWY-1), રોડોકોકસ (NCIB 12038), સ્ફિંગોબેક્ટેરિયમ spp. (CF06), બર્કહોલ્ડેરિયા (C3), માઇક્રોકોકસ અને આર્થ્રોબેક્ટરનો ઉપયોગ અન્ય જીવાતોને નિયંત્રિત કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. એવું નોંધાયું છે કે RC100 કાર્બેરિલને ડિગ્રેડ કરી શકે છે (લાર્કિન અને ડે, 1986; ચપાલમાડુગુ અને ચૌધરી, 1991; હયાત્સુ એટ અલ., 1999; સ્વેથા અને ફાલે, 2005; ત્રિવેદી એટ અલ., 2017). સ્યુડોમોનાસ પ્રજાતિના સ્ટ્રેન્સ C4, C5 અને C6 (સ્વેથા અને ફાલે, 2005; ત્રિવેદી એટ અલ., 2016) ના માટીના આઇસોલેટ્સમાં બાયોકેમિકલ, એન્ઝાઇમેટિક અને આનુવંશિક સ્તરે કાર્બેરિલના ડિગ્રેડેશન માર્ગનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે (આકૃતિ 3). મેટાબોલિક માર્ગ કાર્બેરીલ હાઇડ્રોલેઝ (CH) દ્વારા એસ્ટર બોન્ડના હાઇડ્રોલિસિસથી શરૂ થાય છે જેથી 1-નેફ્થોલ, મેથિલામાઇન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બને. 1-નેફ્થોલ પછી 1-નેફ્થોલ હાઇડ્રોક્સિલેઝ (1-NH) દ્વારા 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિનમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે સેલિસીલેટ અને જેન્ટિસેટ દ્વારા સેન્ટ્રલ કાર્બન માર્ગ દ્વારા વધુ ચયાપચય પામે છે. કેટલાક કાર્બેરિલ-ડિગ્રેડિંગ બેક્ટેરિયા કેટેકોલ ઓર્થો રિંગના ક્લીવેજ દ્વારા તેને સેલિસિલિક એસિડમાં ચયાપચય કરાવતા હોવાનું નોંધાયું છે (લાર્કિન અને ડે, 1986; ચપાલમાડુગુ અને ચૌધરી, 1991). નોંધનીય છે કે, નેફ્થાલિન-ડિગ્રેડિંગ બેક્ટેરિયા મુખ્યત્વે કેટેકોલ દ્વારા સેલિસિલિક એસિડનું ચયાપચય કરે છે, જ્યારે કાર્બેરિલ-ડિગ્રેડિંગ બેક્ટેરિયા જેન્ટિસેટ માર્ગ દ્વારા સેલિસિલિક એસિડનું ચયાપચય કરવાનું પસંદ કરે છે.
નેપ્થેલેનેસલ્ફોનિક એસિડ/ડિસલ્ફોનિક એસિડ અને નેપ્થેલામાઇનસલ્ફોનિક એસિડ ડેરિવેટિવ્ઝનો ઉપયોગ એઝો ડાય, વેટિંગ એજન્ટ્સ, ડિસ્પર્સન્ટ્સ વગેરેના ઉત્પાદનમાં મધ્યસ્થી તરીકે થઈ શકે છે. જોકે આ સંયોજનોમાં માનવો માટે ઓછી ઝેરીતા હોય છે, સાયટોટોક્સિસિટી મૂલ્યાંકન દર્શાવે છે કે તે માછલી, ડેફનિયા અને શેવાળ માટે ઘાતક છે (ગ્રીમ એટ અલ., 1994). સ્યુડોમોનાસ (સ્ટ્રેન્સ A3, C22) જાતિના પ્રતિનિધિઓ ડાયહાઇડ્રોડાયોલ બનાવવા માટે સલ્ફોનિક એસિડ જૂથ ધરાવતી સુગંધિત રિંગના ડબલ હાઇડ્રોક્સિલેશન દ્વારા ચયાપચય શરૂ કરે છે, જે સલ્ફાઇટ જૂથના સ્વયંભૂ ક્લીવેજ દ્વારા 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિનમાં રૂપાંતરિત થાય છે (બ્રિલોન એટ અલ., 1981). પરિણામી 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલિન ક્લાસિકલ નેપ્થેલિન માર્ગ, એટલે કે, કેટેકોલ અથવા જેન્ટિસેટ માર્ગ (આકૃતિ 4) દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે એમિનોનાફ્થાલેનેસલ્ફોનિક એસિડ અને હાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલેનેસલ્ફોનિક એસિડ મિશ્ર બેક્ટેરિયલ કન્સોર્ટિયા દ્વારા પૂરક કેટાબોલિક માર્ગો સાથે સંપૂર્ણપણે ડિગ્રેડ થઈ શકે છે (નોર્ટેમેન એટ અલ., 1986). એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે કન્સોર્ટિયમનો એક સભ્ય 1,2-ડાયોક્સિજનેશન દ્વારા એમિનોનાફ્થાલેનેસલ્ફોનિક એસિડ અથવા હાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલેનેસલ્ફોનિક એસિડને ડિસલ્ફ્યુરાઇઝ કરે છે, જ્યારે એમિનોસેલિસીલેટ અથવા હાઇડ્રોક્સિસાલિસીલેટ કલ્ચર માધ્યમમાં ડેડ-એન્ડ મેટાબોલાઇટ તરીકે મુક્ત થાય છે અને ત્યારબાદ કન્સોર્ટિયમના અન્ય સભ્યો દ્વારા તેને શોષી લેવામાં આવે છે. નેપ્થાલેનેડિસલ્ફોનિક એસિડ પ્રમાણમાં ધ્રુવીય છે પરંતુ નબળી રીતે બાયોડિગ્રેડેબલ છે અને તેથી તેને વિવિધ માર્ગો દ્વારા મેટાબોલાઇઝ કરી શકાય છે. પ્રથમ ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન એરોમેટિક રિંગ અને સલ્ફોનિક એસિડ જૂથના રેજીઓસેલેક્ટિવ ડાયહાઇડ્રોક્સિલેશન દરમિયાન થાય છે; બીજું ડિસલ્ફ્યુરાઇઝેશન 5-સલ્ફોસાલિસિલિક એસિડના હાઇડ્રોક્સિલેશન દરમિયાન થાય છે જે સેલિસિલિક એસિડ 5-હાઇડ્રોક્સિલેઝ દ્વારા જેન્ટિસિક એસિડ બનાવે છે, જે કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં પ્રવેશ કરે છે (બ્રિલોન એટ અલ., 1981) (આકૃતિ 4). નેપ્થાલિન ડિગ્રેડેશન માટે જવાબદાર ઉત્સેચકો નેપ્થાલિન સલ્ફોનેટ ચયાપચય માટે પણ જવાબદાર છે (બ્રિલોન એટ અલ., 1981; કેક એટ અલ., 2006).
આકૃતિ 4. નેપ્થાલિન સલ્ફોનેટના અધોગતિ માટે મેટાબોલિક માર્ગો. વર્તુળોની અંદરની સંખ્યાઓ નેપ્થાઇલ સલ્ફોનેટ ચયાપચય માટે જવાબદાર ઉત્સેચકો દર્શાવે છે, જે આકૃતિ 3 માં વર્ણવેલ ઉત્સેચકો જેવા/સમાન છે.
ઓછા પરમાણુ વજનવાળા PAHs (LMW-PAHs) ઘટાડી શકાય તેવા, હાઇડ્રોફોબિક અને નબળી દ્રાવ્ય હોય છે, અને તેથી કુદરતી ભંગાણ/અધોગતિ માટે સંવેદનશીલ નથી. જો કે, એરોબિક સુક્ષ્મસજીવો પરમાણુ ઓક્સિજન (O2) શોષીને તેનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવામાં સક્ષમ છે. આ ઉત્સેચકો મુખ્યત્વે ઓક્સિડોરેડક્ટેઝના વર્ગના છે અને સુગંધિત રિંગ હાઇડ્રોક્સિલેશન (મોનો- અથવા ડાયહાઇડ્રોક્સિલેશન), ડિહાઇડ્રોજનેશન અને સુગંધિત રિંગ ક્લીવેજ જેવી વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓ કરી શકે છે. આ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી મેળવેલા ઉત્પાદનો ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં હોય છે અને કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગ દ્વારા વધુ સરળતાથી ચયાપચય થાય છે (ફેલ એટ અલ., 2020). અધોગતિ માર્ગમાં ઉત્સેચકો ઇન્ડ્યુસિબલ હોવાનું નોંધાયું છે. જ્યારે કોષો ગ્લુકોઝ અથવા કાર્બનિક એસિડ જેવા સરળ કાર્બન સ્ત્રોતો પર ઉગાડવામાં આવે છે ત્યારે આ ઉત્સેચકોની પ્રવૃત્તિ ખૂબ ઓછી અથવા નગણ્ય હોય છે. કોષ્ટક 3 નેપ્થેલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના ચયાપચયમાં સામેલ વિવિધ ઉત્સેચકો (ઓક્સિજેનેસિસ, હાઇડ્રોલેસિસ, ડિહાઇડ્રોજેનેસિસ, ઓક્સિડેસિસ, વગેરે) નો સારાંશ આપે છે.
