L’articul fà part del argument de ricerca “Tecnologie avanzà de bioremedi e prucess de riciclagg di cumpost organich sintetich (SOC)”. Visualizzà tüt i 14 articul
I idrocarbüri aromatich policiclich de bass pes molecùlar (IAP) cuma el naftalen e i naftalen sostituì (metilnaftalen, acid naftoich, 1-naftil-N-metilcarbamat, ecc.) sun ampiament duperà en vari indüstri e sun genotossich e carorganism/mudagen. Chesti cumpost organich sintetich (SOC) o xenobiotich sun cunsiderà inquinant prioritari e rapresentan una seri minaccia per l’ambient global e la salud püblica. L’intensità di atività del òmm (par esempi gassificaziun del carbon, raffinaziun del petròli, emission di veicul e aplicaziun agricul) determina la cuncentraziun, el destin e el trasport de chesti cumpost onnipresent e persistent. Olter ai metud de tratament/rimoziun fisich e chimich, i tecnologì verd e ecologich cuma el bioresan, che duperan microrganism capas de degradar cumpletament i POC o de cunvertir-i en sottaprudot minga tosseg, sun nassuu cuma un’alternativa sicüra, redditizia e pro. Varie spece baterege qe partegnen ai fila Proteobacter (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia e Neosphingobacterium), i Firmicuts (Bacillus e Paenibacillus) e i Actinobacter (Rhodococc e Arthrobacter) g'hann una possibilità de degradar insì). vari cumpost organich. I studi metaboleg, la jenomega e l'analisi metajenomega vuten a capir la complessitaa catabolega e la diversitaa presente in qei forme de vita semplix qì, qe pœden vesser ulteriorment aplicade per una biodegradazion eficenta. L'esistenza a longa scadenza dei PAH l'ha portad a l'emerjenza de nœv fenotip de degradazion a travers el trasferiment jeneg orizontal cont l'utilizar elements jeneteg comè i plasmids, i trasposon, i bateriofag, isole jenomege e elements coniugativ integrativ. La biologia di sistèmi e l’ingegneria genetich de isulà specifich o comunità mudei (consorzi) pœden cunsentir un biorisanament cumplet, rapid e eficient de chesti IHP travers efet sinergich. In qella revision qì, se concentrem sui diverse vie metabolege e la diversitaa, la composizion jenetega e la diversitaa, e i resposts/adataments cellular del naftalen e dei bater sostituids qe degraden el naftalen. Chestu furniss informaziun ecologh per l’aplicaziun sul camp e l’otimizaziun di cep per un bioresanament eficient.
Lo sviluppo veloce de le industrie (petrochimica, agricoltura, farmaceutici, coloranti tessili, cosmetica, ecc.) l’ha contribuid a la prosperità economica global e a migliurà i standard de vita. Chestu svilupp espunenzial g’ha purtà a la produziun de un grand nümer de cumpost organich sintetich (SOC), che sun duperà per produr vari prudot. Chesti cumpost furesté o SOC g’han denter idrocarbür aromatich policiclich (IAP), pesticida, erbicida, plastificant, colorant, prudot farmaceutich, organofosfà, ritardant de la flama, solvent organich volatil, ecc. efet danus sü vari biofurm travers l’alteraziun di proprietà fisicochimich e de la strütüra de la comunità (Petrie e olter, 2015; Bernhardt e olter, 2017; Sarkar e olter, 2020). Tanti sustanz inquinanti aromatich g’han di impatt fort e distrutif sü tanti ecosistem intatt/punt cald de la biodiversità (par esempi barrier de coral, calott de giass artich/antartich, lac de volt muntagn, sediment del mar aperto, ecc.) (Jones 2010; Beyer et al. 2020; Nordborg et al. 2020). I stüdi geomicrobiologich recent g’han mustrà che la deposiziun de materia organich sintetich (par esempi inquinanti aromatich) e luur derivà süi superfis di strütür artificiai (ambient costruì) (par esempi sit del patrimoni cültüral e monument en granit, pedra, legn e metal) acelera luur degradazziun (a20). I attività del òmm pœden rendü püsee fort e pegiurà la degradasiun biologich di monument e di edifiz travers de l’inquinament atmosferich e del cambiament climatich (Liu et al. 2020). Chesti contaminant organich reagiscon cunt el vapur d’aqua in del atmosfera e se stabilisen sü la strütüra, causand la degradasiun fisich e chimich del material. La biodegradaziun l’è ampiament recognossüda cuma cambiament indesiderabil in del aspètt e in di proprietà di materiai causà di urganism vivent che influiscon sü luur conservaziun (Pochon e Jaton, 1967). Un’oltra azion microbega (metabolism) de qei composts qì la pœl redur l’integritaa struturala, l’eficacia de la conservazion e el valor cultural (Gadd, 2017; Liu et al., 2018). D’oltra part, ind un quai cas, l’adatament microbeg e la resposta a qei struture qì l’è stait trovad benefeg perqè formen biofilm e oltre croste protetive qe reduxen el tass de decadiment/decomposizion (Martino, 2016). Doncà, ol desvellopament de stratejie de conservazion sostenibile a longa scadenza par i monuments in preda, in metall e in legn ‘l g’ha de besogn de una comprension profonda dei process ciav coinvolts in qest process. In confront ai process natural (process jeolojeg, fogn forestal, eruzion volcaniqe, reazion vejetai e baterege), i ativitaa umane i menen a la liberazion de grands volum de idrocarbur aromateg policiclic (IAP) e de olter carboni organic (OC) ind i ecosistema. Tanti IAP duperà en agricoltüra (inseticida e pesticida cuma DDT, atrazina, carbaril, pentaclorofenol, ecc.), in del indüstria (oli grezz, fang/rumenta olifich, plastegh derivà del petroli, PCB, plastificant, detergent, disinfettant persunai, prudut (creme solar, disinfettant, repellent per insètt e muschi policiclich) e muniziun (esplusif cuma el 2,4,6-TNT) sun putenziai xenobiotich che pœden avegh un impatt sü la salud del pianeta (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna e Phale, 2008; Petrie et al.5). Chestu elenc pœu vèss slargà per ciapà denter cumpost derivà del petroli (oli carburant, lubrificant, asfalten), bioplastich de volt pes molecùlar e liquid ionich (Amde et al., 2015). La tabela 1 elenca vari inquinanti aromatich e luur aplicaziun en vari setur. In di ültem an, i emission antropogenich de cumpost organich volatil, inscì cuma anidrid carbonich e olter gas a efet serra, g’han cumincià a aumentar (Dvorak et al., 2017). Ancissebben, i impats antropojenic a i vann in manera significativa qe i impats natural. Ancamò, g’hem descuvert che un cert numer di SOC persisten en tanti ambient ambientai e sun stà identificà cuma inquinanti emergent cun efet negatif süi biomi (Figura 1). I agenzie ambientai comè l'Ajenzia per la Protezion Ambiental dei Stats Unids (USEPA) hann includud tants de qei inquinants qì ind la soa lista de prioritaa a causa dei so proprietaa citotossege, jenotossege, mudajenege e cancerojenege. Doncà, a i henn necessari regolaments strets par l’eliminazion e stratejie eficaxe par ol tratament/rimozion dol rument dei ecosistema contaminads. Vari metud de tratament fisich e chimich cuma la pirolisi, el tratament termich ossidatif, l’areaziun del aria, la discarica, l’inceneriment, ecc. sun minga eficacc e custus e generan sottaprudot corrusif, toschich e dificil de tratar. Cun l’aument de la cunsapevuleza ambiental global, i microrganism capas de degradar chesti sustanz inquinanti e luur derivà (cuma alogenà, nitro, alchil e/o metil) sunt drée a atirà semper püsee atenziun (Fennell et al., 2004; Haritash et al. olter, 2020; Schwanemann e olter, 2020). L’üs de chesti microrganism candidà indigen da sul o en cültür mist (colonie) per l’eliminaziun di sustanz inquinanti aromatich g’ha di vantagg en termin de sicüreza ambiental, cust, eficienza, eficacia e sostenibilità. I ricercadur sunt anca drée a esplurar l’integraziun di prucess microbich cun metud de ossid-reduziun eletrochimich, cioè i sistèm bioeletrochimich (BES), cuma tecnologia prometent per el tratament/rimoziun di inquinanti (Huang et al., 2011). La tecnologia BES g’ha atirà semper püsee atenziun per sò volta eficienza, bas prezi, sicureza ambiental, funziunament a temperadüra ambient, materiai biocumpatibl e la capacità de recuperar sottaprudot prezius (par esempi, eletricità, carburant e sustanz chimich) (Pant et al., 2012; L'avvent del sequenziament del jenoma a volt rendiment e dei struments/metud omeg l'ha fornid una richeza de informazion nœve su la regolazion jenetega, la proteomiga e la flussomega dei reazion de vari microrganism degradador. La combinazion de qei struments qì cont la biolojia dei sistema l'ha meiorad ulteriorment la nostra comprension de la selezion e de l'accordazion dei vie catabolege mirade ind i microrganism (çoè la projetazion metabolega) per otegner una biodegradazion eficenta e eficax. Per prugetar strategì de biorisanament eficas duperand microrganism candidà adeguà, g’hem de cumprender el putenzial biochimich, la diversità metabolich, la composiziun genetich e l’ecologia (autoecologia/sinecologia) di microrganism.
Fig. 1. Surgent e percors de IAP bas molecùlari travers vari ambient ambientai e vari fatur che influenzen la biota. I linee trategiade rapresentan i interazion intra i elements de l’ecosistema.
En chesta revisiun, g’hem cercà de sumar i dat sü la degradasiun di PAH semplis cuma el naftalen e i naftalen sostituì da vari isulà baterich che cuprisen i vie metabolich e la diversità, i enzimi coinvolt in de la degradasiun, la composiziun/contenuu e la diversità di jen, i rispost celùlar de vari aspett bimedior. La comprension dei nivei bioqimeg e molecolar la vutarà a identifegar i cep ospit adeguads e la soa ulterior injegneria jenetega per un bioremedi eficax de qei inquinanti prioritari qì. Quest al vutarà a desvilupar stratejie per la creazion de consorzi batereg specifeg per un bioremedi eficax.
