Articulus est pars argumenti investigationis "Technologiae bioremediationis provectae et processus recirculationis compositorum organicorum syntheticorum (SOC). Vide omnes quattuordecim articulos.
Hydrocarbona aromatica polycyclica (PAH) ponderis molecularis humilis, ut naphthalenum et naphthalena substituta (methylnaphthalenum, acidum naphthoicum, 1-naphthyl-N-methylcarbamatum, etc.), late in variis industriis adhibentur et genotoxica, mutagena et/vel carcinogena organismis sunt. Haec composita organica synthetica (SOCs) seu xenobiotica habentur polluentes prioritarii et gravem minam ambitui globali et saluti publicae ponunt. Intensitas actionum humanarum (e.g., gasificatio carbonis, raffinatio olei, emissiones vehiculorum et applicationes agriculturae) concentrationem, fatum et translationem horum compositorum ubique praesentium et persistentium determinat. Praeter methodos tractationis/remotionis physicas et chemicas, technologiae virides et amicae ambitus, ut bioremediatio, quae microorganismos utuntur capaces POCs omnino degradandi vel eos in subproducta non toxica convertendi, ut alternativa tuta, sumptibus efficax et promittente emerserunt. Variae species bacteriales ad phyla Proteobacteriae (Pseudomonas, Pseudomonas, Comamonas, Burkholderia, et Neosphingobacterium), Firmicutes (Bacillus et Paenibacillus), et Actinobacteriae (Rhodococcus et Arthrobacter) pertinentes in microbiota soli demonstraverunt facultatem degradandi varia composita organica. Studia metabolica, genomica, et analysis metagenomica adiuvant nos intellegere complexitatem et diversitatem catabolicam praesentem in his formis vitae simplicibus, quae ulterius ad biodegradationem efficientem adhiberi possunt. Diuturna existentia PAHorum effecit ut emergentia novorum phenotyporum degradationis per translationem genorum horizontalem utens elementis geneticis ut plasmidis, transposonibus, bacteriophagis, insulis genomicis, et elementis coniugativis integrativis. Biologia systematum et ingeniaria genetica isolatorum specificorum vel communitatum exemplarium (consortiorum) bioremediationem comprehensivam, rapidam et efficientem harum PAHorum per effectus synergisticos permittere possunt. In hac recensione, in varias vias metabolicas et diversitatem, compositionem et diversitatem geneticam, et responsa/adaptationes cellulares naphthaleni et bacteriorum naphthalenum substitutorum degradantium intenti sumus. Hoc informationem oecologicam ad applicationem in agro et optimizationem stirpis ad bioremediationem efficientem praebebit.
Celeris progressus industriarum (petrochemicarum, agriculturae, pharmaceuticorum, tincturarum textilium, cosmeticorum, etc.) ad prosperitatem oeconomicam globalem et meliorem condicionem vitae contulit. Hic progressus exponentialis effecit productionem magni numeri compositorum organicorum syntheticorum (SOCs), quae ad varia producta fabricanda adhibentur. Haec composita externa vel SOCs includunt hydrocarbonas aromaticas polycyclicas (PAHs), pesticidas, herbicidas, plastificantes, tincturas, pharmaceutica, organophosphata, retardantes flammae, solventia organica volatilia, etc. emittuntur in atmosphaeram, oecosystemata aquatica et terrestria ubi effectus multidimensionales habent, effectus detrimentales in varias bioformas causantes per alterationem proprietatum physicochemicarum et structurae communitatis (Petrie et al., 2015; Bernhardt et al., 2017; Sarkar et al., 2020). Multae sordes aromaticae graves et destructivas effectus in multa oecosystemata/loca calida biodiversitatis integra (e.g., scopulos corallinos, laminas glaciales Arcticas/Antarcticas, lacus montanos altos, sedimenta maris profundi, etc.) habent (Jones 2010; Beyer et al. 2020; Nordborg et al. 2020). Recentia studia geomicrobiologica demonstraverunt depositionem materiae organicae syntheticae (e.g., sordes aromaticae) et derivatorum earum in superficiebus structurarum artificialium (ambitus aedificati) (e.g., loca hereditatis culturalis et monumenta e