કોષ્ટક 3. નેપ્થાલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના અધોગતિ માટે જવાબદાર ઉત્સેચકોની બાયોકેમિકલ લાક્ષણિકતાઓ.
રેડિયોઆઇસોટોપ અભ્યાસો (18O2) એ દર્શાવ્યું છે કે ઓક્સિજનેસ દ્વારા સુગંધિત રિંગ્સમાં પરમાણુ O2 નો સમાવેશ એ સંયોજનના વધુ બાયોડિગ્રેડેશનને સક્રિય કરવા માટેનું સૌથી મહત્વપૂર્ણ પગલું છે (હાયશી એટ અલ., 1955; મેસન એટ અલ., 1955). પરમાણુ ઓક્સિજન (O2) માંથી એક ઓક્સિજન અણુ (O) ને સબસ્ટ્રેટમાં સમાવિષ્ટ કરવાની શરૂઆત અંતર્જાત અથવા બાહ્ય મોનોઓક્સિજેનેઝ (જેને હાઇડ્રોક્સિલેઝ પણ કહેવાય છે) દ્વારા થાય છે. બીજો ઓક્સિજન અણુ પાણીમાં ફેરવાય છે. બાહ્ય મોનોઓક્સિજેનેઝ NADH અથવા NADPH સાથે ફ્લેવિનને ઘટાડે છે, જ્યારે એન્ડોમોનોઓક્સિજેનેઝમાં સબસ્ટ્રેટ દ્વારા ફ્લેવિન ઘટે છે. હાઇડ્રોક્સિલેશનની સ્થિતિ ઉત્પાદન રચનામાં વિવિધતા લાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સેલિસીલેટ 1-હાઇડ્રોક્સિલેઝ સેલિસિલિક એસિડને C1 સ્થિતિમાં હાઇડ્રોક્સિલેટ કરે છે, કેટેકોલ બનાવે છે. બીજી બાજુ, બહુઘટક સેલિસીલેટ 5-હાઇડ્રોક્સિલેઝ (જેમાં રીડક્ટેઝ, ફેરેડોક્સિન અને ઓક્સિજેનેઝ સબયુનિટ્સ હોય છે) સેલિસિલિક એસિડને C5 સ્થાન પર હાઇડ્રોક્સિલેટ કરે છે, જે જેન્ટિસિક એસિડ બનાવે છે (યામામોટો એટ અલ., 1965).
ડાયોક્સિજેનેઝ બે O2 અણુઓને સબસ્ટ્રેટમાં સમાવિષ્ટ કરે છે. રચાયેલા ઉત્પાદનોના આધારે, તેમને રિંગ હાઇડ્રોક્સિલેટીંગ ડાયોક્સિજેનેઝ અને રિંગ ક્લીવિંગ ડાયોક્સિજેનેઝમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. રિંગ હાઇડ્રોક્સિલેટીંગ ડાયોક્સિજેનેઝ એરોમેટિક સબસ્ટ્રેટને સીસ-ડાયહાઇડ્રોડાયોલ્સ (દા.ત., નેપ્થાલિન) માં રૂપાંતરિત કરે છે અને બેક્ટેરિયામાં વ્યાપક છે. આજ સુધી, એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે રિંગ હાઇડ્રોક્સિલેટીંગ ડાયોક્સિજેનેઝ ધરાવતા સજીવો વિવિધ સુગંધિત કાર્બન સ્ત્રોતો પર વૃદ્ધિ પામવા સક્ષમ છે, અને આ ઉત્સેચકોને NDO (નેપ્થાલિન), ટોલ્યુએન ડાયોક્સિજેનેઝ (TDO, ટોલ્યુએન), અને બાયફિનાઇલ ડાયોક્સિજેનેઝ (BPDO, બાયફિનાઇલ) તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા છે. NDO અને BPDO બંને વિવિધ પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (ટોલ્યુએન, નાઇટ્રોટોલ્યુએન, ઝાયલીન, ઇથિલબેન્ઝીન, નેપ્થાલિન, બાયફિનાઇલ, ફ્લોરીન, ઇન્ડોલ, મિથાઈલનેપ્થાલિન, નેપ્થાલિનસલ્ફોનેટ, ફેનાન્થ્રીન, એન્થ્રેસીન, એસીટોફેનોન, વગેરે) ના ડબલ ઓક્સિડેશન અને સાઇડ ચેઇન હાઇડ્રોક્સિલેશનને ઉત્પ્રેરિત કરી શકે છે (બોયડ અને શેલ્ડ્રેક, 1998; ફેલ એટ અલ., 2020). NDO એ એક બહુઘટક પ્રણાલી છે જેમાં ઓક્સિડોરેડક્ટેઝ, ફેરેડોક્સિન અને સક્રિય સાઇટ-ધરાવતા ઓક્સિજેનેઝ ઘટક (ગિબ્સન અને સુબ્રમણ્યમ, 1984; રેસ્નિક એટ અલ., 1996) હોય છે. NDO ના ઉત્પ્રેરક એકમમાં α3β3 રૂપરેખાંકનમાં ગોઠવાયેલા મોટા α સબ્યુનિટ અને નાના β સબ્યુનિટનો સમાવેશ થાય છે. NDO ઓક્સિજનેસના એક મોટા પરિવારનો ભાગ છે અને તેના α-સબયુનિટમાં રિસ્કે સાઇટ [2Fe-2S] અને મોનોન્યુક્લિયર નોન-હીમ આયર્ન હોય છે, જે NDO ની સબસ્ટ્રેટ વિશિષ્ટતા નક્કી કરે છે (પેરેલ્સ એટ અલ., 1998). સામાન્ય રીતે, એક ઉત્પ્રેરક ચક્રમાં, પાયરિડિન ન્યુક્લિયોટાઇડના ઘટાડામાંથી બે ઇલેક્ટ્રોન રિડક્ટેઝ, ફેરેડોક્સિન અને રિસ્કે સાઇટ દ્વારા સક્રિય સાઇટમાં Fe(II) આયનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. રિડ્યુસિંગ સમકક્ષો મોલેક્યુલર ઓક્સિજનને સક્રિય કરે છે, જે સબસ્ટ્રેટ ડાયહાઇડ્રોક્સિલેશન માટે પૂર્વશરત છે (ફેરારો એટ અલ., 2005). આજની તારીખે, ફક્ત થોડા NDO ને જ શુદ્ધ કરવામાં આવ્યા છે અને વિવિધ જાતોમાંથી વિગતવાર લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી છે અને નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશનમાં સામેલ માર્ગોના આનુવંશિક નિયંત્રણનો વિગતવાર અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે (રેસ્નિક એટ અલ., 1996; પેરાલ્સ એટ અલ., 1998; કાર્લસન એટ અલ., 2003). રિંગ-ક્લીવિંગ ડાયોક્સિજેનેઝ (એન્ડો- અથવા ઓર્થો-રિંગ-ક્લીવિંગ એન્ઝાઇમ અને એક્સોડિઓલ- અથવા મેટા-રિંગ-ક્લીવિંગ એન્ઝાઇમ) હાઇડ્રોક્સિલેટેડ એરોમેટિક સંયોજનો પર કાર્ય કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓર્થો-રિંગ-ક્લીવિંગ ડાયોક્સિજેનેઝ કેટેકોલ-1,2-ડાયોક્સિજેનેઝ છે, જ્યારે મેટા-રિંગ-ક્લીવિંગ ડાયોક્સિજેનેઝ કેટેકોલ-2,3-ડાયોક્સિજેનેઝ છે (કોજીમા એટ અલ., 1961; નોઝાકી એટ અલ., 1968). વિવિધ ઓક્સિજેનેઝ ઉપરાંત, એરોમેટિક ડાયહાઇડ્રોડાયોલ્સ, આલ્કોહોલ અને એલ્ડીહાઇડ્સના ડિહાઇડ્રોજનેશન માટે અને NAD+/NADP+ નો ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર તરીકે ઉપયોગ કરવા માટે જવાબદાર વિવિધ ડિહાઇડ્રોજેનેઝ પણ છે, જે ચયાપચયમાં સામેલ કેટલાક મહત્વપૂર્ણ ઉત્સેચકો છે (ગિબ્સન અને સુબ્રમણ્યમ, 1984; શો અને હરાયામા, 1990; ફહલે એટ અલ., 2020).