La presenza de un grand nümer de cumpost aromatich tossic e periculus (che sudisfan la regul de Huckel 4n + 2π eletrun, n = 1, 2, 3, e ...) la rapresenta una grave menaza per vari media ambientai cuma aria, sœul, sediment e superfiss e terren). Chesti cumpost g’han singul anei de benzene (monociclich) o plü anei de benzene (policiclich) dispost en furma linear, angular o a grupp e mustran stabilità (stabilità/instabilità) in del ambient dovüda a la volta energia de risonanza negativa e a l’inerzia (inerzia), che pœden vèss spiegà de luur stat idrofobici. Quand qe l'anell aromateg l'è sostituid ulteriorment dei grup de metil (-CH3), carbosil (-COOH), idrossil (-OH) o sulfonad (-HSO3), al diventa plussee stabel, al g'ha una afinitaa plussee forta per i macromolecole e l'è bioaccumulativ ind i sistema biolojeg (Seo et al., al209). Quai idrocarbür aromatich policiclich de bass pes molecùlar (LMWAH), cuma el naftalin e i sò derivà [metilnaftalin, acid naftoich, enftalinsulfonat e 1-naftil N-metilcarbamat (carbaril)], sun stà inclus in del elenc di inquinant prioritari provitronich di Stat Ünì. jenotosseg, mudajen e/o cancerojen (Cerniglia, 1984). La liberazion de qella class qì de NM-PAH ind l’ambient la pœl portar a la bioaccumulazion de qei composts qì a tuts i nivei de la cadena alimentar, influenzand insì la salut dei ecosistema (Binkova e coll., 2000; Srogi, 2007; Quinn e coll., 2009).
I funt e i percors di PAH vers la biota sun principalment travers de la migraziun e di interaziun intra diferent compunent del ecosistema cuma el sœul, l’aqua sotterranea, l’aqua superficial, i cültür e l’atmosfera (Arey e Atkinson, 2003). La figura 1 la mostra i interazion e la distribuzion de divers PAH de bass pes molecolar ind i ecosistema e i so vie a l'esposizion biota/umana. I PAH sun deposità süi superfis cuma conseguenza del inquinament atmosferich e travers de la migraziun (deriva) di emission di veicul, di gas de scarico industriai (gassificaziun del carbon, combustion e produziun de cocc) e luur deposiziun. Atività industriai cuma la produziun de tessü sintetich, colorant e verni; conservazion del legn; lavuraziun de la goma; attività de produziun de cement; produzion de pesticida; e i aplicaziun agricul sun funt principai de IHP en i sistèm terrester e aquatich (Bamforth e Singleton, 2005; Wick e olter, 2011). I stüdi g’han mustrà che i sœul in di aree suburban e urban, visin ai autostrad e in di grand cità sun püsee suscetibil ai idrocarbüri aromatich policiclich (IAP) per i emisiun di central eletrich, el riscaldament residenzial, i carich d’aria e del trafic stradai e di atività de costruziun (Suman et al. (2008) g’ha mustrà che i PAH in del sœul visin ai stràd a Nœuva Orleans, Louisiana, Stat Ünì l’eran volt fin a 7189 μg/kg, menter in del spazi avèrt l’eran sultant 2404 μg/kg. Inscì, sun stà segnalà di nivell de IPH volt fin a 300 μg/kg en di sit visin a di sit de gassificaziun del carbon en diferent cità di Stat Ünì (Kanaly e Harayama, 2000; Bamforth e Singleton, 2005). I sœul de vari cità indian cuma Delhi (Sharma e olter, 2008), Agra (Dubey e olter, 2014), Mumbai (Kulkarni e Venkataraman, 2000) e Visakhapatnam (Kulkarni e olter, 2014) g’han denter di volt cuncentraziun de PAH. I cumpost aromatich sun sorbì püsee facilment süi partisel del sœul, sü la materia organich e süi minerai de argila, diventand inscì principai lavabo de carboni en i ecosistem (Srogi, 2007; Peng e olter, 2008). I funt principai de IHP in di ecosistem aquatich sun i piogg (piogg umid/secc e vapur d’aqua), el defluss urban, el scart di aqua scartada, la ricaricà di aqua sotterranea ecc. (Srogi, 2007). Se pensa che circa l’80% di IAP in di ecosistem marin derivan di piogg, sedimentaziun e scart de scart (Motelay-Massei e olter, 2006; Srogi, 2007). Concentrazion plu volte de IPA ind l’aiva superficial o ind ol liquament dei sits de smaltiment dei rud solid a la fin i filtren ind l’aiva sotterranea, e i creen una granda menaça par la salut publica, parqè plu dol 70% de la popollazion dol Sud e dol Sud-est asiatic bev l’aiva sotterranea (Duttagupta et al., 2019). Un stüdi recent de Duttagupta et al. (2020) di analìs di fiümm (32) e di aqua sotterranea (235) del Bengal ucidental, en India, g’han descuvert che se pensa che el 53% di resident urban e el 44% di resident rural (en tutal 20 miliun de resident) pœden vèss espost a derivà de naftalin (4,9–10,6 μL) I mudei diferenziai de üs del terren e l’aument del estraziun del aiva sotterranea sun cunsiderà i fatur principal che cuntrolan el trasport vertical (adveziun) di IAP de bas pes molecular in del sottaterra. A’l é stait trovad qe ‘l defluss agricol, i scaric de aiva scartada municipai e industriala e i scaric de rudder solid/spazzatura a i henn colpids dei IAP ind i bacin dei fiumm e ind i sediments sotaterra. I piogg atmosferich agravan ancamò l’inquinament di PAH. Volt cuncentraziun de IAP e luur derivà alchilich (51 en tutal) sun stà segnalà en fiümm/bassin en tüt el mund, cuma el fiùmm Fraser, el fiùmm Louan, el fiümm Denso, el fiümm Missouri, el fiümm Anacostia, el fiümm Ebro e el fiùmm Delaware (Yunker et al., 2002; 2010; Amoako e olter, 2011; Ind ei sediments dol bacin dol flum Gange, ‘l é stait trovad qe ‘l naftalin e ‘l fenantren a i henn i plu significativ (rilevads ind ol 70% dei campion) (Duttagupta et al., 2019). Ancamò, i stüdi g’han mustrà che la cloraziun del aqua potabil pœu purtà a la formaziun de IAP ossigenà e clorà püsee tossic (Manoli e Samara, 1999). I PAH se acümulan en cereai, früta e verdür cuma conseguenza del assorbiment di piant de sœul cuntaminài, aqua sotterranea e piogg (Fismes et al., 2002). Tants organism aquateg comè i pess, i mussel, i vongole e i gamberi inn contaminads de IAP a travers el consum de aliments contaminads e aqua del mar, tant’mè a travers i tessuds e la pell (Mackay e Fraser, 2000). I metud de cusina/lavuraziun cuma la griglia, el tost, el fumà, la fritüra, l’asciugatura, el cocc e la cusina al carbon pœden anca purtà a quantità significatif de IAP in di aliment. Chestu dipend de la scernida del material per fumà, del contenüu de idrocarbür fenolich/aromatich, de la procedura de cusina, del tip de riscaldament, del contenüu de umidità, de la furnidüra de usigen e de la temperadüra de combustion (Guillén e olter, 2000; Gomes e olter, 2013). I idrocarbür aromatich policiclich (IAP) sun stà anca rilevà in del lètt a cuncentraziun vari (0,75-2,1 mg/L) (Girelli et al., 2014). L’accumulazion de qei PAH qì ind el mangiar la dipend anca dei proprietaa fisicoqimege del mangiar, inscambi i so efets tosseg inn ligads ai fonzion fisiolojege, a l’ativitaa metabolega, a l’assorbiment, a la distribuzion e a la distribuzion del corp (Mechini et al., 2011).
La tossicitaa e i efets dannus dei idrocarbur aromateg policicleg (IAP) inn staits cognossuds per tant temp (Cherniglia, 1984). I idrocarbur aromateg policicleg de bass pes molecolar (LMW-PAH) (de duu a tri anei) pœden ligar-s in manera covalente a varie macromolecole comè l’ADN, l’ARN e i proteine ​​e inn cancerojen (Santarelli et al., 2008). Per la soa natura idrofoba, a inn separads de membrane lipidege. Ind i vesser uman, i monoossijenasi del citocrom P450 ossiden i IAP a epossids, vergun dei quai inn estremament reativ (per esempi, l'epossid de baediol) e pœden portar a la trasformazion dei cellule normai in cellule maligne (Marston et al., 2001). De soraplu, i prodots de trasformazion dei IAP comè i quinon, i fenol, i epossid, i diol, ecc. inn plussee tosseg dei composts jent. Quai IAP e i luur intermedi metabolich pœden influenzar i ormon e i vari enzimi in del metabolism, influenzand inscì negativament la cressita, el sistèm nervus central, i sistèm riprodutif e imunitari (Swetha e Phale, 2005; Vamsee-Krishna e olter, 2006; Oostingh e olter). L’esposiziun a cuurt termin ai PAH de bass pes molecùlar l’è stada segnalada per causar una funziun pulmunar compromessa e una trombosi en i asmatich e per aumentar el ris’c de cancher de la pel, di pulmun, de la vesciga e del gastrointestinal (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). I studi in sui animai hann anca mostrad qe l'esposizion ai IAP la pœl haver-g efets collaterai su la fonzion reprodutiva e el desvilup e la pœl causar la catarata, dann ai rin e ai fideg e l'ittero. Vari prodots de biotrasformazion dei IAP comè i diol, i epossid, i quinon e i radegai liber (cation) hann demostrad de formar aduts de ADN. I aduts stabei hann demostrad de alterar la maqinaria de la replicazion de l'ADN, inscambi i aduts instabei pœden depurinar l'ADN (principalment a l'adenina e dei vœlte a la guanina); tuts duu pœden jenerar eror qe porten a mudazion (Schweigert et al. 2001). De soraplu, i quinon (benzo-/pan-) pœden jenerar spece de ossijen reativ (ROS), col causar dei dann fatai a l'ADN e a oltre macromolecole, col influenzar insì la fonzion/vitaabilitaa dei tessuds (Ewa e Danuta 2017). L’esposiziun cronich a bas cuncentraziun de piren, bifenil e naftalen l’è stada segnalada per causar cancher en animai sperimentai (Diggs et al. 2012). A causa de la soa tossicitaa letal, la netteza/rimozion de qei PAH qì dei sits colpids/contaminads l’è una prioritaa.