granito, lapide, ligno et metallo facta) degradationem earum accelerare (Gadd 2017; Liu et al. 2018). Actiones humanae degradationem biologicam monumentorum et aedificiorum intensificare et peiorare possunt per pollutionem aeris et mutationem climatis (Liu et al. 2020). Hae sordes organicae cum vapore aquae in atmosphaera reagunt et in structura considunt, degradationem physicam et chemicam materiae causantes. Biodegradatio late agnoscitur ut mutationes non desideratae in aspectu et proprietatibus materiarum ab organismis viventibus causatae quae earum conservationem afficiunt (Pochon et Jaton, 1967). Ulterior actio microbica (metabolismus) horum compositorum integritatem structuralem, efficaciam conservationis et valorem culturalem minuere potest (Gadd, 2017; Liu et al., 2018). Contra, in quibusdam casibus, adaptatio et responsio microbica ad has structuras utilis inventa est, cum biopelliculas aliasque crustas protectivas formant quae ratem putrefactionis/decompositionis minuunt (Martino, 2016). Ergo, elaboratio efficacium strategiarum conservationis sustinabilis diuturnae pro monumentis lapideis, metallicis et ligneis requirit perfectam comprehensionem processuum clavium in hoc processu implicatorum. Comparatae cum processibus naturalibus (processibus geologicis, incendiis silvestribus, eruptionibus vulcanicis, reactionibus plantarum et bacterialibus), actiones humanae emissionem magnorum voluminum hydrocarbonum aromaticorum polycyclicorum (PAHs) et aliorum carbonis organici (OC) in oecosystemata efficiunt. Multae PAH (hydrogenatae atmosphaericae) in agricultura (insecticidae et pesticidae ut DDT, atrazinum, carbaryl, pentachlorophenol, etc.), industria (oleum crudum, faeces/residua olei, plastica ex petroleo derivata, PCB (bicarbonatae PCB), plastificantes, detergentia, disinfectoria, fumigantes, odores et conservantia), producta curae personalis (cremae solares, disinfectoria, repellentia insectorum et musci polycyclici) et munitiones (explosiva ut 2,4,6-TNT) adhibitae, xenobiotica potentialia sunt quae valetudinem planetae afficere possunt (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna et Phale, 2008; Petrie et al., 2015). Haec lista extendi potest ut composita ex petroleo derivata (olea combustibilia, lubricantia, asphaltena), bioplastica magni ponderis molecularis, et liquores ionicos includat (Amde et al., 2015). Tabula 1 varia polluentia aromatica et applicationes eorum in variis industriis enumerat. Recentibus annis, emissiones anthropogenicae compositorum organicorum volatilium, necnon dioxidi carbonii aliorumque gasorum calefacientium, crescere coeperunt (Dvorak et al., 2017). Attamen, effectus anthropogenici naturales significanter superant. Praeterea, invenimus numerum compositorum organicorum volatilium (SOCs) in multis ambitubus ambientalibus persistere et ut polluentes emergentes cum effectibus adversis in biomas identificatos esse (Figura 1). Agentiae ambientales, ut Agentia Protectionis Ambientalis Civitatum Foederatarum (USEPA), multas ex his polluentibus in indice prioritatum suarum inclusit propter proprietates cytotoxicas, genotoxicas, mutagenas et carcinogenas. Quapropter, regulae strictae de abjectione et efficaces rationes ad tractationem/remotionem vastorum ex oecosystematibus contaminatis necessariae sunt. Variae methodi tractationis physicae et chemicae, ut pyrolysis, tractatio thermalis oxidativa, aeratio aeris, depositio in acervos deponendi, incineratio, etc., inefficaces et sumptuosae sunt et subproducta corrosiva, toxica et difficilia ad tractandum generant. Crescente conscientia globali de rebus environmentalibus, microorganismi capaces haec inquinantia et eorum derivata (velut halogenata, nitro, alkyl et/vel methyl) degradandi, crescente attentione attrahunt (Fennell et al., 2004; Haritash et Kaushik, 2009; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020; Schwanemann et al., 2020). Usus horum microorganismorum candidatorum indigenarum, sive solorum sive in culturis