હાઇડ્રોલેસીસ (એસ્ટેરેસીસ, એમીડેસીસ) જેવા ઉત્સેચકો એ ઉત્સેચકોનો બીજો મહત્વપૂર્ણ વર્ગ છે જે પાણીનો ઉપયોગ સહસંયોજક બંધનો તોડવા અને વ્યાપક સબસ્ટ્રેટ વિશિષ્ટતા દર્શાવવા માટે કરે છે. ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયાના સભ્યોમાં કાર્બેરીલ હાઇડ્રોલેસીસ અને અન્ય હાઇડ્રોલેસીસને પેરીપ્લાઝમ (ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન) ના ઘટકો માનવામાં આવે છે (કામિની એટ અલ., 2018). કાર્બેરીલમાં એમાઈડ અને એસ્ટર લિન્કેજ બંને હોય છે; તેથી, તેને એસ્ટેરેસ અથવા એમીડેસીસ દ્વારા 1-નેફ્થોલ બનાવવા માટે હાઇડ્રોલાઇઝ કરી શકાય છે. રાઇઝોબિયમમાં કાર્બેરિલ રાઇઝોબિયમ સ્ટ્રેન AC10023 અને આર્થ્રોબેક્ટર સ્ટ્રેન RC100 અનુક્રમે એસ્ટેરેસ અને એમીડેસીસ તરીકે કાર્ય કરે છે તેવું નોંધાયું છે. આર્થ્રોબેક્ટર સ્ટ્રેન RC100 માં કાર્બેરિલ પણ એમીડેસીસ તરીકે કાર્ય કરે છે. RC100 ચાર N-મિથાઈલકાર્બામેટ વર્ગના જંતુનાશકો જેમ કે કાર્બેરિલ, મેથોમીલ, મેફેનેમિક એસિડ અને XMC (હયાત્સુ એટ અલ., 2001) ને હાઇડ્રોલાઇઝ કરે છે તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે. એવું નોંધાયું છે કે સ્યુડોમોનાસ sp. C5pp માં CH કાર્બેરિલ (100% પ્રવૃત્તિ) અને 1-નેફ્થાઈલ એસિટેટ (36% પ્રવૃત્તિ) પર કાર્ય કરી શકે છે, પરંતુ 1-નેફ્થાઈલસેટામાઇડ પર નહીં, જે દર્શાવે છે કે તે એક એસ્ટેરેઝ છે (ત્રિવેદી એટ અલ., 2016).
બાયોકેમિકલ અભ્યાસો, એન્ઝાઇમ નિયમન પેટર્ન અને આનુવંશિક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશન જનીનોમાં બે ઇન્ડ્યુસિબલ રેગ્યુલેટરી યુનિટ્સ અથવા "ઓપેરોન્સ" હોય છે: નાહ ("અપસ્ટ્રીમ પાથવે", નેપ્થેલિનને સેલિસિલિક એસિડમાં રૂપાંતરિત કરે છે) અને સાલ ("ડાઉનસ્ટ્રીમ પાથવે", કેટેકોલ દ્વારા સેલિસિલિક એસિડને સેન્ટ્રલ કાર્બન પાથવેમાં રૂપાંતરિત કરે છે). સેલિસિલિક એસિડ અને તેના એનાલોગ ઇન્ડ્યુસર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે (શમસુઝમાન અને બાર્ન્સલી, 1974). ગ્લુકોઝ અથવા કાર્બનિક એસિડની હાજરીમાં, ઓપેરોન દબાવવામાં આવે છે. આકૃતિ 5 નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશનનું સંપૂર્ણ આનુવંશિક સંગઠન દર્શાવે છે (ઓપેરોન સ્વરૂપમાં). નાહ જનીન (એનડીઓ/પાહ/ડોક્સ) ના ઘણા નામાંકિત પ્રકારો/સ્વરૂપોનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે અને તમામ સ્યુડોમોનાસ પ્રજાતિઓમાં ઉચ્ચ ક્રમ હોમોલોજી (90%) હોવાનું જાણવા મળ્યું છે (અબ્બાસિયન એટ અલ., 2016). નેપ્થેલિન અપસ્ટ્રીમ પાથવેના જનીનો સામાન્ય રીતે આકૃતિ 5A માં બતાવ્યા પ્રમાણે સર્વસંમતિ ક્રમમાં ગોઠવાયેલા હતા. અન્ય એક જનીન, nahQ, નેપ્થેલિન ચયાપચયમાં સામેલ હોવાનું નોંધાયું હતું અને તે સામાન્ય રીતે nahC અને nahE વચ્ચે સ્થિત હતું, પરંતુ તેનું વાસ્તવિક કાર્ય સ્પષ્ટ કરવાનું બાકી છે. તેવી જ રીતે, nahY જનીન, જે નેપ્થેલિન-સંવેદનશીલ કીમોટેક્સિસ માટે જવાબદાર છે, તે કેટલાક સભ્યોમાં nah ઓપેરોનના દૂરના છેડે જોવા મળ્યું હતું. રાલ્સ્ટોનિયા sp. માં, ગ્લુટાથિઓન S-ટ્રાન્સફેરેઝ (gsh) ને એન્કોડ કરતું U2 જનીન nahAa અને nahAb વચ્ચે સ્થિત હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું પરંતુ તેણે નેપ્થેલિન ઉપયોગિતા લાક્ષણિકતાઓને અસર કરી ન હતી (Zylstra et al., 1997).
આકૃતિ 5. બેક્ટેરિયાની પ્રજાતિઓમાં નેપ્થેલિનના અધોગતિ દરમિયાન જોવા મળેલ આનુવંશિક સંગઠન અને વિવિધતા; (A) ઉપલા નેપ્થેલિન માર્ગ, નેપ્થેલિનનું સેલિસિલિક એસિડમાં ચયાપચય; (B) નીચલું નેપ્થેલિન માર્ગ, કેટેકોલ દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગ સુધી સેલિસિલિક એસિડ; (C) જેન્ટિસેટ દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગ સુધી સેલિસિલિક એસિડ.
"નીચલા માર્ગ" (sal operon) માં સામાન્ય રીતે nahGTHINLMOKJ હોય છે અને તે catechol metaring cleavage માર્ગ દ્વારા સેલિસીલેટને પાયરુવેટ અને એસીટાલ્ડીહાઇડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. nahG જનીન (એન્કોડિંગ સેલિસીલેટ હાઇડ્રોક્સિલેઝ) ઓપેરોનના નિકટવર્તી છેડે સંરક્ષિત હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું (આકૃતિ 5B). અન્ય નેપ્થેલિન-ડિગ્રેડિંગ સ્ટ્રેન્સની તુલનામાં, P. putida CSV86 માં nah અને sal operons એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે અને ખૂબ નજીકથી સંબંધિત છે (લગભગ 7.5 kb). કેટલાક ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયામાં, જેમ કે Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, અને P. putida AK5, નેપ્થેલિનને જેન્ટિસેટ માર્ગ દ્વારા (sgp/nag operon ના સ્વરૂપમાં) કેન્દ્રીય કાર્બન મેટાબોલાઇટ તરીકે ચયાપચય આપવામાં આવે છે. જનીન કેસેટ સામાન્ય રીતે nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI સ્વરૂપમાં રજૂ થાય છે, જ્યાં nagR (LysR-પ્રકારના નિયમનકારને એન્કોડિંગ) ઉપલા છેડે સ્થિત હોય છે (આકૃતિ 5C).
કાર્બેરિલ 1-નેફ્થોલ, 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલીન, સેલિસિલિક એસિડ અને જેન્ટિસિક એસિડના ચયાપચય દ્વારા કેન્દ્રીય કાર્બન ચક્રમાં પ્રવેશ કરે છે (આકૃતિ 3). આનુવંશિક અને ચયાપચય અભ્યાસોના આધારે, આ માર્ગને "અપસ્ટ્રીમ" (કાર્બેરિલનું સેલિસિલિક એસિડમાં રૂપાંતર), "મધ્યમ" (સેલિસિલિક એસિડનું જેન્ટિસિક એસિડમાં રૂપાંતર), અને "ડાઉનસ્ટ્રીમ" (જેન્ટિસિક એસિડનું સેન્ટ્રલ કાર્બન પાથવે ઇન્ટરમીડિયેટ્સમાં રૂપાંતર) (સિંઘ એટ અલ., 2013) માં વિભાજીત કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો છે. C5pp (સુપરકોન્ટિગ A, 76.3 kb) ના જીનોમિક વિશ્લેષણથી જાણવા મળ્યું છે કે mcbACBDEF જનીન કાર્બેરિલના સેલિસિલિક એસિડમાં રૂપાંતરમાં સામેલ છે, ત્યારબાદ mcbIJKL સેલિસિલિક એસિડના જેન્ટિસિક એસિડમાં રૂપાંતરમાં અને mcbOQP જેન્ટિસિક એસિડના સેન્ટ્રલ કાર્બન ઇન્ટરમીડિયેટમાં રૂપાંતરમાં સામેલ છે (ફ્યુમરેટ અને પાયરુવેટ, ત્રિવેદી એટ અલ., 2016) (આકૃતિ 6).