Vari metud fisich e chimich sun stà duperà per scancelà i PAH di sit/ambient cuntaminài. I process comè l'incenerizion, la declorazion, l'ossidazion UV, la fissazion e l'estrazion de solvents g'hann tants svantaj, intra quei la formazion de sotaprodots tosseg, la complessitaa dei process, i problema de segureza e de regolamentazion, la bassa eficenza e el volt cost. Però, la biodegradaziun microbioch (ciamada bioremedi) l’è un aprocc alternatif promettent che preved l’üs de microrganism sotta furma de cültür o coloni pür. In confront ai metods fiseg e qimeg, qell process qì l’è ecologic, miga invasiv, redditizi e sostenibel. El bioresan pœu vèss fatt in del sit interessà (in situ) o en un sit appositament preparà (ex situ) e l’è donca cunsiderà un metud de rimedi püsee sostenibil di metud fisich e chimich tradiziunai (Juhasz e Naidu, 2000; 2020; Sarkar e olter, 2020).
La comprension dei pass metaboleg microbeg implicads ind la degradazion dei sostanze inquinante aromatege la g’ha implicazion scientifege e economege enorme per la sostenibilitaa ecolojega e ambiental. Se pensa qe 2,1 × 1018 gram de carboni (C) inn inmagazinads ind i sediments e ind i composts organeg (çoè oli, gas natural e carbon, çoè carburants fossil) ind tut el mond, e i dann un contribud significativ a’l circol global del carboni. Però, la rapida industrializaziun, l’estraziun de carburant fosil e i atività del òmm sun drée a esaurì chesti riserv de carbonio litosferich, liberand circa 5,5 × 1015 g de carbonio organich (cuma inquinant) in del atmosfera al an (Gonzalez-Gaya et al., 2019). La plupart de qell carboni organeg qì al va denter ind i ecosistema terrestr e marin a travers la sedimentazion, i trasport e el defluss. Ancamò, i nœuf inquinanti sintetich derivà di carburant fosil, cuma plastegh, plastificant e stabilizatur plastegh (ftalat e luur isomeri), inquinan gravament i ecosistem marin, sœul e aquatich e luur biota, aumentand inscì i ris’c climatich global. Vari tip de microplastegh, nanoplastegh, ciappi de plastegh e luur prudot monomeri tossic derivà del tereftalato de polietilen (PET) se sun acümulà in del Ucean Pacifich intra l’America del Nord e el Sud-est asiatich, furmand el “Grand Tocch de spazzatura del Pacifich”, dannegiand la vida marina (Newell et al.2020). I stüdi scientifich g’han dimustrà che l’è minga pusibel scancelà chesti sustanz inquinanti/rumenta cun di metud fisich o chimich. In qell contest qì, i microrganism plussee utii inn quei bon de metabolizar ossidativament i sostanze inquinante in anidrid carbonega, enerjia qimega e oltr sotaprodots miga tosseg qe eventualment entran ind oltr process de ciclo nutritiv (H, O, N, S, P, Fe, ecc.). Donca, la comprension de l’ecofisiolojia microbega de la mineralizazion de l’inquinant aromateg e el so controll ambiental l’è fondamental per valutar el circol microbeg del carboni, el bilanç net del carboni e i futur ris’c climateg. Dat el bisogn urgent de scassar via qei composts qì de l’ambient, inn vegnude fœra varie eco-industrie concentrade sui tecnolojie nete. Opur, la valorizaziun di sustanz chimich de scart industrial acümulà en i ecosistem (cioè aprocc scart a richeza) l’è cunsiderada cuma un di pilaster del economia circular e di ubietif de svilupp sustenibil (Close et al., 2012). Donca, la comprension dei aspets metaboleg, enzimateg e jeneteg de qests potenziai candidads a la degradazzion l’è de tanta importanza per la rimozion eficax e el bioremedi de qei inquinants aromateg qì.
Intra i tanti inquinanti aromatich, prestam una atenziun special ai PAH de bas pes molecùlar cuma el naftalen e i naftalen sostituì. Chesti cumpost sun compunent principai di carburant derivà del petroli, colorant tessil, prudot de consum, pesticida (balle de camomilla e repellent per insètt), plastificant e tanin e sun donca diffùs en tanti ecosistem (Preuss et al., 2003). I raport recent mettan en evidenza l’accumulo de cuncentraziun de naftalen in di sediment del aquifer, in di aqua sotterranea e in di sœul sottaterra, in di zon vadosi e in di lecc di fiümm, che dis che l’è bioaccumulo in del ambient (Duttagupta et al., 2019, 2020). La tabela 2 riassum i proprietà fisicochimich, i aplicaziun e i effet sü la salud del naftalen e di sò derivà. Rispett a olter PAH de volt pes molecùlar, el naftalen e i sò derivà sun men idrofob, püsee solubil en aqua e ampiament distribuì en i ecosistem, donca sun despess duperà cuma substrat mudel per stüdiar el metabolism, la genetich e la diversità metabolich di PAH. Un grand numer de microrganism l’è bon de metabolizar el naftalin e i sò derivà, e informaziun cumplet sun dispunibel süi luur vie metabolich, enzimi e carateristich de regolaziun (Mallick e olter, 2011; Phale e olter, 2019, 2020). Ancamò, el naftalin e i sò derivà sun designà cuma cumpost prototip per la valutaziun del inquinament ambiental per luur volta abundanza e biodispunibilità. L’Agenzia per la Proteziun Ambiental di Stat Ünì stima che i nivell medi de naftalen sun de 5,19 μg per meter cubic del fœum de la sigareta, soratüt de la combustion minga cumpleta, e de 7,8 a 46 μg del fœum a corrent lateral, menter l’esposiziun al creosot e al naftalen volt l’è de 1,000 al. 2003). L’è stà descuvert che el naftalen en particular g’ha una tossicitaa respiratoria e carcinogenità specifich per spècc, regiun e sess. Su la bas di stüdi süi animai, l’Agenzia Internaziunal per la Ricerca sul Cancher (IARC) g’ha clasificà el naftalen cuma “posibel carcinogen del òmm” (Grupp 2B)1. L’esposiziun ai naftalen sostituì, principalment per inalaziun o somministraziun parenteral (oral), la causa una leziun ai tessü pulmunar e l’aumenta l’incidenza di tumur pulmunar en ratt e ratt (Prugrama Naziunal de Tossicologia 2). I efet acut includen nausea, vomit, dolor addominal, diarrea, mal de testa, confusiun, sudaziun profusa, fever, tachicardia, ecc. D’oltra part, l’è stà ripurtà cuma l’inseticida carbamat a ampi spettru carbaril (1-naftil N-metil aquabibrit e aquaiver, uman e l’è stait demostrad de inibir l’acetilcolinesterasi causand la paralisi (Smulders e coll., 2003; Bulen e Distel, 2011). Donca, la comprension dei mecanism de la degradazion microbega, de la regolazion jenetega, dei reazion enzimatege e cellular l’è fondamental per desvilupar stratejie de bioremedi in ambients contaminads.
Tabela 2. Informaziun detaglià süi proprietà fisicochimich, üs, metud de identificaziun e malatie asocià del naftalen e di sò derivà.
Ind i niqie inquinade, i sostanze inquinante aromatege idrofobe e lipofile pœden causar una varietaa de efets cellular sul microbioma ambiental (comunità), comè i cambiaments ind la fluiditaa de la membrana, la permeabilitaa dei membrane, el gonfior del bilivell lipideg, la interruzion del trasferiment de l’enerjia (cadena de trasport de la membrana eletroneg). (Sikkema e olter, 1995). De soraplu, un quai intermedi solubel comè i catecol e i chinon jeneren spece de ossijen reativ (ROS) e formen aduts cont l'ADN e i proteine ​​(Penning et al., 1999). Donca, l'abundanza de qei composts qì ind i ecosistema l'esercita una pression seletiva sui comunitaa microbege per diventar degradador eficents a vari nivei fisiolojeg, compres l'assorbiment/trasport, la trasformazion intracellular, l'assimilazion/utilizazion e la compartimentazion.
Una recerca del Projet-II del Databas Ribosomeg (RDP-II) l’ha rivelad qe un total de 926 spece baterege inn staite isolade de media o colture de arriqiment contaminade cont naftalen o dei so derivads. El grup dei Proteobater al g’haveva el numer plussee volt de representants (n = 755), seguid dei Firmicuts (52), i Bateroides (43), i Atinobater (39), i Tenericuts (10) e i bater miga classifegads (8) (Figura 2). I rapresentants dei γ-proteobater (pseudomonai e xantomonai) hann dominad tuts i grup Gram-negativ cont un volt contenut de G+C (54%), inscambi i clostridiai e i bacill (30%) eren grup Gram-positiv cont un bas contenut de G+C. I pseudomonas (el numer plussee volt, 338 spece) inn staits segnalads comè bon de degradar el naftalen e i so derivads de metil in vari ecosistema inquinads (catram del carbon, petroli, petròli grezz, fang, versament de petròli, aiva scartada, scart organeg e sediments intats) e anca i aqua sotterranea) (Figura 2). De soraplu, i studi de arriqiment e l'analisi metajenomega de una quaivuna de qei rejon qì hann rivelad qe i spece miga coltivade de Legionella e Clostridium pœden haver-g una capacitaa de degradativa, qe l'indica la necessitaa de coltivar qei bater qì per studiar dei nœve vie e la diversitaa metabolega.
Fig. 2. Diversitaa tassonomega e distribuzion ecolojega dei representants batereg in ambients contaminads cont naftalen e derivads de naftalen.