mixtis (coloniis), ad removenda inquinantia aromatica commoda habet in terminis salutis environmentalis, sumptus, efficientiae, efficaciae, et sustinabilitatis. Investigatores etiam integrationem processuum microbialium cum methodis electrochemicis redox, nominatim systematibus bioelectrochemicis (BES), ut technologiam promittentem ad curationem/remotionem inquinantium explorant (Huang et al., 2011). Technologia BES (Business Energy Survey) propter efficaciam magnam, sumptum humilem, salutem environmentalem, operationem temperaturae cubiculi, materias biocompatibiles, et facultatem recuperandi pretiosa producta secundaria (e.g., electricitatem, combustibilia, et chemica) crescentem attentionem attraxit (Pant et al., 2012; Nazari et al., 2020). Adventus instrumentorum/methodorum sequentiationis genomi altae capacitatis et omicae copiam novarum informationum de regulatione genetica, proteomica, et fluxomica reactionum variorum microorganismorum degradantium praebuit. Haec instrumenta cum biologia systematum coniuncta comprehensionem nostram de selectione et subtilitate adaptationis viarum catabolicarum in microorganismis (i.e., designatione metabolica) ad biodegradationem efficientem et effectivam consequendam ulterius auxit. Ad designandas efficaces strategias bioremediationis utens microorganismis candidatis idoneis, necesse est nobis potentiam biochemicam, diversitatem metabolicam, compositionem geneticam, et oecologiam (autoecologiam/synecologiam) microorganismorum intellegere.
Fig. 1. Fontes et semitae PAH humilis molecularis per varia ambitus et varios factores biota afficientes. Lineae punctatae interactiones inter elementa oecosystematis repraesentant.
In hac recensione, conati sumus notitias de degradatione PAH simplicium, ut naphthaleni et naphthalenorum substitutorum, per varia isolata bacterialia summatim colligere, vias metabolicas et diversitatem, enzyma in degradatione implicata, compositionem/contentum et diversitatem genorum, responsa cellularia et varios aspectus bioremediationis comprehendentes. Intellectus graduum biochemicorum et molecularium adiuvabit in identificandis stirpibus hospitum idoneis et earum ulteriore ingenio genetico ad bioremediationem efficientem talium polluentium prioritatis. Hoc adiuvabit in strategiis evolvendis ad constitutionem consortiorum bacterialium loco-specificorum ad bioremediationem efficientem.
Praesentia magni numeri compositorum aromaticorum toxicorum et periculosorum (regulam Huckelianam 4n + 2π electrones, n = 1, 2, 3, ... implentium) gravem minam variis mediis environmentalibus, ut aeri, solo, sedimentis, et aquis superficialibus et subterraneis, infert (Puglisi et al., 2007). Haec composita anulos benzenicos singulos (monocyclicos) vel plures anulos benzenicos (polycyclicos) in forma lineari, angulari vel glomerata dispositos habent et stabilitatem (stabilitatem/instabilitatem) in ambitu exhibent propter magnam energiam resonantiae negativae et inertiam (inertiam), quae hydrophobicitate et statu reducto explicari potest. Cum anulus aromaticus ulterius gregibus methylicis (-CH3), carboxylicis (-COOH), hydroxylicis (-OH), vel sulfonatis (-HSO3) substituitur, stabilior fit, affinitatem fortiorem macromoleculis habet, et in systematibus biologicis bioaccumulativus est (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020). Nonnulla hydrocarbona aromatica polycyclica ponderis molecularis humilis (LMWAHs), ut naphthalenum et eius derivata [methylnaphthalenum, acidum naphthoicum, naphthalenesulfonas, et 1-naphthyl N-methylcarbamatum (carbaryl)], in indice pollutantium organicorum prioritatis ab Agentura Protectionis Ambientalis Civitatum Foederatarum tamquam genotoxica, mutagena, et/vel carcinogena inclusa sunt (Cerniglia, 1984). Emissio huius classis NM-PAHs in ambitum bioaccumulationem horum compositorum in omnibus gradibus catenae alimentariae efficere potest, ita salutem oecosystematum afficiens (Binkova et al., 2000; Srogi, 2007; Quinn et al., 2009).