એવું નોંધાયું છે કે સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન (નેપ્થેલિન અને સેલિસિલિક એસિડ સહિત) ના અધોગતિમાં સામેલ ઉત્સેચકો સંબંધિત સંયોજનો દ્વારા પ્રેરિત થઈ શકે છે અને ગ્લુકોઝ અથવા કાર્બનિક એસિડ જેવા સરળ કાર્બન સ્ત્રોતો દ્વારા અવરોધિત થઈ શકે છે (શિંગલર, 2003; ફેલ એટ અલ., 2019, 2020). નેપ્થેલિન અને તેના ડેરિવેટિવ્ઝના વિવિધ મેટાબોલિક માર્ગો પૈકી, નેપ્થેલિન અને કાર્બેરિલના નિયમનકારી લક્ષણોનો અમુક અંશે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. નેપ્થેલિન માટે, અપસ્ટ્રીમ અને ડાઉનસ્ટ્રીમ બંને માર્ગોમાં જનીનો NahR દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, જે LysR-પ્રકારનું ટ્રાન્સ-એક્ટિંગ પોઝિટિવ રેગ્યુલેટર છે. સેલિસિલિક એસિડ દ્વારા nah જનીનના ઇન્ડક્શન અને તેના અનુગામી ઉચ્ચ-સ્તરીય અભિવ્યક્તિ (યેન અને ગન્સાલુસ, 1982) માટે તે જરૂરી છે. વધુમાં, અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે નેપ્થેલિન ચયાપચયમાં જનીનોના ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ સક્રિયકરણ માટે સંકલિત યજમાન પરિબળ (IHF) અને XylR (સિગ્મા 54-આધારિત ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેટર) પણ મહત્વપૂર્ણ છે (રેમોસ એટ અલ., 1997). અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે કેટેકોલ મેટા-રિંગ ઓપનિંગ પાથવે, એટલે કે કેટેકોલ 2,3-ડાયોક્સિજેનેઝના ઉત્સેચકો, નેપ્થેલિન અને/અથવા સેલિસિલિક એસિડની હાજરીમાં પ્રેરિત થાય છે (બાસુ એટ અલ., 2006). અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે કેટેકોલ ઓર્થો-રિંગ ઓપનિંગ પાથવે, એટલે કે કેટેકોલ 1,2-ડાયોક્સિજેનેઝના ઉત્સેચકો, બેન્ઝોઇક એસિડ અને સીઆઈએસ, સીઆઈએસ-મ્યુકોનેટની હાજરીમાં પ્રેરિત થાય છે (પાર્સેક એટ અલ., 1994; ટોવર એટ અલ., 2001).
સ્ટ્રેન C5pp માં, પાંચ જનીનો, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR અને mcbS, કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશનને નિયંત્રિત કરવા માટે જવાબદાર ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેટર્સના LysR/TetR પરિવારના નિયમનકારોને એન્કોડ કરે છે. બર્કહોલ્ડેરિયા RP00725 (ત્રિવેદી એટ અલ., 2016) માં ફેનાન્થ્રીન ચયાપચયમાં સામેલ LysR-પ્રકાર નિયમનકાર PhnS (58% એમિનો એસિડ ઓળખ) સાથે હોમોલોગસ જનીન mcbG સૌથી નજીકથી સંબંધિત હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. mcbH જનીન મધ્યવર્તી માર્ગ (સેલિસિલિક એસિડનું જેન્ટિસિક એસિડમાં રૂપાંતર) માં સામેલ હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું અને સ્યુડોમોનાસ અને બર્કહોલ્ડેરિયામાં LysR-પ્રકાર ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેટર NagR/DntR/NahR નું છે. આ પરિવારના સભ્યોએ ડિગ્રેડેશન જનીનોના ઇન્ડક્શન માટે સેલિસિલિક એસિડને ચોક્કસ ઇફેક્ટર પરમાણુ તરીકે ઓળખતા હોવાનું નોંધાયું હતું. બીજી બાજુ, LysR અને TetR પ્રકારના ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ રેગ્યુલેટરથી સંબંધિત ત્રણ જનીનો, mcbN, mcbR અને mcbS, ડાઉનસ્ટ્રીમ પાથવે (જેન્ટિસેટ-સેન્ટ્રલ કાર્બન પાથવે મેટાબોલાઇટ્સ) માં ઓળખાયા હતા.
પ્રોકેરીયોટ્સમાં, પ્લાઝમિડ્સ, ટ્રાન્સપોઝન્સ, પ્રોફેજ, જીનોમિક આઇલેન્ડ્સ અને ઇન્ટિગ્રેટિવ કન્જુગેટિવ એલિમેન્ટ્સ (ICE) દ્વારા આડી જનીન ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાઓ (સંપાદન, વિનિમય અથવા ટ્રાન્સફર) બેક્ટેરિયલ જીનોમમાં પ્લાસ્ટિસિટીના મુખ્ય કારણો છે, જે ચોક્કસ કાર્યો/લક્ષણોના લાભ અથવા નુકસાન તરફ દોરી જાય છે. તે બેક્ટેરિયાને વિવિધ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓમાં ઝડપથી અનુકૂલન કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે યજમાનને સંભવિત અનુકૂલનશીલ મેટાબોલિક ફાયદા પ્રદાન કરે છે, જેમ કે સુગંધિત સંયોજનોનું અધોગતિ. મેટાબોલિક ફેરફારો ઘણીવાર ડિગ્રેડેશન ઓપેરોન્સ, તેમના નિયમનકારી મિકેનિઝમ્સ અને એન્ઝાઇમ વિશિષ્ટતાઓના ફાઇન-ટ્યુનિંગ દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે, જે સુગંધિત સંયોજનોની વિશાળ શ્રેણીના અધોગતિને સરળ બનાવે છે (નોજીરી એટ અલ., 2004; ફેલ એટ અલ., 2019, 2020). નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશન માટેના જનીન કેસેટ વિવિધ મોબાઇલ તત્વો જેમ કે પ્લાઝમિડ્સ (કન્જુગેટિવ અને નોન-કન્જુગેટિવ), ટ્રાન્સપોઝન્સ, જીનોમ, ICE અને વિવિધ બેક્ટેરિયલ પ્રજાતિઓના સંયોજનો (આકૃતિ 5) પર સ્થિત હોવાનું જાણવા મળ્યું છે. સ્યુડોમોનાસ G7 માં, પ્લાઝમિડ NAH7 ના nah અને sal ઓપેરોન સમાન દિશામાં લખાયેલા છે અને ખામીયુક્ત ટ્રાન્સપોઝનનો ભાગ છે જેને ગતિશીલતા માટે ટ્રાન્સપોઝેઝ Tn4653 ની જરૂર પડે છે (સોટા એટ અલ., 2006). સ્યુડોમોનાસ સ્ટ્રેન NCIB9816-4 માં, જનીન કન્જુગેટિવ પ્લાઝમિડ pDTG1 પર બે ઓપેરોન (લગભગ 15 kb ના અંતરે) તરીકે જોવા મળ્યું હતું જે વિરુદ્ધ દિશામાં લખાયેલા હતા (ડેનિસ અને ઝાયલ્સ્ટ્રા, 2004). સ્યુડોમોનાસ પુટિડા સ્ટ્રેન AK5 માં, નોન-કન્જુગેટિવ પ્લાઝમિડ pAK5 જેન્ટિસેટ પાથવે દ્વારા નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશન માટે જવાબદાર એન્ઝાઇમને એન્કોડ કરે છે (ઇઝમાલ્કોવા એટ અલ., 2013). સ્યુડોમોનાસ સ્ટ્રેન PMD-1 માં, nah ઓપેરોન રંગસૂત્ર પર સ્થિત છે, જ્યારે sal ઓપેરોન conjugative plasmid pMWD-1 (Zuniga et al., 1981) પર સ્થિત છે. જોકે, સ્યુડોમોનાસ સ્ટુત્ઝેરી AN10 માં, બધા નેપ્થેલિન ડિગ્રેડેશન જનીનો (nah અને sal ઓપેરોન) રંગસૂત્ર પર સ્થિત છે અને સંભવતઃ ટ્રાન્સપોઝિશન, રિકોમ્બિનેશન અને પુનર્ગઠન ઘટનાઓ દ્વારા ભરતી કરવામાં આવે છે (Bosch et al., 2000). સ્યુડોમોનાસ sp. CSV86 માં, nah અને sal ઓપેરોન ICE (ICECSV86) ના સ્વરૂપમાં જીનોમમાં સ્થિત છે. આ માળખું tRNAGly દ્વારા સુરક્ષિત છે, ત્યારબાદ પુનઃસંયોજન/જોડાણ સ્થળો (attR અને attL) અને tRNAGly ના બંને છેડા પર સ્થિત ફેજ જેવું ઇન્ટિગ્રેઝ દર્શાવતા સીધા પુનરાવર્તનો દ્વારા સુરક્ષિત છે, આમ માળખાકીય રીતે ICEclc તત્વ (ક્લોરોકેટેકોલ ડિગ્રેડેશન માટે સ્યુડોમોનાસ નેકમુસીમાં ICEclcB13) જેવું જ છે. એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે ICE પરના જનીનો અત્યંત ઓછી ટ્રાન્સફર ફ્રીક્વન્સી (10-8) સાથે જોડાણ દ્વારા ટ્રાન્સફર કરી શકાય છે, જેનાથી પ્રાપ્તકર્તાને ડિગ્રેડેશન ગુણધર્મો ટ્રાન્સફર થઈ શકે છે (બાસુ અને ફાલે, 2008; ફાલે એટ અલ., 2019).
કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશન માટે જવાબદાર મોટાભાગના જનીનો પ્લાઝમિડ પર સ્થિત છે. આર્થ્રોબેક્ટર sp. RC100 માં ત્રણ પ્લાઝમિડ (pRC1, pRC2 અને pRC300) હોય છે જેમાંથી બે કન્જુગેટિવ પ્લાઝમિડ, pRC1 અને pRC2, કાર્બેરિલને જેન્ટિસેટમાં રૂપાંતરિત કરતા ઉત્સેચકોને એન્કોડ કરે છે. બીજી બાજુ, જેન્ટિસેટના કેન્દ્રીય કાર્બન મેટાબોલાઇટ્સમાં રૂપાંતરમાં સામેલ ઉત્સેચકો રંગસૂત્ર પર સ્થિત છે (હયાત્સુ એટ અલ., 1999). રાઇઝોબિયમ જાતિના બેક્ટેરિયા. કાર્બેરીલને 1-નેફ્થોલમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સ્ટ્રેન AC100 માં પ્લાઝમિડ pAC200 હોય છે, જે cehA જનીન CH ને એન્કોડ કરે છે જે Tnceh ટ્રાન્સપોઝનના ભાગ રૂપે નિવેશ તત્વ જેવા ક્રમ (istA અને istB) (હાશિમોટો એટ અલ., 2002) દ્વારા ઘેરાયેલા છે. સ્ફિન્ગોમોનાસ સ્ટ્રેન CF06 માં, કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશન જનીન પાંચ પ્લાઝમિડમાં હાજર હોવાનું માનવામાં આવે છે: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, અને pCF05. આ પ્લાઝમિડની DNA હોમોલોજી ઊંચી છે, જે જનીન ડુપ્લિકેશન ઘટનાના અસ્તિત્વનો સંકેત આપે છે (ફેંગ એટ અલ., 1997). બે સ્યુડોમોનાસ પ્રજાતિઓથી બનેલા કાર્બેરિલ-ડિગ્રેડિંગ સિમ્બિઓન્ટમાં, સ્ટ્રેન 50581 માં mcd કાર્બેરિલ હાઇડ્રોલેઝ જનીનને એન્કોડ કરતી કન્જુગેટિવ પ્લાઝમિડ pCD1 (50 kb) હોય છે, જ્યારે સ્ટ્રેન 50552 માં કન્જુગેટિવ પ્લાઝમિડ 1-નેફ્થોલ-ડિગ્રેડિંગ એન્ઝાઇમ (ચપાલમાડુગુ અને ચૌધરી, 1991) ને એન્કોડ કરે છે. એક્રોમોબેક્ટર સ્ટ્રેન WM111 માં, mcd ફુરાડન હાઇડ્રોલેઝ જનીન 100 kb પ્લાઝમિડ (pPDL11) પર સ્થિત છે. આ જનીન વિવિધ ભૌગોલિક પ્રદેશોના વિવિધ બેક્ટેરિયામાં વિવિધ પ્લાઝમિડ્સ (100, 105, 115 અથવા 124 kb) પર હાજર હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે (પારેખ એટ અલ., 1995). સ્યુડોમોનાસ sp. C5pp માં, કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશન માટે જવાબદાર બધા જનીનો 76.3 kb ક્રમમાં ફેલાયેલા જીનોમમાં સ્થિત છે (ત્રિવેદી એટ અલ., 2016). જીનોમ વિશ્લેષણ (6.15 Mb) એ 42 MGEs અને 36 GEIs ની હાજરી જાહેર કરી, જેમાંથી 17 MGEs સરેરાશ અસમપ્રમાણ G+C સામગ્રી (54–60 mol%) સાથે સુપરકોન્ટિગ A (76.3 kb) માં સ્થિત હતા, જે શક્ય આડી જનીન ટ્રાન્સફર ઘટનાઓ સૂચવે છે (ત્રિવેદી એટ અલ., 2016). પી. પુટિડા XWY-1 કાર્બેરિલ-ડિગ્રેડિંગ જનીનોની સમાન ગોઠવણી દર્શાવે છે, પરંતુ આ જનીનો પ્લાઝમિડ પર સ્થિત છે (ઝુ એટ અલ., 2019).
બાયોકેમિકલ અને જીનોમિક સ્તરે મેટાબોલિક કાર્યક્ષમતા ઉપરાંત, સુક્ષ્મસજીવો અન્ય ગુણધર્મો અથવા પ્રતિભાવો પણ દર્શાવે છે જેમ કે કીમોટેક્સિસ, કોષ સપાટી ફેરફાર ગુણધર્મો, કમ્પાર્ટમેન્ટલાઇઝેશન, પ્રેફરન્શિયલ ઉપયોગ, બાયોસર્ફેક્ટન્ટ ઉત્પાદન, વગેરે, જે તેમને દૂષિત વાતાવરણમાં સુગંધિત પ્રદૂષકોને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે ચયાપચય કરવામાં મદદ કરે છે (આકૃતિ 7).
આકૃતિ 7. વિદેશી પ્રદૂષક સંયોજનોના કાર્યક્ષમ બાયોડિગ્રેડેશન માટે આદર્શ સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન-ડિગ્રેડિંગ બેક્ટેરિયાની વિવિધ સેલ્યુલર પ્રતિભાવ વ્યૂહરચનાઓ.
વિજાતીય રીતે પ્રદૂષિત ઇકોસિસ્ટમમાં કાર્બનિક પ્રદૂષકોના અધોગતિને વધારતા પરિબળો તરીકે કીમોટેક્ટિક પ્રતિભાવો માનવામાં આવે છે. (2002) એ દર્શાવ્યું હતું કે સ્યુડોમોનાસ sp. G7 થી નેપ્થાલિનના કીમોટેક્સિસથી જળચર પ્રણાલીઓમાં નેપ્થાલિન અધોગતિનો દર વધ્યો હતો. જંગલી પ્રકારના સ્ટ્રેન G7 એ કીમોટેક્સિસ-ઉણપવાળા મ્યુટન્ટ સ્ટ્રેન કરતાં નેપ્થાલિનને ખૂબ ઝડપથી અધોગતિ કરી હતી. NahY પ્રોટીન (મેમ્બ્રેન ટોપોલોજી સાથે 538 એમિનો એસિડ) NAH7 પ્લાઝમિડ પર મેટાક્લેવેજ પાથવે જનીનો સાથે સહ-ટ્રાન્સક્રાઇબ થયેલ હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું, અને કેમોટેક્સિસ ટ્રાન્સડ્યુસર્સની જેમ, આ પ્રોટીન નેપ્થાલિન અધોગતિ માટે કીમોરેસેપ્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે (ગ્રિમ અને હાર્વુડ 1997). હેન્સેલ એટ અલ. (2009) દ્વારા કરવામાં આવેલા અન્ય એક અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે પ્રોટીન કેમોટેક્ટિક છે, પરંતુ તેનો અધોગતિ દર ઊંચો છે. (૨૦૧૧) એ વાયુયુક્ત નેપ્થાલીન પ્રત્યે સ્યુડોમોનાસ (પી. પુટિડા) ના કીમોટેક્ટિક પ્રતિભાવનું પ્રદર્શન કર્યું, જેમાં ગેસ તબક્કાના પ્રસારને કારણે કોષોમાં નેપ્થાલીનનો સતત પ્રવાહ થતો હતો, જે કોષોના કીમોટેક્ટિક પ્રતિભાવને નિયંત્રિત કરતો હતો. સંશોધકોએ આ કીમોટેક્ટિક વર્તણૂકનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મજીવાણુઓને એન્જિનિયર કરવા માટે કર્યો હતો જે અધોગતિના દરમાં વધારો કરશે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે કેમોસેન્સરી માર્ગો કોષ વિભાજન, કોષ ચક્ર નિયમન અને બાયોફિલ્મ રચના જેવા અન્ય સેલ્યુલર કાર્યોને પણ નિયંત્રિત કરે છે, જેનાથી અધોગતિના દરને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ મળે છે. જો કે, કાર્યક્ષમ અધોગતિ માટે આ ગુણધર્મ (કીમોટાક્સિસ) નો ઉપયોગ કરવામાં ઘણી અવરોધો દ્વારા અવરોધ આવે છે. મુખ્ય અવરોધો છે: (a) વિવિધ પેરાલોગસ રીસેપ્ટર્સ સમાન સંયોજનો/લિગાન્ડ્સને ઓળખે છે; (b) વૈકલ્પિક રીસેપ્ટર્સનું અસ્તિત્વ, એટલે કે, ઊર્જાસભર ઉષ્ણકટિબંધીયતા; (c) સમાન રીસેપ્ટર પરિવારના સંવેદનાત્મક ડોમેનમાં નોંધપાત્ર ક્રમ તફાવતો; અને (d) મુખ્ય બેક્ટેરિયલ સેન્સર પ્રોટીન પર માહિતીનો અભાવ (ઓર્ટેગા એટ અલ., ૨૦૧૭; માર્ટિન-મોરા એટ અલ., ૨૦૧૮). કેટલીકવાર, સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બનનું બાયોડિગ્રેડેશન બહુવિધ મેટાબોલાઇટ્સ/મધ્યવર્તી પદાર્થો ઉત્પન્ન કરે છે, જે બેક્ટેરિયાના એક જૂથ માટે કીમોટેક્ટિક હોઈ શકે છે પરંતુ અન્ય માટે પ્રતિકૂળ હોઈ શકે છે, જે પ્રક્રિયાને વધુ જટિલ બનાવે છે. રાસાયણિક રીસેપ્ટર્સ સાથે લિગાન્ડ્સ (સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન) ની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ઓળખવા માટે, અમે સ્યુડોમોનાસ પુટિડા અને એસ્ચેરીચીયા કોલી ના સેન્સર અને સિગ્નલિંગ ડોમેનને ફ્યુઝ કરીને હાઇબ્રિડ સેન્સર પ્રોટીન (PcaY, McfR, અને NahY) નું નિર્માણ કર્યું, જે અનુક્રમે સુગંધિત એસિડ, TCA ઇન્ટરમીડિયેટ અને નેપ્થાલીન માટે રીસેપ્ટર્સને લક્ષ્ય બનાવે છે (લુ એટ અલ., 2019).