Intra i vari microrganism aromatich che degradan i idrocarbüri, la magiur part l’è capas de degradar el naftalen cuma ünich funt de carboni e energì. La sequenza dei events coinvoljuds ind el metabolism del naftalen l’è staita descrivuda per el Pseudomonas sp. (cep: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 e CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 e olter cep (ND6 e AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1995). al., 2003; Sota e al., 2006; cunvertir el naftalen en cis-naftalindiol (Figura 3), el cis-diidrodiol l’è cunvertì en 1,2-diidrossinaftalin da una diossigenasi che scippa l’anel, 1,2-diidrossinaftalen-diossigenasi (12DHNDO), L'acid 2-idrossicromen-2-carbossileg al produx el trans-o-idrossibenzilidenpiruvad, qe l'è dividud de l'idratasi in aldeid salicileg e piruvad L'acid organeg l'è stait el prim compost C3 ind la via central del carboni. La salicilaldeid dipendenta del NAD+ la convertiss el salicilaldeid in acid salicileg El metabolism l’è ciamad “via superior” de la degradazion del naftalin Qella via qì l’è comuna fiss ind la major part dei bater qe degraden el naftalin, De tute i manere, g’è un quai esempi per i la degradaziun del naftalen l’è cumensada de la naftalen 2,3-diossigenasi per furmar 2,3-diidrossinaftalen (Annweiler et al., 2000).
Figura 3. Vie de degradaziun de naftalen, metilnaftalen, acid naftoich e carbaril. I numer circondà rapresentan i enzimi respunsabil de la cunversiun sequenzial del naftalen e di sò derivà en prudut sucesif. 1 — naftalen diossigenasi (NDO); 2, cis-diidrodiol deidrogenasi; 3, 1,2-diidrossinaftalen diossigenasi; 4, isomerasi de acid 2-idrossicromen-2-carbossilich; 5, aldolasi idratasi trans-O-idrossibenzilidepiruvato; 6, salicilaldeid desidrogenasi; 7, salicilat 1-idrossilasi; 8, catecol 2,3-diossigenasi (C23DO); 9, semialdeid deidrogenasi de 2-idrossimuconat; 10, idratasi 2-ossopent-4-enoat; 11, aldolasi 4-idrossi-2-ossopentanoato; 12, acetaldeide deidrogenasi; 13, catecol-1,2-diossigenasi (C12DO); 14, cicloisomerà de muconà; 15, delta-isomerasi del muconolaton; 16, idrolasi de β-chetoadipatenollaton; 17, trasferisi succinil-CoA del β-chetoadipat; 18, tiolasi β-chetoadipat-CoA; 19, succinil-CoA: succiniltrasferasi acetil-CoA; 20, salicilat 5-idrossilasi; 21 – gentisad 1,2-diossigenasi (GDO); 22, isomerasi de maleilpiruvad; 23, idrolasi de fumarilpiruvad; 24, metilnaftalen idrossilasi (NDO); 25, idrossimetilnaftalen deidrogenasi; 26, naftaldeid deidrogenasi; 27, 3-formilsalicilic ossidasi; 28, decarbossilasi idrossiisoftalato; 29, carbaril idrolasi (CH); 30, 1-naftol-2-idrossilasi.
A segonda de l'organism e de la soa composizion jenetega, l'acid salicileg risultant l'è ulteriorment metabolizad o a travers la via del catecol cont l'utilizar la salicilad 1-idrossilasi (S1H) o a travers la via jentisada cont l'utilizar la salicilad 5-idrossilasi (S5H) (Figura 3). Dejà qe l'acid salicileg l'è l'intermedi principal ind el metabolism del naftalen (via superior), i pass de l'acid salicileg a'l intermedi TCA inn despess indicads comè via inferior, e i jen inn organizads ind un singol operon. A l’è comun veder qe i jen ind l'operon de la via superior (nah) e ind l'operon de la via inferior (sal) inn regolads de fator de regolazion comun; per esempi, el NahR e l'acid salicileg agissen comè indutor, permetend a tuts duu i operon de metabolizar completament el naftalen (Phale et al., 2019, 2020).
De soraplu, el catecol l’è scissid ciclegament a semialdeid de 2-idrossimuconad a travers la meta via de la catecol 2,3-diossigenasi (C23DO) (Yen et al., 1988) e ulteriorment idrolizad de 2-idrossi-muconad semialdeid forma2-idrosi-idrolasa. El 2-idrossipent-2,4-dienoat l’è pœ convertid in piruvad e acetaldeid de una idratasi (2-ossopent-4-enoat idratasi) e de un'aldolasi (4-idrossi-2-ossopentanoad aldolasi) e pœ al entra ind la via central del carboni (Figura 3). In alternativa, el catecol l’è ciclegament dividud a cis,cis-muconad a travers la via orto de la catecol 1,2-ossijenasi (C12DO). La cicloisomerasi del muconat, l’isomerasi del muconolaton e l’idrolasi β-cetoadipat-nollaton cunverten el cis, cis-muconat en 3-ossoadipat, che entra in de la via central del carbonio travers succinil-CoA e acetil-CoA (Nozaki et al., 1968) (Figura 3).
Ind la via del jentisad (2,5-diidrossibenzoad), l'anell aromateg l’è scissionad de la jentisad 1,2-diossijenasi (GDO) per formar maleilpiruvad. Qell prodot qì al pœl vesser diretament idrolizad a piruvad e malad, o al pœl vesser isomerizad per formar fumarilpiruvad, qe al pœl vesser pœ idrolizad a piruvad e fumarad (Larkin e Day, 1986). La cerna de la via alternativa l'è staita osservada sia ind i bater Gram-negativ qe ind i Gram-positiv a nivell bioqimeg e jeneteg (Morawski e coll., 1997; Whyte e coll., 1997). I bater gram-negativ (Pseudomonas) preferissen drovar l'acid salicileg, qe l'è un indutor del metabolism del naftalen, col decarbossilar-l a catecol cont l'utilizar la salicilad 1-idrossilasi (Gibson e Subramanian, 1984). D’oltra part, ind i bater Gram-positiv (Rhodococc), el salicilat 5-idrossilasi al convertiss l’acid salicileg in acid jentiseg, inscambi l’acid salicileg al g’ha no un efet indutiv su la trascrizion dei jen de naftalen (Grund et al., 1992) (Figura 3).
L’è stait segnalad qe spece comè el Pseudomonas CSV86, l’Oceanobacterium NCE312, el Marinhomonas naftotrofic, el Sfingomonas paucimobilis 2322, el Vibrio ciclotrofos, el Pseudomonas speciescens LP6a, el Pseudomonas speciescens e monometilnaftalen o dimetilnaftalen (Dean-Raymond e Bartha, 1975; Cane e Williams, 1982; Mahajan e olter, 1994; Dutta e olter, 1998; Hedlund e olter, 1999). Intra lor, la via de degradazion del 1-metilnaftalen e del 2-metilnaftalen de Pseudomonas sp. CSV86 l’è stait ciarament studiad a nivell bioqimeg e enzimateg (Mahajan et al., 1994). El 1-metilnaftalen l’è metabolizad a travers duu vie. Prim, l’anell aromateg l’è idrossilad (l’anell miga sostituid de metilnaftalen) per formar cis-1,2-diidrossi-1,2-diidro-8-metilnaftalen, qe l’è ulteriorment ossidad a metil salicilat e metilcatecol, e pœ al entra ind la via central de l’ossidazion del carbonio). Qell percors qì l’è ciamad “percors de font de carboni”. In de la segonda “via de detossificaziun”, el grupp metil pœu vèss idrosilà de NDO per furmar 1-idrossimetilnaftalen, che l’è ulteriorment ossidà a 1-acid naftoich e escret in del mez de cültür cuma prudot senza us. I stüdi g’han mustrà che el cep CSV86 l’è minga bon de cress sü l’acid 1- e 2-naftoich cuma ünica funt de carboni e de energia, cunfermand sò via de detossificaziun (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). Ind el 2-metilnaftalen, el grup metil al subiss l'idrossilazion per l'idrossilasi per formar el 2-idrossimetilnaftalen. De soraplu, l'anell miga sostituid de l'anell de naftalen al subiss l'idrosilazion a anell per formar un diidrodiol, qe l'è ossidad a 4-idrossimetilcatecol ind una sequenza de reazion catalizade dei enzima e l'entra ind la via del carboni central a travers la via de scissiun del meta-anell. Inscì, l’è stà segnalà che S. paucimobilis 2322 dupera NDO per idrosilar el 2-metilnaftalen, che l’è ulteriorment ossidà per furmar salicilat de metil e metilcatecol (Dutta et al., 1998).
I acid naftoich (sostituì/minga sostituì) sun sottaprudot de detossificaziun/biotrasformaziun furmà durant la degradasiun de metilnaftalen, fenantreno e antraceno e liberà in del mez de cültüra duperà. L’è stà ripurtà che l’isulà del sœul CSV89 l’è capas de metabolizar l’acid 1-naftoich cuma funt de carboni (Phale et al., 1995). El metabolism al comença cont la diidrossilazion de l'anell aromateg per formar 1,2-diidrossi-8-carbossinaftalen. El diol risultant l’è ossidad a catecol a travers el 2-idrossi-3-carbossibenzilidenepiruvad, l’acid 3-formilsalicileg, l’acid 2-idrossiisoftaleg e l’acid salicileg e l’entra ind la via del carboni central a travers la via de scissiun del meta-anell (Figura 3).