Fontes et viae PAH ad biotas praecipue fiunt per migrationem et interactiones inter varia elementa oecosystematis, ut solum, aquas subterraneas, aquas superficiales, fruges et atmosphaeram (Arey et Atkinson, 2003). Figura 1 interactiones et distributionem variarum PAH ponderis molecularis humilis in oecosystematibus et vias earum ad biotas/expositionem humanam ostendit. PAH in superficiebus deponuntur propter pollutionem aeris et per migrationem (fluctum) emissionum vehiculorum, gasorum exhaustorum industrialium (gasificatio carbonis, combustio et productio coci) et depositionem eorum. Actiones industriales, ut fabricatio textilium syntheticorum, tincturarum et pigmentorum; conservatio ligni; processus gummi; actiones fabricationis cementi; productio pesticidarum; et applicationes agriculturae, fontes maiores PAH in systematibus terrestribus et aquaticis sunt (Bamforth et Singleton, 2005; Wick et al., 2011). Studia demonstraverunt sola in suburbiis et urbanis locis, prope vias publicas, et in magnis urbibus magis obnoxia esse hydrocarbonibus aromaticis polycyclicis (PAHs) propter emissiones ex centralibus electricis, calefactione residentiali, oneribus commeatus aerei et viarii, et actionibus constructionis (Suman et al., 2016). (2008) demonstravit PAHs in solo prope vias Novae Aureliae, Ludovicianae, Civitatum Foederatarum Americae, tam altas esse quam 7189 μg/kg, cum in spatio aperto tantum 2404 μg/kg essent. Similiter, gradus PAH tam alti quam 300 μg/kg relati sunt in locis prope loca gasificationis carbonis in pluribus urbibus Civitatum Foederatarum Americae (Kanaly et Harayama, 2000; Bamforth et Singleton, 2005). Sola ex variis urbibus Indicis, velut Delhi (Sharma et al., 2008), Agra (Dubey et al., 2014), Mumbai (Kulkarni et Venkataraman, 2000) et Visakhapatnam (Kulkarni et al., 2014), altas concentrationes PAH continere relata sunt. Composita aromatica facilius in particulas soli, materiam organicam et mineralia argillacea adsorbentur, ita fiunt receptacula carbonis praecipua in oecosystematibus (Srogi, 2007; Peng et al., 2008). Fontes praecipui PAH in oecosystematibus aquaticis sunt praecipitatio (praecipitatio humida/sicca et vapor aquae), defluxum urbanum, emissio aquarum residuarum, refectio aquarum subterranearum etc. (Srogi, 2007). Aestimatur circiter 80% PAH in oecosystematibus marinis derivari ex praecipitatione, sedimentatione et emissione vastorum (Motelay-Massei et al., 2006; Srogi, 2007). Maiores concentrationes PAH in aquis superficialibus vel liquore percolato ex locis depositionis vastorum solidorum tandem in subterraneas aquas emanant, gravem periculum salutis publicae constituentes, cum plus quam 70% incolarum in Asia Meridionali et Meridionali-Orientali aquam subterraneam bibat (Duttagupta et al., 2019). Recens studium a Duttagupta et al. (2020) factum de analysibus fluminum (32) et aquarum subterranearum (235) ex Bengala Occidentali, India, invenit circiter 53% incolarum urbanorum et 44% incolarum rusticorum (in summa 20 miliones incolarum) naphthaleno (4.9–10.6 μg/L) et eius derivatis expositos esse posse. Usus terrae differentialis et extractio aquarum subterranearum aucta habentur factores principales qui translationem verticalem (advectionem) PAH ponderis molecularis humilis in subsuperficie gubernant. Defluvium agriculturale, emissiones vastorum municipalium et industrialium, et emissiones vastorum solidorum/purgamentorum a PAH in pelvibus fluvialibus et sedimentis subterraneis affici inventae sunt. Praecipitatio atmosphaerica pollutionem PAH ulterius aggravat. Altae concentrationes PAHorum et derivatorum alkylorum eorum (51 in summa) in fluminibus/regionibus aquarum toto orbe terrarum, ut in flumine Fraser, flumine Louan, flumine Denso, flumine Missouri, flumine Anacostia, flumine Ebro, et flumine Delaware, relatae sunt (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018). In