નેપ્થેલિન અને અન્ય પોલિસાયક્લિક એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન (PAHs) ના પ્રભાવ હેઠળ, બેક્ટેરિયલ પટલની રચના અને સુક્ષ્મસજીવોની અખંડિતતામાં નોંધપાત્ર ફેરફારો થાય છે. અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે નેપ્થેલિન હાઇડ્રોફોબિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા એસિલ સાંકળની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં દખલ કરે છે, જેનાથી પટલની સોજો અને પ્રવાહીતામાં વધારો થાય છે (સિક્કેમા એટ અલ., 1995). આ હાનિકારક અસરનો સામનો કરવા માટે, બેક્ટેરિયા આઇસો/એન્ટેઇસો બ્રાન્ચેડ-ચેઇન ફેટી એસિડ્સ વચ્ચેના ગુણોત્તર અને ફેટી એસિડ રચનાને બદલીને અને સીઆઈએસ-અસંતૃપ્ત ફેટી એસિડ્સને અનુરૂપ ટ્રાન્સ-આઇસોમર્સમાં આઇસોમરાઇઝ કરીને પટલની પ્રવાહીતાને નિયંત્રિત કરે છે (હેઇપીપર અને ડી બોન્ટ, 1994). નેપ્થેલિન સારવાર પર ઉગાડવામાં આવતા સ્યુડોમોનાસ સ્ટુત્ઝેરીમાં, સંતૃપ્તથી અસંતૃપ્ત ફેટી એસિડ ગુણોત્તર 1.1 થી 2.1 સુધી વધ્યો, જ્યારે સ્યુડોમોનાસ JS150 માં આ ગુણોત્તર 7.5 થી 12.0 સુધી વધ્યો (મોઝિક એટ અલ., 2004). નેપ્થેલિન પર ઉગાડવામાં આવતા, એક્રોમોબેક્ટર KA 3-5 કોષોએ નેપ્થેલિન સ્ફટિકોની આસપાસ કોષ એકત્રીકરણ અને કોષ સપાટી ચાર્જમાં ઘટાડો (-22.5 થી -2.5 mV) દર્શાવ્યો, જેમાં સાયટોપ્લાઝમિક કન્ડેન્સેશન અને વેક્યુલાઇઝેશનનો સમાવેશ થાય છે, જે કોષ રચના અને કોષ સપાટી ગુણધર્મોમાં ફેરફાર સૂચવે છે (મોહાપત્ર એટ અલ., 2019). જોકે કોષીય/સપાટી ફેરફારો સીધા સુગંધિત પ્રદૂષકોના વધુ સારા શોષણ સાથે સંકળાયેલા છે, સંબંધિત બાયોએન્જિનિયરિંગ વ્યૂહરચનાઓ સંપૂર્ણપણે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી નથી. જૈવિક પ્રક્રિયાઓને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કોષ આકારના મેનિપ્યુલેશનનો ભાગ્યે જ ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે (વોલ્કે અને નિકેલ, 2018). કોષ વિભાજનને અસર કરતા જનીનોના કાઢી નાખવાથી કોષ આકારશાસ્ત્રમાં ફેરફાર થાય છે. કોષ વિભાજનને અસર કરતા જનીનોના કાઢી નાખવાથી કોષ આકારશાસ્ત્રમાં ફેરફાર થાય છે. બેસિલસ સબટિલિસમાં, કોષ સેપ્ટમ પ્રોટીન SepF સેપ્ટમ રચનામાં સામેલ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે અને કોષ વિભાજનના અનુગામી પગલાં માટે જરૂરી છે, પરંતુ તે આવશ્યક જનીન નથી. બેસિલસ સબટિલિસમાં પેપ્ટાઇડ ગ્લાયકન હાઇડ્રોલેસિસને એન્કોડ કરતા જનીનોને કાઢી નાખવાથી કોષનું વિસ્તરણ, ચોક્કસ વૃદ્ધિ દરમાં વધારો અને એન્ઝાઇમ ઉત્પાદન ક્ષમતામાં સુધારો થયો (કુઇ એટ અલ., 2018).
સ્યુડોમોનાસ સ્ટ્રેન્સ C5pp અને C7 ના કાર્યક્ષમ અધોગતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે કાર્બેરિલ ડિગ્રેડેશન પાથવેનું કમ્પાર્ટમેન્ટલાઇઝેશન પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું છે (કામિની એટ અલ., 2018). એવું પ્રસ્તાવિત છે કે કાર્બેરિલને બાહ્ય પટલ સેપ્ટમ દ્વારા અને/અથવા ડિફ્યુઝિબલ પોરિન્સ દ્વારા પેરીપ્લાઝમિક અવકાશમાં પરિવહન કરવામાં આવે છે. CH એ એક પેરીપ્લાઝમિક એન્ઝાઇમ છે જે કાર્બેરિલના હાઇડ્રોલિસિસને 1-નેફ્થોલમાં ઉત્પ્રેરિત કરે છે, જે વધુ સ્થિર, વધુ હાઇડ્રોફોબિક અને વધુ ઝેરી છે. CH પેરીપ્લાઝમમાં સ્થાનીકૃત છે અને કાર્બેરિલ માટે ઓછું આકર્ષણ ધરાવે છે, આમ 1-નેફ્થોલની રચનાને નિયંત્રિત કરે છે, જેનાથી કોષોમાં તેના સંચયને અટકાવે છે અને કોષોમાં તેની ઝેરીતા ઘટાડે છે (કામિની એટ અલ., 2018). પરિણામી 1-નેફ્થોલને વિભાજન અને/અથવા પ્રસરણ દ્વારા આંતરિક પટલમાં સાયટોપ્લાઝમમાં પરિવહન કરવામાં આવે છે, અને પછી કેન્દ્રીય કાર્બન માર્ગમાં વધુ ચયાપચય માટે ઉચ્ચ-એફિનિટી એન્ઝાઇમ 1NH દ્વારા 1,2-ડાયહાઇડ્રોક્સિનાફ્થાલીનમાં હાઇડ્રોક્સિલેટેડ કરવામાં આવે છે.