El carbaril l’è un pesticida de carbamat de naftil. Da la Rivoluziun Verd en India en i an ‘70, l’üs di ledamm chimich e pesticida g’ha purtà a un aument di emisiun de idrocarbür aromatich policiclich (IAP) de funt agricul minga puntual (Pingali, 2012; Duttagupta e olter, 2020). Se pensa che el 55% (85.722.000 ettar) del total di terren cultivà en India l’è tratà cun pesticida chimich. In di ültem ciinch an (2015-2020), el setur agricul indian g’ha duperà en media de 55 000 a 60 000 tunnelà de pesticida al an (Dipartiment di Cooperatif e del Benessere di Agricultur, Ministeri del Agricoltüra, Guverno indian, agost 2020). Ind i pianure del Gangeg setentrionai e central (i stats cond la popolazion e la densitaa de popolazion plussee volta), l’utilizazion dei pesticida sui colture l’è difonduda, cont i inseticida qe i predominan. El carbaril (1-naftil-N-metilcarbamat) l’è un inseticida de carbamat a ampi spettru, moderatament a altamente tossic duperà en agricoltüra indiana a un tass medi de 100-110 tunnelà. L’è comunement vendù cunt el nomm cumercial Sevin e l’è duperà per cuntrular i insètt (afidi, furmigœui, pulch, acari, ragn e tanti olter parassit del esterno) che interesan una varietà de cültür (mais, soia, cutun, früta e verdür). Un quai microrganism comè el Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, el Pseudomonas putida XWY-1), el Rhodococc (NCIB 12038), el Sphingobacterium spp. (CF06), Burcolderia (C3), Micrococc e Artrobater pœden anca vèss duperà per cuntrular olter parassit. L’è stà ripurtà che RC100 pœu degradar el carbaril (Larkin e Day, 1986; Hayatsu e olter, 1999; Swetha e Phale, 2005; Trivedi e olter, 2017). La via de degrad del carbaril l’è stada tant stüdiada a nivell biochimich, enzimatich e genetich en isulà del sœul de Pseudomonas sp. Cep C4, C5 e C6 (Swetha e Phale, 2005; Trivedi e coll., 2016) (Fig. 3). La via metabolega la comença cont l'idrolisi del ligam ester de part de la carbaril idrolasi (CH) per formar 1-naftol, metilamina e anidrid carbonega. El 1-naftol l’è pœu cunvertì en 1,2-diidrossinaftalen da part del 1-naftol idrossilasi (1-NH), che l’è ulteriorment metabolizà a travers de la via del carboni central a travers de salicilat e gentizà. Un quai bater qe al degrada el carbaril l’è stait segnalad per metabolizar-l in acid salicileg a travers la scission de l'anell orto catecol (Larkin e Day, 1986; Chapalamadugu e Chaudhry, 1991). In particolar, i bater qe degradan el naftalen metabolizenn principalment l'acid salicileg a travers el catecol, inscambi i bater qe degradan el carbaril preferissen metabolizar l'acid salicileg a travers la via jentisada.
I derivà del acid naftalensulfonich/disulfonich e del acid naftilaminsulfonich pœden vèss duperà cuma intermedi in de la produziun de colorant azo, agent umidificant, dispersant, ecc. Anca se chesti cumpost g’han una bas tossicitaa per i òmm, i valutaziun de citotossicità g’han mustrà che sun letai per i fish, i alG. 1994). I representants del jener Pseudomonas (cep A3, C22) inn staits segnalads per començar el metabolism cont la dobia idrossilazion de l'anell aromateg qe al contegn el grup de acid sulfoneg per formar un diidrodiol, qe l'è ulteriorment convertid in 1,2-diidrossinaftalen per el grup de scission spontanea del sulfi.91). El 1,2-diidrossinaftalen risultant l’è catabolizà a travers de la via classich del naftalen, cioè la via del catecol o de la gentizada (Figura 4). L’è stait demostrad qe l'acid aminonaftalensulfoneg e l'acid idrosinaftalensulfoneg pœden vesser completament degradads de consorzi batereg mists cont vie catabolege complementare (Nortemann et al., 1986). L’è stà dimustrà che un member del consorzi desulfuriza l’acid aminonaftalinsulfonich o l’acid idrosinaftalinsulfonich travers 1,2-diossigenaziun, menter l’aminosalicilat o l’idrossisalicilat l’è liberà in del mez de cültüra cuma un metabolit de strècc mort e dopu l’è prelevà de un olter member senza us. L'acid naftalendisulfoneg l'è relativament polar ma mal biodegradabel e al pœl donca vesser metabolizad a travers vie diferente. La prima desulfurizazion la se verifega durant la diidrossilazion regioseletiva de l’anell aromateg e del grup de acid sulfoneg; la segonda desolfurizazion la se verifega durant l’idrossilazion de l’acid 5-sulfosalicileg per l’acid salicileg 5-idrossilasi per formar l’acid gentiseg, qe al entra ind la via central del carboni (Brilon et al., 1981) (Figura 4). I enzima respunsabil de la degradasiun del naftalin sun anca respunsabil del metabolism del sulfonà de naftalin (Brilon e coll., 1981; Keck e coll., 2006).
Figura 4. Vie metabolege per la degradazion del sulfonad de naftalen. I numer denter di sèrcc rapresentan i enzimi respunsabil del metabolism del sulfonat de naftil, simil/istess ai enzimi descrivuu in de la FIG. 3.
I PAH de bass pes molecùlar (LMW-PAH) sun riducibil, idrofob e pooch solubil, e donca minga suscetibil a la riduziun/degradaziun natüral. A bon cunt, i microrganism aerobeg inn bon de ossidar-l sorbind l'ossijen molecolar (O2). Qei enzima qì partegnen principalment a la class dei ossidoredutasi e pœden far varie reazion comè l'idrosilazion de l'anell aromateg (mono- o diidrosilazion), la deidrojenazion e la scissiun de l'anell aromateg. I prodots otegnuds de qei reazion qì inn ind un stait de ossidazion plussee volt e inn metabolizads plussee facilment a travers la via central del carboni (Phale et al., 2020). I enzima ind la via de degradazion inn staits segnalads comè induxibei. L'ativitaa de qei enzima qì l'è bassa o trascurabel quand qe i cellule inn coltivade su fonts de carboni semplix comè el glucosi o i acids organeg. La tabella 3 la riassum i vari enzima (ossijenasi, idrolasi, deidrojenasi, ossidasi, ecc.) coinvoljuds ind el metabolism del naftalen e dei so derivads.
Tabela 3. Carateristich biochimich di enzimi respunsabil de la degradasiun del naftalen e di sò derivà.
I stüdi süi radioisotop (18O2) g’han mustrà che l’incorporaziun de O2 molecùlar en anei aromatich da part di ossigenasi l’è el pas püsee impurtant per ativar ulterior biodegradaziun de un cumpost (Hayaishi e coll., 1955; Mason e coll., 1955). L'incorporazion de un atom de ossijen (O) de l'ossijen molecolar (O2) ind el substrat l’è començada de monoossijenasi endojene o esojene (ciamade anca idrossilasi). Un olter atom de ossijen al se reduss a aqua. I monoossijenasi esojene reduxen la flavina cont el NADH o el NADPH, inscambi ind i endomonossijenasi la flavina l’è redota del substrat. La posizion de l'idrosilazion la se traduss ind la diversitaa ind la formazion del prodot. Per esempi, la salicilat 1-idrossilasi l'idrossila l'acid salicileg ind la posizion C1, e la forma el catecol. D’oltra part, el salicilat 5-idrossilasi multicomponent (che g’ha denter sotunità de redutasi, ferredossina e ossigenasi) l’idrossila l’acid salicilich in de la posiziun C5, furmand acid jentisich (Yamamoto et al., 1965).
I diossijenasi incorporen duu atom de O2 ind el substrat. A segonda dei prodots formads, a inn dividuds in diossijenasi idrossilante a anell e diossijenasi de scission a anell. I diossijenasi idrosiladora a anell converten i substrats aromateg in cis-diidrodioi (per esempi, naftalen) e inn difondude intra i bater. Incœu, l’è stait demostrad qe i organism qe contegn diossijenasi idrossilante a anell inn bon de cresser su varie font de carboni aromateg, e qei enzima qì inn classifegads comè NDO (naftalen), toluene diossijenasi (TDO, toluene) e bifenil diossijenasi (BPDO, bifenil). Sia l’NDO che el BPDO pœden catalizar la duppia ossidaziun e l’idrosilaziun a cadena lateral de vari idrocarbüri aromatich policiclich (toluen, nitrotoluen, xilen, etilbenzen, naftalin, bifenil, fluoren, indol, metilnaftalin, naftalinantalet, naftalin, acetofenona, ecc.) (Boyd e Sheldrake, 1998; Phale e coll., 2020). L’NDO l’è un sistema multicomponent componud de un’ossidoridutasi, de una ferredossina e de un component de ossijenasi qe al contegn un sit ativ (Gibson e Subramanian, 1984; Resnick et al., 1996). L’unitaa catalitega de NDO l’è costituida de una sotunitaa α granda e de una sotunitaa β picinina disposta ind una configurazion α3β3. L’NDO al fa part de una granda fameia de ossijenasi e la soa sotunitaa α la contegn un sit de Rieske [2Fe-2S] e un ferr miga emeg mononuclear, qe al determina la specificitaa del substrat de l’NDO (Parales et al., 1998). Tipegament, ind un circol cataliteg, duu eletron de la reduzion del nucleotid de piridina inn trasferids al ion Fe(II) ind el sit ativ a travers una redutasi, una ferredossina e un sit de Rieske. I equivalent redutor ativen l'ossijen molecolar, qe l'è un prerequisit per la diidrossilazion del substrat (Ferraro et al., 2005). Incœu, sultant pooch NDO sun stà purificà e caraterizà en detai de cep diferent e el cuntrol genetich di vie cuinvolt in de la degradasiun del naftalen l’è stà stüdià en detai (Resnick e olter, 1996; Parales e olter, 1998; Karlsson e olter, 2003). I diossijenasi de scission a anell (enzima de scission endo- o orto-anell e enzima de scission de esodiol o meta-anell) agissen sui composts aromateg idrossilads. Per esempi, la diossijenasi qe la scippa l'orto-anell l'è la catecol-1,2-diossijenasi, inscambi la diossijenasi qe la scippa i meta-anell l'è la catecol-2,3-diossijenasi (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). De soraplu a varie ossijenasi, a g’è anca varie deidrojenasi responsabel de la deidrojenazion dei diidrodioi aromateg, alcoi e aldeid e l'utilizazion del NAD+/NADP+ comè acetor de eletron, qe inn vergun dei enzima importants coinvoljuds ind el metabolism (Gibson e Subramanian; al., 2020).