sedimentis pelvis fluminis Gangis, naphthalenum et phenanthrenum significantissima inventa sunt (in 70% exemplorum detecta) (Duttagupta et al., 2019). Praeterea, studia demonstraverunt chlorinationem aquae potabilis ad formationem PAHorum oxygenatorum et chlorinatorum magis toxicorum ducere posse (Manoli et Samara, 1999). PAH (hydrocarbonum polycyclicum aromaticum) in cerealiis, fructibus et oleribus accumulantur ex absorptione a plantis ex solo contaminato, aquis subterraneis et praecipitatione (Fismes et al., 2002). Multi organismi aquatici, ut pisces, mytili, conchae et squillae, PAH contaminantur per consumptionem cibi et aquae marinae contaminati, necnon per textus et cutem (Mackay et Fraser, 2000). Methodi coquendi/processus, ut assatio, torrefactio, fumigatio, frictio, siccatio, pistoria et coctio carbonibus, etiam ad quantitates significantes PAH in cibo ducere possunt. Hoc maxime pendet ex electione materiae fumigatoriae, contento hydrocarbonum phenolicorum/aromaticorum, processu coquendi, genere calefactoris, contento humiditatis, copia oxygenii et temperatura combustionis (Guillén et al., 2000; Gomes et al., 2013). Hydrocarbona aromatica polycyclica (PAH) etiam in lacte variis concentrationibus (0.75–2.1 mg/L) detecta sunt (Girelli et al., 2014). Accumulatio harum PAH in cibo etiam a proprietatibus physico-chemicis cibi pendet, dum effectus eorum toxici ad functiones physiologicas, actionem metabolicam, absorptionem, distributionem et distributionem corporis pertinent (Mechini et al., 2011).
Noxia et effectus noxii hydrocarbonum aromaticorum polycyclicorum (PAHs) iam diu nota sunt (Cherniglia, 1984). Hydrocarbona aromatica polycyclica ponderis molecularis humilis (LMW-PAHs) (duobus vel tribus anulis) cum variis macromoleculis, ut DNA, RNA et proteinis, covalente ligare possunt et carcinogena sunt (Santarelli et al., 2008). Propter naturam hydrophobicam, membranis lipidicis separantur. In hominibus, monooxygenases cytochromatis P450 PAHs in epoxida oxidant, quorum nonnulla valde reactiva sunt (e.g., baediol epoxidum) et ad transformationem cellularum normalium in malignas ducere possunt (Marston et al., 2001). Praeterea, producta transformationis PAHs, ut quinona, phenola, epoxida, diola, etc., toxiciora sunt quam composita parentalia. Quaedam PAH et eorum intermedia metabolica hormona et varia enzyma in metabolismo afficere possunt, ita incrementum, systema nervosum centrale, systemata reproductiva et immunitatis adverse afficientes (Swetha et Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008). Brevis expositio PAH ponderis molecularis humilis functionem pulmonum impeditam et thrombosis in asthmaticis causare et periculum cancrorum cutis, pulmonis, vesicae et gastrointestinalis augere relata est (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Studia animalium etiam demonstraverunt expositionem PAH effectus adversos in functionem et evolutionem reproductivam habere posse et cataractas, damnum renum et hepatis, et ictericiam causare posse. Varia producta biotransformationis PAH, ut diola, epoxida, quinona et radicales liberi (cationes), adductos DNA formare demonstrata sunt. Adducta stabilia machinam replicationis DNA mutare demonstrata sunt, dum adducta instabilia DNA depurinare possunt (praesertim ad adeninum et interdum ad guaninum); ambo errores generare possunt qui ad mutationes ducunt (Schweigert et al. 2001). Praeterea, quinona (benzo-/pan-) species oxygenii reactivas (ROS) generare possunt, damnum letale DNA et aliis macromoleculis inferentes, ita functionem/viabilitatem textuum afficientes (Ewa et Danuta 2017). Expositio chronica ad parvas concentrationes pyreni, biphenyl et naphthaleni cancrum in animalibus experimentalibus causare relata est (Diggs et al. 2012). Propter toxicitatem earum letalem, purgatio/remotio horum PAH ex locis affectis/contaminatis prioritas est.