જોકે સુક્ષ્મસજીવો પાસે ઝેનોબાયોટિક કાર્બન સ્ત્રોતોને ઘટાડવાની આનુવંશિક અને ચયાપચય ક્ષમતાઓ છે, તેમના ઉપયોગની શ્રેણીબદ્ધ રચના (એટલે ​​\u200b\u200bકે, જટિલ કાર્બન સ્ત્રોતો કરતાં સરળનો પ્રાધાન્યપૂર્ણ ઉપયોગ) બાયોડિગ્રેડેશનમાં એક મુખ્ય અવરોધ છે. સરળ કાર્બન સ્ત્રોતોની હાજરી અને ઉપયોગ PAHs જેવા જટિલ/બિન-પસંદગીના કાર્બન સ્ત્રોતોને ઘટાડવા માટે ઉત્સેચકોને એન્કોડ કરતા જનીનોને ઘટાડે છે. એક સારી રીતે અભ્યાસ કરાયેલ ઉદાહરણ એ છે કે જ્યારે ગ્લુકોઝ અને લેક્ટોઝને એસ્ચેરીચીયા કોલી સાથે ખવડાવવામાં આવે છે, ત્યારે ગ્લુકોઝનો ઉપયોગ લેક્ટોઝ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ રીતે થાય છે (જેકબ અને મોનોડ, 1965). સ્યુડોમોનાસ વિવિધ PAHs અને ઝેનોબાયોટિક સંયોજનોને કાર્બન સ્ત્રોતો તરીકે ઘટાડવા માટે અહેવાલ છે. સ્યુડોમોનાસમાં કાર્બન સ્ત્રોત ઉપયોગનો વંશવેલો કાર્બનિક એસિડ > ગ્લુકોઝ > સુગંધિત સંયોજનો (હાયલેમોન અને ફિબ્સ, 1972; કોલિયર એટ અલ., 1996) છે. જો કે, એક અપવાદ છે. રસપ્રદ વાત એ છે કે, સ્યુડોમોનાસ sp. CSV86 એક અનોખી શ્રેણીબદ્ધ રચના દર્શાવે છે જે ગ્લુકોઝને બદલે સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન (બેન્ઝોઇક એસિડ, નેપ્થેલિન, વગેરે) નો ઉપયોગ કરે છે અને કાર્બનિક એસિડ સાથે સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બનનું સહ-ચયાપચય કરે છે (બાસુ એટ અલ., 2006). આ બેક્ટેરિયમમાં, ગ્લુકોઝ અથવા કાર્બનિક એસિડ જેવા બીજા કાર્બન સ્ત્રોતની હાજરીમાં પણ સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બનના અધોગતિ અને પરિવહન માટેના જનીનો ડાઉનરેગ્યુલેટેડ નથી. જ્યારે ગ્લુકોઝ અને એરોમેટિક હાઇડ્રોકાર્બન માધ્યમમાં ઉગાડવામાં આવે છે, ત્યારે એવું જોવા મળ્યું છે કે ગ્લુકોઝ પરિવહન અને ચયાપચય માટેના જનીનો ડાઉનરેગ્યુલેટેડ હતા, પ્રથમ લોગ તબક્કામાં સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, અને બીજા લોગ તબક્કામાં ગ્લુકોઝનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો (બાસુ એટ અલ., 2006; ચૌધરી એટ અલ., 2017). બીજી બાજુ, કાર્બનિક એસિડની હાજરી સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બન ચયાપચયની અભિવ્યક્તિને અસર કરતી નથી, તેથી આ બેક્ટેરિયમ બાયોડિગ્રેડેશન અભ્યાસ માટે ઉમેદવાર સ્ટ્રેન હોવાની અપેક્ષા છે (ફેલ એટ અલ., 2020).
એ વાત જાણીતી છે કે હાઇડ્રોકાર્બન બાયોટ્રાન્સફોર્મેશન ઓક્સિડેટીવ તણાવ અને સુક્ષ્મસજીવોમાં એન્ટીઑકિસડન્ટ ઉત્સેચકોના અપરેગ્યુલેશનનું કારણ બની શકે છે. સ્થિર તબક્કાના કોષોમાં અને ઝેરી સંયોજનોની હાજરીમાં બિનકાર્યક્ષમ નેપ્થાલિન બાયોડિગ્રેડેશન પ્રતિક્રિયાશીલ ઓક્સિજન પ્રજાતિઓ (ROS) ની રચના તરફ દોરી જાય છે (કાંગ એટ અલ. 2006). નેપ્થાલિન-ડિગ્રેડિંગ ઉત્સેચકોમાં આયર્ન-સલ્ફર ક્લસ્ટરો હોવાથી, ઓક્સિડેટીવ તણાવ હેઠળ, હીમ અને આયર્ન-સલ્ફર પ્રોટીનમાં આયર્ન ઓક્સિડાઇઝ થશે, જે પ્રોટીન નિષ્ક્રિયતા તરફ દોરી જશે. ફેરેડોક્સિન-NADP+ રીડક્ટેઝ (Fpr), સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝ (SOD) સાથે મળીને, NADP+/NADPH અને ફેરેડોક્સિન અથવા ફ્લેવોડોક્સિનના બે અણુઓ વચ્ચે ઉલટાવી શકાય તેવી રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા મધ્યસ્થી કરે છે, જેનાથી ROS ને સાફ કરવામાં આવે છે અને ઓક્સિડેટીવ તણાવ હેઠળ આયર્ન-સલ્ફર કેન્દ્રને પુનઃસ્થાપિત કરવામાં આવે છે (લી એટ અલ. 2006). એવું નોંધાયું છે કે સ્યુડોમોનાસમાં Fpr અને SodA (SOD) બંને ઓક્સિડેટીવ તણાવ દ્વારા પ્રેરિત થઈ શકે છે, અને નેપ્થેલિન-ઉમેરાયેલી પરિસ્થિતિઓ હેઠળ વૃદ્ધિ દરમિયાન ચાર સ્યુડોમોનાસ સ્ટ્રેન (O1, W1, As1, અને G1) માં SOD અને કેટાલેઝ પ્રવૃત્તિઓમાં વધારો જોવા મળ્યો હતો (કાંગ એટ અલ., 2006). અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે એસ્કોર્બિક એસિડ અથવા ફેરસ આયર્ન (Fe2+) જેવા એન્ટીઑકિસડન્ટોનો ઉમેરો નેપ્થેલિનના વિકાસ દરમાં વધારો કરી શકે છે. જ્યારે રોડોકોકસ એરિથ્રોપોલિસ નેપ્થેલિન માધ્યમમાં વધ્યો, ત્યારે ઓક્સિડેટીવ તણાવ-સંબંધિત સાયટોક્રોમ P450 જનીનોનું ટ્રાન્સક્રિપ્શન જેમાં sodA (Fe/Mn સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝ), sodC (Cu/Zn સુપરઓક્સાઇડ ડિસમ્યુટેઝ), અને recA નો સમાવેશ થાય છે (સાઝીકિન એટ અલ., 2019) વધ્યું. નેપ્થેલિનમાં સંવર્ધિત સ્યુડોમોનાસ કોષોના તુલનાત્મક જથ્થાત્મક પ્રોટીઓમિક વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે ઓક્સિડેટીવ તણાવ પ્રતિભાવ સાથે સંકળાયેલા વિવિધ પ્રોટીનનું અપરેગ્યુલેશન એ તણાવનો સામનો કરવાની વ્યૂહરચના છે (હર્બસ્ટ એટ અલ., 2013).