I enzima comè i idrolasi (esterasi, amidasi) inn una segonda class importanta de enzima qe drœven l'aqua per scippa i ligam covalents e mostren una larga specificitaa de substrat. L'idrolasi carbaril e oltre idrolasi inn considerade components del periplasma (trasmembrana) ind i member dei bater Gram-negativ (Kamini et al., 2018). El carbaril al g’ha un ligam amid e un ester; donca, al pœl vesser idrolizad de esterasi o amidasi per formar 1-naftol. El carbaril ind el cep AC10023 del rizobium e ind el cep RC100 de l'Arthrobacter l'è stait segnalad per fonzionar rispetivament comè esterasi e amidasi. El carbaril ind el cep RC100 de l'Artrobater al fonziona anca comè amidasi. RC100 l’è stà dimustrà de idrolizar quater inseticida de class N-metilcarbamat cuma el carbaril, el metomil, l’acid mefenamich e el XMC (Hayaatsu et al., 2001). L’è stà ripurtà che CH en Pseudomonas sp. C5pp pœu agir sul carbaril (100% d’atività) e sul 1-naftil acetà (36% d’atività), ma minga sü l’1-naftilacetamida, indicand che l’è un esterasi (Trivedi et al., 2016).
I studi bioqimeg, i modei de regolazion dei enzima e l'analisi jenetega hann mostrad qe i jen de la degradazion del naftalin consisten de duu unitaa de regolazion induxibei o “operon” : nah (la “via a vall su”, qe la convertiss el naftalin in acid salicileg) e sal (la “via a vall del sacolic in acid a vall”, qe la convertiss el sacoli acid a vall). L’acid salicilich e i sò simil pœden agir cuma indutur (Shamsuzzaman e Barnsley, 1974). In presenza de glucosi o acids organeg, l'operon l'è reprimud. La figura 5 la mostra l’organizazion jenetega completa de la degradazion del naftalen (en forma de operon). Diverse variante/forme nominade del jen nah (ndo/pah/dox) inn staite descrivude e trovade qe g’hann un'omolojia de sequenza volta (90%) intra tute i spece de Pseudomonas (Abbasian et al., 2016). I jen de la via a vall del naftalin eren jeneralment disposts ind un orden de consens comè mostrad ind la figura 5A. Un olter jen, nahQ, l'è stait anca segnalad comè coinvolt ind el metabolism del naftalen e l'era jeneralment situad intra nahC e nahE, ma la soa fonzion real la resta de vesser spiegada. In manera simil, el jen nahY, responsabel de la chemotassia sensibil al naftalen, l'è stait trovad a l'estremitaa distal de l'operon nah ind un quai member. Ind la sp. Ralstonia, l’è stait trovad qe el jen U2 qe codifega la glutation S-trasferasi (gsh) al se trova intra nahAa e nahAb ma l’ha miga influenzad i carateristege de l’utilizazion del naftalen (Zylstra et al., 1997).
Figura 5. Organizazion jenetega e diversitaa osservade durant la degradazion del naftalen intra i spece baterege; (A) Via superiur del naftalen, metabolism del naftalen a acid salicilich; (B) Via inferior del naftalen, acid salicilic a travers el catecol a la via del carboni central; (C) acid salicileg a travers el jenzisad a la via central del carboni.
La “via inferior” (operon sal) l’è tipegament costituida de nahGTHINLMOKJ e la convertiss el salicilat in piruvad e acetaldeid a travers la via de scissiun del catecol. El jen nahG (qe codifega l'idrossilasi salicilat) l'è stait trovad conservad a l'estremitaa prossimal de l'operon (Fig. 5B). Confrontads cont oltr cep qe degraden el naftalen, ind el P. putida CSV86 i operon nah e sal inn in tandem e streitament imparentads (incirca 7,5 kb). Ind un quai bater Gram-negativ, comè la Ralstonia sp. U2, Polaromonas naftalivoran CJ2 e P. putida AK5, el naftalin l’è metabolizad comè un metabolit central del carboni a travers la via jentisada (sota forma de l’operon sgp/nag). La casseta jenega l’è tipegament rapresentada ind la forma nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI, indov qe el nagR (qe codifega un regolador de tip LysR) al se trœv a l'estremitaa superior (Figura 5C).
El carbaril al va denter ind el circol del carboni central a travers el metabolism de l’1-naftol, del 1,2-diidrossinaftalen, de l’acid salicileg e de l’acid jentiseg (Figura 3). In su la bas dei studi jeneteg e metaboleg, l’è stait propost de divider qella via qì in “a vall” (conversion del carbaril in acid salicileg), “medi” (conversion de acid salicileg in acid jentiseg) e “a vall” (conversion de l’acid jentiseg in intermedi de la via del carboni central) (Singh et al., 2). L'analis jenomega de C5pp (supercontig A, 76,3 kb) l'ha rivelad qe el jen mcbACBDEF l'è coinvolt ind la conversion del carbaril in acid salicileg, seguid de mcbIJKL ind la conversion de l'acid salicileg in acid jentiseg e de mcbOQP de aciditad carboniga intermedijeg ( piruvà, Trivedi e olter, 2016) (Figura 6).
L’è stait riferid qe i enzima coinvoljuds ind la degradazion dei idrocarbur aromateg (compres el naftalen e l’acid salicileg) pœden vesser induids dei composts corispondents e inibids de semplix font de carboni comè el glucosio o i acids organeg (Shingler, 2003; Phale et al., 2029). Intra i varie vie metabolege del naftalen e dei so derivads, i carateristege de regolazion del naftalen e del carbaril inn staite studiade ind una quai misura. Per el naftalen, i jen sia ind i vie a vall qe a vall a vall inn regolads de NahR, un regolador positiv transativ de tip LysR. L’è necessari per l'induzion del jen nah de part de l'acid salicileg e la soa sucessiva espresion a volt nivell (Yen e Gunsalus, 1982). De soraplu, i studi hann mostrad qe anca el fator ospit integrativ (IHF) e el XylR (regolador de trascrizion dipendent del sigma 54) inn fondamentai per l'ativar trascrizional dei jen ind el metabolism de naftalen (Ramos et al., 1997). I stüdi g’han mustrà che i enzimi de la via de apertura del meta-anel del catecol, cioè la catecol 2,3-diossigenasi, sun induù en presenza de naftalen e/o acid salicilich (Basu et al., 2006). I stüdi g’han mustrà che i enzimi de la via de apertura del catecol orto-anell, cioè la catecol 1,2-diossigenasi, sun induù en presenza de acid benzoich e cis,cis-muconat (Parsek e coll., 1994; Tover e coll., 2001).
Ind el cep C5pp, cinq jen, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR e mcbS, codifegen i regolador qe partegnen a la fameia de regolador de trascrizion LysR/TetR responsabel del controll de la degradazion del carbaril. L’è stait trovad qe el jen omolog mcbG l’è plussee streitament ligad a’l regolador de tipo LysR PhnS (58% de identitaa de aminoacids) coinvolt ind el metabolism del fenantren ind la Burkholderia RP00725 (Trivedi et al., 2016). L'è stait trovad qe el jen mcbH l'è coinvolt ind la via intermedia (la conversion de l'acid salicileg in acid jentiseg) e al fa part del regolador de trascrizion de tip LysR NagR/DntR/NahR ind i Pseudomonas e i Burkholderia. I member de qella fameia qì inn staits segnalads de recognosser l'acid salicileg comè una molecola efetora specifega per l'induzion dei jen de degradazion. De l'oltra banda, tri jen, mcbN, mcbR e mcbS, qe partegnen ai regolador de trascrizion de tip LysR e TetR, inn staits identifegads ind la via a vall (metabolit de la via del carboni central-jentizad).
Ind i procariota, i process de trasferiment jeneg orizontai (acquisizion, scambi o trasferiment) a travers plasmids, trasposon, profag, isole jenomege e elements coniugativ integrativ (ICE) inn i cause principai de plasteitaa ind i jenoma batereg, qe i menen a'l guadagn o a la perdita de fonzion/traits specifeg. Al permet ai bater de adatar-s rapidament a diferente condizion ambientai, col proveder potenziai vantaj metaboleg adatativ a l'ospit, comè la degradazion dei composts aromateg. I cambiaments metaboleg inn despess otignuds a travers l'ajustazion dei operon de degradazion, i so mecanism de regolazion e i specifeitaa dei enzima, qe la facilita la degradazion de una varietaa plussee granda de composts aromateg (Nojiri e coll., 2004; Phale e coll., 2019, 2020). I cassete jenege per la degradazion del naftalen inn staite trovade situade su una varietaa de elements mobei comè i plasmids (coniugads e miga coniugads), i trasposon, i jenoma, i ICE e i combinazion de spece baterege diferente (Figura 5). Ind el Pseudomonas G7, i operon nah e sal del plasmid NAH7 inn trascrivuds ind l'istess orientament e fann part de un trasposon difetad qe al necessita de la trasposa Tn4653 per la mobilitazion (Sota et al., 2006). Ind el cep NCIB9816-4 del Pseudomonas, el jen l'è stait trovad sul plasmid coniugad pDTG1 comè duu operon (a distanza de circa 15 kb) qe eren staits trascrivuds in direzion oposte (Dennis e Zylstra, 2004). Ind el cep AK5 del Pseudomonas putida, el plasmid miga coniugad pAK5 al codifega l'enzima responsabel de la degradazion del naftalen a travers la via jentisada (Izmalkova et al., 2013). Ind el cep PMD-1 del Pseudomonas, l'operon nah al se trœva sul cromosoma, inscambi l'operon sal al se trœva sul plasmid coniugad pMWD-1 (Zuniga et al., 1981). Comesessia, ind el Pseudomonas stutzeri AN10, tuts i jen de degradazion del naftalen (operon nah e sal) se trœven sul cromosoma e inn presumabelment reclutads a travers events de trasposizion, ricombinazion e riorganizazion (Bosch et al., 2000). In del Pseudomona sp. CSV86, i operon nah e sal se trœven ind el jenoma sota forma de ICE (ICECSV86). La strutura l’è proteta de tRNAGly seguida de ripetizion direte qe indiqen i sits de ricombinazion/atacament (attR e attL) e un'integrasi simil a un fag situad a tute e do i estremitaa del tRNAGly, donca struturalment simil a l'element ICEclc (ICEclcB13 ind la degradazion del pseudomonas). L’è stait riferid qe i jen su ICE pœden vesser trasferids per coniugazion cont una frequenza de trasferiment estremament bassa (10-8), trasferind insì proprietaa de degradazzion al ricevent (Basu e Phale, 2008; Phale et al., 2019).