Variae methodi physicae et chemicae adhibitae sunt ad PAHs removendas e locis/ambitu contaminatis. Processus ut incineratio, dechlorinatio, oxidatio UV, fixatio, et extractio solventibus multa incommoda habent, inter quae formatio productorum toxicorum secundariorum, complexitas processus, quaestiones salutis et regulationis, efficientia humilis, et sumptus altus. Attamen biodegradatio microbica (bioremediatio appellata) est methodus alternativa promittens quae usum microorganismorum in forma culturarum purarum vel coloniarum implicat. Comparatus cum methodis physicis et chemicis, hic processus est amicus ambienti, non invasivus, sumptibus efficax, et sustinabilis. Bioremediatio fieri potest in loco affecto (in situ) vel in loco specialiter praeparato (ex situ) et ideo habetur methodus remediationis magis sustinabilis quam methodi physicae et chemicae traditionales (Juhasz et Naidu, 2000; Andreoni et Gianfreda, 2007; Megharaj et al., 2011; Phale et al., 2020; Sarkar et al., 2020).
Intellectus graduum metabolicorum microbialium in degradatione inquinantium aromaticorum implicatorum enormes implicationes scientificas et oeconomicas pro sustinbilitate oecologica et environmentali habet. Aestimatur 2.1×10¹⁸ grammata carbonii (C) in sedimentis et compositis organicis (id est, oleo, gaso naturali, et carbone, id est, combustibilibus fossilibus) toto orbe terrarum condiri, contributionem significantem ad cyclum carbonii globalem afferentes. Tamen, rapida industrializatio, extractio combustibilium fossilium, et actiones humanae has reservas carbonii lithosphaericas exhauriunt, circiter 5.5×10¹⁵ g carbonii organici (ut inquinantes) in atmosphaeram quotannis emittunt (Gonzalez-Gaya et al., 2019). Pleraque huius carbonii organici oecosystemata terrestria et marina per sedimentationem, translationem, et defluxum intrat. Praeterea, nova inquinantia synthetica ex combustibilibus fossilibus derivata, ut plastica, plastificantia et stabilimenta plastica (phthalata et eorum isomeri), graviter oecosystemata marina, sola et aquatica eorumque biota polluunt, ita pericula climatis globalis exacerbantes. Varia genera microplasticorum, nanoplasticorum, fragmentorum plasticorum et eorum productorum monomerorum toxicorum ex polyethylene terephthalato (PET) derivatorum in Oceano Pacifico inter Americam Septentrionalem et Asiam Meridionalem-Orientalem accumulata sunt, "Magnam Pacifici Sordidum Maculam" formantes, vitae marinae nocentes (Newell et al., 2020). Studia scientifica demonstraverunt non posse tales polluentes/residuos ullis modis physicis vel chemicis removere. In hoc contextu, microorganismi utilissimi sunt ii qui polluentes oxidative in dioxidum carbonis, energiam chemicam et alia producta secundaria non toxica, quae tandem in alios processus cycli nutrimentorum (H, O, N, S, P, Fe, etc.) ingrediuntur, metabolizare. Ergo, intellegere oecophysiologiam microbialem mineralizationis polluentium aromaticorum et eius moderationem ambientalem est essentiale ad cyclum carbonis microbialem, budget carbonis netum et pericula climatica futura aestimanda. Data urgenti necessitate talia composita ex ambiente removendi, variae oeco-industriae in technologias mundas intentae emerserunt. Alternatim, valorizatio vastorum industrialium/chemicorum vastorum in oecosystematibus accumulatorum (i.e., modus "vastorum ad divitias convertendorum") habetur unus e columnis oeconomiae circularis et propositorum progressionis sustinabilis (Close et al., 2012). Quapropter, intellegere aspectus metabolicos, enzymaticos et geneticos horum candidatorum potentialium degradationis maximi momenti est ad efficax remotionem et bioremediationem talium inquinantium aromaticorum.