હાઇડ્રોફોબિક કાર્બન સ્ત્રોતોની ક્રિયા હેઠળ સૂક્ષ્મજીવો બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સ ઉત્પન્ન કરે છે તેવું નોંધાયું છે. આ સર્ફેક્ટન્ટ્સ એમ્ફિફિલિક સપાટી સક્રિય સંયોજનો છે જે તેલ-પાણી અથવા હવા-પાણી ઇન્ટરફેસ પર સમૂહ બનાવી શકે છે. આ સ્યુડો-સોલ્યુબિલાઇઝેશનને પ્રોત્સાહન આપે છે અને સુગંધિત હાઇડ્રોકાર્બનના શોષણને સરળ બનાવે છે, જેના પરિણામે કાર્યક્ષમ બાયોડિગ્રેડેશન થાય છે (રહેમાન એટ અલ., 2002). આ ગુણધર્મોને કારણે, બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સનો ઉપયોગ વિવિધ ઉદ્યોગોમાં વ્યાપકપણે થાય છે. બેક્ટેરિયલ કલ્ચરમાં રાસાયણિક સર્ફેક્ટન્ટ્સ અથવા બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સનો ઉમેરો હાઇડ્રોકાર્બન ડિગ્રેડેશનની કાર્યક્ષમતા અને દરમાં વધારો કરી શકે છે. બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સમાં, સ્યુડોમોનાસ એરુગિનોસા દ્વારા ઉત્પાદિત રેમનોલિપિડ્સનો વ્યાપક અભ્યાસ અને લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી છે (હિસાત્સુકા એટ અલ., 1971; રહેમાન એટ અલ., 2002). વધુમાં, અન્ય પ્રકારના બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સમાં લિપોપેપ્ટાઇડ્સ (સ્યુડોમોનાસ ફ્લોરોસેન્સમાંથી મ્યુસિન્સ), ઇમલ્સિફાયર 378 (સ્યુડોમોનાસ ફ્લોરોસેન્સમાંથી) (રોઝેનબર્ગ અને રોન, 1999), રોડોકોકસ (રામડાહલ, 1985) માંથી ટ્રેહાલોઝ ડિસેકરાઇડ લિપિડ્સ, બેસિલસ (સરસ્વતી અને હોલબર્ગ, 2002) માંથી લિકેનિન, અને બેસિલસ સબટિલિસ (સીગમંડ અને વેગનર, 1991) અને બેસિલસ એમીલોલિકફેસિઅન્સ (ઝી એટ અલ., 2017) માંથી સર્ફેક્ટન્ટનો સમાવેશ થાય છે. આ શક્તિશાળી સર્ફેક્ટન્ટ્સ સપાટીના તાણને 72 ડાયન્સ/સેમીથી 30 ડાયન્સ/સેમીથી ઓછા કરવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યા છે, જે વધુ સારી રીતે હાઇડ્રોકાર્બન શોષણ માટે પરવાનગી આપે છે. એવું નોંધાયું છે કે સ્યુડોમોનાસ, બેસિલસ, રોડોકોકસ, બર્કહોલ્ડેરિયા અને અન્ય બેક્ટેરિયલ પ્રજાતિઓ નેપ્થેલિન અને મિથાઈલનેપ્થેલિન મીડિયામાં ઉગાડવામાં આવે ત્યારે વિવિધ રેમનોલિપિડ અને ગ્લાયકોલિપિડ-આધારિત બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સ ઉત્પન્ન કરી શકે છે (કાંગા એટ અલ., 1997; પન્ટસ એટ અલ., 2005). સ્યુડોમોનાસ માલ્ટોફિલિયા CSV89 નેપ્થોઇક એસિડ (ફેલ એટ અલ., 1995) જેવા સુગંધિત સંયોજનો પર ઉગાડવામાં આવે ત્યારે બાહ્યકોષીય બાયોસર્ફેક્ટન્ટ બાયોસુર-Pm ઉત્પન્ન કરી શકે છે. બાયોસુર-Pm રચનાના ગતિશાસ્ત્ર દર્શાવે છે કે તેનું સંશ્લેષણ વૃદ્ધિ- અને pH-આધારિત પ્રક્રિયા છે. એવું જાણવા મળ્યું કે તટસ્થ pH પર કોષો દ્વારા ઉત્પાદિત બાયોસુર-Pm ની માત્રા pH 8.5 કરતા વધારે હતી. pH 8.5 પર ઉગાડવામાં આવેલા કોષો વધુ હાઇડ્રોફોબિક હતા અને pH 7.0 પર ઉગાડવામાં આવેલા કોષો કરતાં સુગંધિત અને એલિફેટિક સંયોજનો માટે વધુ આકર્ષણ ધરાવતા હતા. રોડોકોકસ spp માં. N6, કાર્બનથી નાઇટ્રોજન (C:N) ગુણોત્તર અને આયર્ન મર્યાદા બાહ્યકોષીય બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સના ઉત્પાદન માટે શ્રેષ્ઠ પરિસ્થિતિઓ છે (મુતાલિક એટ અલ., 2008). સ્ટ્રેન અને આથોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને બાયોસર્ફેક્ટન્ટ્સ (સર્ફેક્ટિન્સ) ના બાયોસિન્થેસિસને સુધારવાના પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. જો કે, કલ્ચર માધ્યમમાં સર્ફેક્ટન્ટનું ટાઇટર ઓછું (1.0 g/L) છે, જે મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે પડકાર ઉભો કરે છે (જિયાઓ એટ અલ., 2017; વુ એટ અલ., 2019). તેથી, તેના બાયોસિન્થેસિસને સુધારવા માટે આનુવંશિક ઇજનેરી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. જો કે, ઓપેરોનના મોટા કદ (~25 kb) અને કોરમ સેન્સિંગ સિસ્ટમના જટિલ બાયોસિન્થેટિક નિયમનને કારણે તેનું એન્જિનિયરિંગ ફેરફાર મુશ્કેલ છે (જિયાઓ એટ અલ., 2017; વુ એટ અલ., 2019). બેસિલસ બેક્ટેરિયામાં સંખ્યાબંધ આનુવંશિક ઇજનેરી ફેરફારો કરવામાં આવ્યા છે, જેનો હેતુ મુખ્યત્વે પ્રમોટર (srfA ઓપેરોન) ને બદલીને સર્ફેક્ટિન ઉત્પાદન વધારવાનો, સર્ફેક્ટિન નિકાસ પ્રોટીન YerP અને નિયમનકારી પરિબળો ComX અને PhrC (જિયાઓ એટ અલ., 2017) ને વધુ પડતું વ્યક્ત કરવાનો છે. જો કે, આ આનુવંશિક ઇજનેરી પદ્ધતિઓએ ફક્ત એક કે થોડા આનુવંશિક ફેરફારો પ્રાપ્ત કર્યા છે અને હજુ સુધી વ્યાપારી ઉત્પાદન સુધી પહોંચ્યા નથી. તેથી, જ્ઞાન-આધારિત ઑપ્ટિમાઇઝેશન પદ્ધતિઓનો વધુ અભ્યાસ જરૂરી છે.
PAH બાયોડિગ્રેડેશન અભ્યાસ મુખ્યત્વે પ્રમાણભૂત પ્રયોગશાળા પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવે છે. જો કે, દૂષિત સ્થળોએ અથવા દૂષિત વાતાવરણમાં, ઘણા અજૈવિક અને જૈવિક પરિબળો (તાપમાન, pH, ઓક્સિજન, પોષક તત્વોની ઉપલબ્ધતા, સબસ્ટ્રેટ જૈવઉપલબ્ધતા, અન્ય ઝેનોબાયોટિક્સ, અંતિમ ઉત્પાદન અવરોધ, વગેરે) સુક્ષ્મસજીવોની અધોગતિ ક્ષમતાને બદલી અને પ્રભાવિત કરે છે તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે.
તાપમાન PAH બાયોડિગ્રેડેશન પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે તેમ તેમ ઓગળેલા ઓક્સિજનની સાંદ્રતા ઘટે છે, જે એરોબિક સુક્ષ્મસજીવોના ચયાપચયને અસર કરે છે, કારણ કે તેમને ઓક્સિજનેસ માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે મોલેક્યુલર ઓક્સિજનની જરૂર પડે છે જે હાઇડ્રોક્સિલેશન અથવા રિંગ ક્લીવેજ પ્રતિક્રિયાઓ કરે છે. ઘણીવાર એવું નોંધવામાં આવે છે કે ઉંચુ તાપમાન પેરેન્ટ PAH ને વધુ ઝેરી સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેનાથી બાયોડિગ્રેડેશન અટકાવે છે (મુલર એટ અલ., 1998).
એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે ઘણી PAH દૂષિત જગ્યાઓમાં અતિશય pH મૂલ્યો હોય છે, જેમ કે એસિડ ખાણ ડ્રેનેજ દૂષિત જગ્યાઓ (pH 1–4) અને આલ્કલાઇન લીચેટ (pH 8–12) થી દૂષિત કુદરતી ગેસ/કોલસા ગેસિફિકેશન જગ્યાઓ. આ પરિસ્થિતિઓ બાયોડિગ્રેડેશન પ્રક્રિયાને ગંભીર અસર કરી શકે છે. તેથી, બાયોરેમીડિયેશન માટે સુક્ષ્મસજીવોનો ઉપયોગ કરતા પહેલા, આલ્કલાઇન જમીન માટે એમોનિયમ સલ્ફેટ અથવા એમોનિયમ નાઈટ્રેટ જેવા યોગ્ય રસાયણો (મધ્યમથી ખૂબ ઓછી ઓક્સિડેશન-ઘટાડા ક્ષમતા સાથે) ઉમેરીને અથવા એસિડિક જગ્યાઓ માટે કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ અથવા મેગ્નેશિયમ કાર્બોનેટ સાથે ચૂનાનો ઉપયોગ કરીને pH ને સમાયોજિત કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે (બોલેન એટ અલ. 1995; ગુપ્તા અને સર 2020).
અસરગ્રસ્ત વિસ્તારમાં ઓક્સિજન પુરવઠો એ ​​PAH બાયોડિગ્રેડેશન માટે દર મર્યાદિત પરિબળ છે. પર્યાવરણની રેડોક્સ પરિસ્થિતિઓને કારણે, ઇન સીટુ બાયોરિમેડિયેશન પ્રક્રિયાઓમાં સામાન્ય રીતે બાહ્ય સ્ત્રોતો (ટિલિંગ, એર સ્પાર્જિંગ અને રાસાયણિક ઉમેરણ) માંથી ઓક્સિજન દાખલ કરવાની જરૂર પડે છે (પાર્ડીક એટ અલ., 1992). ઓડેનક્રાન્ઝ એટ અલ. (1996) એ દર્શાવ્યું કે દૂષિત જલભરમાં મેગ્નેશિયમ પેરોક્સાઇડ (ઓક્સિજન મુક્ત કરતું સંયોજન) ઉમેરવાથી BTEX સંયોજનો અસરકારક રીતે બાયોરિમેડિયેટ થઈ શકે છે. અન્ય એક અભ્યાસમાં સોડિયમ નાઇટ્રેટનું ઇન્જેક્શન આપીને અને અસરકારક બાયોરિમેડિયેશન પ્રાપ્ત કરવા માટે નિષ્કર્ષણ કુવાઓ બનાવીને દૂષિત જલભરમાં ફિનોલ અને BTEX ના ઇન સીટુ ડિગ્રેડેશનની તપાસ કરવામાં આવી (બેવલી અને વેબ, 2001).