La plupart dei jen responsabel de la degradazion del carbaril se trœva sui plasmids. Artrobater sp. El RC100 al contegn tri plasmids (pRC1, pRC2 e pRC300) dei quai duu plasmids coniugads, pRC1 e pRC2, codifegen i enzima qe converten el carbaril in jentizad. D'oltra part, i enzima coinvoljuds ind la conversion del jentisad ind i metabolits del carboni central se trœven sul cromosoma (Hayaatsu et al., 1999). Bater del jener Rhizobium. El cep AC100, drovad per la conversion del carbaril in 1-naftol, al contegn el plasmid pAC200, qe al porta el jen cehA qe codifega CH comè part del trasposon Tnceh circondad de sequenze simil a elements de inseriment (istA e istB) (Hashimoto et al., 2020). Ind el cep CF06 de la Sfingomona, se cred qe el jen de degradazion del carbaril al sia present in cinq plasmids : pCF01, pCF02, pCF03, pCF04 e pCF05. L'omolojia de l'ADN de qei plasmid qì l'è volta, qe l'indica l'esistenza de un event de duplicazion jenega (Feng et al., 1997). Ind un simbiont qe al degrada i carbaril componud de duu spece de Pseudomonas, el cep 50581 al contegn un plasmid coniugad pCD1 (50 kb) qe al codifega el jen de l'idrolasi de la carbaril mcd, inscambi el plasmid coniugad ind el cep 50552 qe al codifega un 1- Chaudhry, 1991). Ind el cep WM111 de l'acromobater, el jen de l'idrolasi furadana mcd al se trœva su un plasmid de 100 kb (pPDL11). Qell jen qì l'è stait demostrad de vesser present su plasmids diferents (100, 105, 115 o 124 kb) in bater diferents de rejon jeografege diferente (Parekh et al., 1995). In del Pseudomona sp. C5pp, tuts i jen responsabel de la degradazion del carbaril se trœven ind un jenoma qe al spantega 76,3 kb de sequenza (Trivedi et al., 2016). L’analisi del jenoma (6,15 Mb) l’ha rivelad la presenza de 42 MGE e 36 GEI, dei quai 17 MGE se trovaven ind el supercontig A (76,3 kb) cont un contenut asimetreg medi de G+C (54-60 mol%), qe al sujeriss possibei events de trasferiment jeneg orizontal (al2T). El P. putida XWY-1 al mostra una disposizion simil de jen qe degradan el carbaril, ma qei jen qì se trœven su un plasmid (Zhu et al., 2019).
De soraplu a l'eficenza metabolega a nivell bioqimeg e jenomeg, i microrganism mostren anca oltre proprietaa o resposts comè la chemotassia, i proprietaa de modifega de la superfix cellulara, la compartimentazion, l'utilizazion preferenzial, la produzion de biotensioattivi, ecc., qe i vuten a metabolizar in manera plussee eficente i sostanze inquinante aromatege ind i inquinaments aromateg).
Figura 7. Stratejie de resposta cellular diferente dei bater aromateg ideal qe degraden i idrocarbur per una biodegradazion eficent de composts inquinants forest.
I resposts chemotatege inn considerade fator qe aumenta la degradazzion dei sostanze inquinante organege ind i ecosistema inquinads eterojeneament. (2002) l’ha demostrad qe la chemotassia del Pseudomona sp. G7 al naftalen g’ha aumentà el tass de degradaziun del naftalen in di sistèm aquatich. El cep selvateg G7 l'ha degradad el naftalen tant plussee veloxment de un cep mudant deficent de chemotassia. La proteina NahY (538 aminoacids cont topolojia de membrana) l’è staita trovada co-trascrivuda coi jen de la via de metascission sul plasmid NAH7, e comè i trasdutor de chemotassia, qella proteina qì la par fonzionar comè un chemorecetor per la degradazion del naftalen (Grimm e Harwood 1997). Un olter stüdi de Hansel et al. (2009) l’ha mostrad qe la proteina l’è chemotatega, ma el so tass de degradazion l’è volt. (2011) g’ha dimustrà una rispòsta chemotattich de Pseudomonas (P. putida) al naftalen gassos, induè la difusiun en fas gassosa g’ha purtà a un fluss custant de naftalen ai celùl, che g’ha cuntrulà la rispòsta chemotatich di celùl. I recercador hann sfrutad qell comportament chemotateg qì per injegnerizar i microb qe aumentarissen el tass de degradazion. I studi hann mostrad qe i vie chemosensorial regolen anca oltre fonzion cellular comè la division cellular, la regolazion del circol cellular e la formazion del biofilm, cont el vutar insì a controllar el tass de degrad. A bon cunt, el sfrutar qella proprietaa qì (chemotassia) per una degradazion eficenta l’è ostacolad de divers col de botella. I ostacol principai inn: (a) divers recetor paralog recognossen i stess composts/ligands; (b) l’esistenza de recetor alternatif, çoè el tropism energeteg; (c) diferenzi significativ de sequenza ind i domini sensoriai de l’istessa fameia de recetor; e (d) mancanza de informazion sui principai proteine ​​dei sensor batereg (Ortega e coll., 2017; Martin-Mora e coll., 2018). Dei vœlte, la biodegradazion dei idrocarbur aromateg la produx multipla metabolits/intermedi, qe pœden vesser chemotateg per un grup de bater ma repulsiv per oltr, complicand ulteriorment el process. Per identifegar i interazion dei ligands (idrocarbur aromateg) coi recetor qimeg, hem costruid proteine ​​sensor ibride (PcaY, McfR e NahY) col fonder i domini sensor e de segnalazion de Pseudomonas putida e Escherichia coli, qe miren ai recetor per i acids aromateg, i recetor aromateg, i recetor intermedi TCA. 2019).
Sota l'influenza del naftalin e de oltr idrocarbur aromateg policicleg (IAP), la strutura de la membrana baterega e l'integritaa dei microrganism subissen dei cambiaments significativ. I stüdi g’han mustrà che el naftalen interferiss cun l’interaziun de la cadena acil travers di interaziun idrofob, aumentand inscì el gonfium e la fluidità de la membrana (Sikkema et al., 1995). Per contrastar qell efet qì, i bater regolen la fluiditaa de la membrana col cambiar el raport e la composizion dei acids grass intra i acids grass a cadena ramificada iso/anteiso e l'isomerizazion dei acids grass cis-insaturads ind i trans-isomer corispondents (Heipieper e de Bont, 1994). En i Pseudomonas stutzeri cultivà cun tratament cun naftalen, el raport intra i acid grass saturà e insatürà l’è aumentà de 1,1 a 2,1, menter in del Pseudomonas JS150 chestu raport l’è aumentà de 7,5 a 12,0 (Mrozik et al., 2004). Quand che sun cressü sü naftalen, i celùl 3-5 del Achromobacter KAs mustravan un’agregaziun celùlar intorna ai cristai de naftalen e una diminuziun de la carga superficial celùlar (da -22,5 a -2,5 mV) acumpagnà de cundensaziun citoplasmatich e vacuolizaziun celùlar almopat, indicand cambiament in de la superfiss celùlar almopat. 2019). Anca se i cambiaments cellular/superfiçal inn diretament associads a una meiora assorbiment de sostanze inquinante aromatege, i stratejie de bioinjegneria relevant inn miga staite otimizade a fond. La manipolazion de la forma cellulara l’è staita rarament drovada per otimizar i process biolojeg (Volke e Nikel, 2018). L'eliminazion dei jen qe influenzen la division cellulara la causa dei cambiaments ind la morfolojia cellulara. L'eliminazion dei jen qe influenzen la division cellulara la causa dei cambiaments ind la morfolojia cellulara. Ind el Bacillus subtilis, la proteina del set cellular SepF l'ha demostrad de vesser coinvoljuda ind la formazion del set e l'è necessaria per i pass sucessiv de la division cellulara, ma l'è miga un jen essenzial. L'eliminazion dei jen qe codifegen i peptid glican idrolasi ind el Bacillus subtilis l'ha portad a un sluungament cellular, a un aument del tass specifeg de cressida e a una capacitaa de produzion de enzima meiorada (Cui et al., 2018).
La compartimentazion de la via de degradazion del carbaril l’è staita proposta per otegner una degradazion eficent dei cep C5pp e C7 de Pseudomonas (Kamini et al., 2018). Se propon qe el carbaril al sia trasportad ind el spazi periplasmeg a travers el sett de la membrana esterna e/o a travers i porin difusibei. El CH l’è un enzima periplasmeg qe al cataliza l'idrolisi del carbaril a 1-naftol, qe l'è plussee stabel, plussee idrofob e plussee tosseg. El CH l’è localizà in del periplasma e g’ha una bas afinità per el carbaril, cuntruland inscì la formaziun de 1-naftol, prevegnind inscì sò accumulaziun en i celùl e redusend sò tossicità per i celùl (Kamini et al., 2018). El 1-naftol risultant l’è trasportad ind el citoplasma a travers la membrana interna per partizionar e/o difusion, e l’è pœ idrossilad a 1,2-diidrossinaftalen de l'enzima de volta afinitaa 1NH per un ulterior metabolism ind la via del carboni central.
Anca se i microrganism g’hann i capacità genetich e metabolich de degradar i funt de carboni xenobiotich, la strütüra gerarchich de luur üs (cioè l’üs preferenzial di funt de carboni semplis süi cumpless) l’è un ostacul impurtant a la biodegradaziun. La presenza e l'utilizazion de font de carboni semplix la sota-regola i jen qe codifegen i enzima qe degraden i font de carboni complesse/miga preferide comè i PAH. Un esempi ben studiad l’è qe quand qe el glucosi e el laitosi inn co-alimentads a l'Escherichia coli, el glucosi l’è utilizad plussee eficentement del laitosi (Jacob e Monod, 1965). L'è stait segnalad qe el Pseudomonas al degrada una varietaa de IAP e composts xenobioteg comè font de carboni. La gerarqia de l’utilizazion de la font de carboni ind i Pseudomonas l’è acids organeg > glucosio > composts aromateg (Hylemon e Phibbs, 1972; Collier e coll., 1996). Però, g’he un’eceziun. Curiosamente, la Pseudomona sp. El CSV86 al mostra una strutura jerarqega unega qe la drova preferenzialment i idrocarbur aromateg (acid benzoeg, naftalen, ecc.) plutost qe el glucosi e la co-metaboliza i idrocarbur aromateg cont i acids organeg (Basu et al., 2006). In qell bateri qì, i jen per la degradazion e el trasport dei idrocarbur aromateg inn miga sota-regolads anca in presenza de una segonda font de carboni comè el glucosi o i acids organeg. Quand che l’è stà cultivà en mez de glucosio e idrocarbüri aromatich, l’è stà osservà che i jen per el trasport e el metabolism del glucosio sun stà sottaregulà, i idrocarbüri aromatich sun stà duperà in de la prima fas log e el glucosio l’è stà duperà in de la segonda fas log (Basu et al., 2006; Choudhary et al.201). D'oltra part, la presenza de acids organeg l'ha miga influenzad l'espression del metabolism dei idrocarbur aromateg, donca qell bater qì al se prevede qe al sia un cep candidad per i studi de biodegradazion (Phale et al., 2020).
L’è ben savuu che la biotrasformaziun di idrocarbür pœu causar stress ossidatif e l’opregolaziun di enzimi antiossidant en i microrganism. La biodegradaziun ineficient del naftalen sia en i celùl de fas staziunari che en presenza de cumpost toss la porta a la formaziun di spècc de ossigen reatif (ROS) (Kang et al. 2006). Dejà qe i enzima qe degraden el naftalen contegnen dei grup ferr-solfer, sota stress ossidativ, el ferr ind l'em e i proteine ​​ferr-solfer al sarà ossidad, col portar a l'inativazion dei proteine. La ferredossina-NADP+ redutasi (Fpr), insema a la superossid dismutasi (SOD), la media la reazion de ossid-reduzion reversibel intra NADP+/NADPH e duu molecole de ferredossina o flavodossina, scavand insì el ROS e restaurand el center ferr-solfer sota stress ossidativ (Li et26). L’è stait riferid qe sia el Fpr qe el SodA (SOD) ind i Pseudomonas pœden vesser indots del stress ossidativ e l’è stait osservad un aument de l’ativitaa de SOD e de la catalasa in quatr cep de Pseudomonas (O1, W1, As1 e G1) durant la cressida in condizion de naftalin jontad (K0). I stüdi g’han mustrà che l’adiziun de antiossidant cuma l’acid ascorbich o el ferr ferrus (Fe2+) pœu aumentar el tass de cressita del naftalen. Quand el rodococc eritropol l’è cressü en mez de naftalen, l’è aumentada la trascriziun di jen del citocrom P450 ligà al stress ossidatif, cuma sodA (dismutasi de superossid de Fe/Mn), sodC (dismutasi de superossid de Cu/Zn) e recA (Sazykin et al., 201). L’analis proteomich quantitativa cumparada di celùl de Pseudomonas cultivà en naftalen g’ha mustrà che l’opregolaziun di vari prutein asocià a la rispòsta al stress ossidatif l’è una strategia per afruntar el stress (Herbst et al., 2013).
A’l é stait segnallad qe i micrurganism i produxen biotensioattant sota ‘l azion de sortive de carboni idrofob. Chesti tensioattif sun cumpost superficial atif anfifil che pœden furmar agregà ai interfacc oli-aqua o aria-aqua. Chestu fà indär in avant la pseudosolubilizaziun e facilita l’assorbiment di idrocarbür aromatich, cunt el resultà de una biodegradaziun eficient (Rahman et al., 2002). Per chesti proprietà, i biosurfattant sun ampiament duperà en vari indüstri. L'adizion de tensioattivi qimeg o biotensioattivi ai colture baterege la pœl meiorar l'eficenza e el tass de degradazion dei idrocarbur. Intra i biotensioattif, i ramnolipid prudot de Pseudomonas aeruginosa sun stà tant stüdià e caraterizà (Hisatsuka e olter, 1971; Rahman e olter, 2002). Ancamò, olter tip de biosurfattant inclùden i lipopeptid (mucin de la Pseudomona fluorescent), l’emulsionant 378 (de la Pseudomona fluorescen) (Rosenberg e Ron, 1999), i lipidi disaccarid de trealosa del rodococc 9 (Ramdahl5), e Hallberg, 2002), e tensioattif del bacil subtil (Siegmund e Wagner, 1991) e del bacil amiloliquefacien (Zhi e coll., 2017). Chesti putent tensioattif g’han dimustrà de redür la tensiun superficial de 72 dina/cm a menu de 30 dina/cm, cunsentend un mejior assorbiment de idrocarbüri. L’è stà ripurtà che i Pseudomona, i Bacil, i Rodococc, i Burkholderia e olter spècc baterich pœden produr vari biotensioattif a bas ramnolipid e glicolipid quand sun cultivà en media de naftalen e metilnaftalen (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 1997; Puntus). La pseudomona maltofilia CSV89 la pœu produr el biosurfattant extracelùlar Biosur-Pm quand l’è cultivà sü cumpost aromatich cuma l’acid naftoich (Phale et al., 1995). La cinetich de la formaziun de Biosur-Pm g’ha mustrà che sò sintès l’è un prucess dipendent de la cressita e del pH. L’è stà descuvert che la quantità de Biosur-Pm prudot di celùl a pH neutral l’era superiur a chela a pH 8,5. I celùl cressü a pH 8,5 l’eran püsee idrofob e g’havevan una magiur afinità per i cumpost aromatich e alifatich rispett ai celùl cressü a pH 7,0. Ind el rodococ spp. N6, un raport carbonio/azot (C:N) püsee volt e la limitaziun del ferr sun di cundiziun ottimal per la produziun de biosurfattant extracelùlar (Mutalik et al., 2008). G'è stait fait dei tentativ de meiorar la biosintesi dei biosurfatants (surfattin) cont l'otimizar i cep e la fermentazion. Però, el titul del tensioattif in del mez de cültüra l’è bas (1,0 g/L), che l’è una sfida per la produziun sü laargh scäla (Jiao e coll., 2017; Wu e coll., 2019). Donca, i metods de injegneria jenetega inn staits utilizads per meiorar la soa biosintesi. Però, la sò modifich ingegneristich l’è dificil a causa di grand dimensiun del operon (∼25 kb) e de la cumplessa regolaziun biosintetich del sistèm de rilevament del quorum (Jiao e olter, 2017; Wu e olter, 2019). Un cert numer de modifege de injegneria jenetega inn staite faite ind i bater Bacillus, principalment mirade a l'aumentar la produzion de surfattina cont la sostituzion del promodor (operon srfA), cont la soraespression de la proteina de esportazion de sorfatina YerP e i fator regolador ComX e PhrC (Jiao et al., 201). Comesessia, qei metods de injegneria jenetega qì hann otegnud domà vun o poqe modifege jenetege e inn ancamò miga rivade a la produzion comercial. Donca, l’è necessari un ulterior studi dei metods de otimizazion basads in su la cognossenza.
I stüdi sü la biodegradaziun di IAP sun principalment fatt en cundiziun de laboratori standard. Però, en sit cuntaminài o en ambient cuntaminài, tanti fatur abiotich e biotich (temperadüra, pH, usigen, dispunibilità di nutrient, biodispunibilità del substrà, olter xenobiotich, inibiziun del prudot final, ecc.) g’han dimustrà de alterar e influenzar la capacità degradatif di microrganism.
La temperadüra g’ha un efet significatif sü la biodegradaziun di IAP. Cont l'aumentar de la temperadura, la concentrazion de ossijen dissolt la diminuiss, qe l'influiss sul metabolism dei microrganism aerobeg, perqè i g'hann de besogn de ossijen molecolar comè vun dei substrats per i ossijenasi qe svolgen i reazion de idrosilazion o de scissiun a anell. Se nota despess qe la temperadura elevada la convertiss i PAH jent in composts plussee tosseg, inibind insì la biodegradazion (Muller et al., 1998).
L’è stà notà che tanti sit cuntaminà di PAH g’han di valur estrem de pH, cuma i sit cuntaminà del drenagg di minier acid (pH 1-4) e i sit de gassificaziun de gas natüral/carbon cuntaminà cun liquame alcalino (pH 8-12). Chesti cundiziun pœden influenzar seriament el prucess de biodegradaziun. Donca, prima de duperà i microrganism per el bioremedi, l’è cunsiglià de regular el pH giuntant sustanz chimich adeguà (cunt un putenzial de riduziun de ossidaziun moderà a bas) cuma sulfat de amonio o nitrat de amonio per sœul alcalin o calcar cun carbonat de acid de calcio o magneo. 1995; Gupta e Sar 2020).
La fornidura de ossijen a l’area interessada l’è el fator limitant del tass per la biodegradazion dei PAH. A causa di cundiziun de ossid-reduziun del ambient, i prucess de biorisanament in situ de solet dumandan l’introduziun de usigen de funt esterni (lavuraziun, spargiment d’aria e agiunta chimich) (Pardieck et al., 1992). Odenkranz e coll. (1996) g’ha dimustrà che l’adiziun de perossid de magnès (un cumpost che libera usigen) a un aquifer cuntaminà podaria bioremediar eficacement i cumpost BTEX. Un olter stüdi g’ha indagà la degradasiun in situ del fenol e del BTEX en un aquifer cuntaminà siringand nitrat de sodi e costruend pozz de estraziun per ragiuncc un biorisanament eficaz (Bewley e Webb, 2001).