Inter multa inquinantia aromatica, peculiarem attentionem damus PAHs ponderis molecularis humilis, ut naphthalenum et naphthalena substituta. Haec composita sunt partes magnae combustibilium e petroleo derivatorum, tincturarum textilium, productorum usui destinatorum, pesticidorum (naphthaleni et repellentium insectorum), plastificantium et tanninorum, et ideo late diffusa sunt in multis oecosystematibus (Preuss et al., 2003). Relationes recentes accumulationem concentrationum naphthaleni in sedimentis aquiferis, aquis subterraneis et solis subterraneis, zonis vadosis et alveis fluminum illustrant, bioaccumulationem eius in ambitu suggerentes (Duttagupta et al., 2019, 2020). Tabula 2 proprietates physicochemicas, applicationes et effectus in valetudinem naphthaleni et derivatorum eius summatim describit. Comparata cum aliis PAHs ponderis molecularis magni, naphthalenum et eius derivata minus hydrophobica, magis solubilia in aqua et late distributa sunt in oecosystematibus, ita saepe ut substrata exemplaria ad metabolismum, geneticam et diversitatem metabolicam PAHs studendum adhibentur. Magnus numerus microorganismorum naphthalenum eiusque derivata metabolizare potest, et plena notitia de eorum viis metabolicis, enzymis et notis regulatoriis praesto est (Mallick et al., 2011; Phale et al., 2019, 2020). Praeterea, naphthalenum et eius derivata tamquam prototypa composita ad aestimationem pollutionis environmentalis designantur propter magnam abundantiam et biodisponibilitatem. Agentura Protectionis Environmentalis Civitatum Foederatarum aestimat gradus medios naphthaleni esse 5.19 μg per metrum cubicum ex fumo cigarettarum, praesertim ex combustione incompleta, et 7.8 ad 46 μg ex fumo laterali, dum expositio creosoto et naphthaleno 100 ad 10,000 vicibus maior est (Preuss et al. 2003). Naphthalenum praesertim toxicitatem respiratoriam et carcinogenicitatem speciei, regionis et sexui specificam habere inventum est. Fundata in studiis animalium, Agentura Internationalis pro Investigatione Cancri (IARC) naphthalenum tamquam "possibile carcinogenum humanum" (Grex 2B) classificavit. Expositio naphthalenis substitutis, praesertim per inhalationem vel administrationem parenteralem (oralem), laesionem textus pulmonis efficit et incidentiam tumorum pulmonum in rattis et muribus auget (Programma Nationale Toxicologiae 2). Effectus acuti includunt nauseam, vomitum, dolorem abdominis, diarrhoeam, cephalalgiam, confusionem, sudorem profusum, febrem, tachycardiam, etc. Ex altera parte, insecticida carbamatis lati spectri carbaryl (1-naphthyl N-methylcarbamate) relatum est toxicum esse invertebratis aquaticis, amphibiis, apibus melliferis et hominibus et demonstratum est acetylcholinesterasem inhibere, paralysis causans (Smulders et al., 2003; Bulen et Distel, 2011). Ergo, intellegere mechanismos degradationis microbialis, regulationis geneticae, reactionum enzymaticarum et cellularum est cruciale ad strategias bioremediationis in ambitu contaminato evolvendas.
Tabula II. Informationes singulares de proprietatibus physico-chemicis, usibus, methodis identificationis et morbis conexis naphthaleni et derivatorum eius.
In locis pollutis, polluentes hydrophobici et lipophilici aromatici varios effectus cellulares in microbioma (communitatem) environmentalem causare possunt, ut mutationes in fluiditate membranae, permeabilitate membranae, tumore bistrati lipidorum, interruptione translationis energiae (catena translationis electronicae/vis motrix protonum), et activitate proteinorum membranae associatorum (Sikkema et al., 1995). Praeterea, quaedam intermedia solubilia, ut catechola et quinona, species oxygenii reactivas (ROS) generant et adductos cum DNA et proteinis formant (Penning et al., 1999). Ita, abundantia talium compositorum in oecosystematibus pressionem selectivam in communitates microbiales exercet ut degradatores efficaces fiant variis gradibus physiologicis, inter quas absorptio/transportatio, transformatio intracellularis, assimilatio/utilisatio, et compartimentalizatio.
Investigatio in Ribosomal Database Project-II (RDP-II) revelavit 926 species bacteriales in summa ex mediis vel culturis locupletantibus naphthaleno vel derivatis eius contaminatis isolatas esse. Grex Proteobacteriarum maximum numerum repraesentantium habuit (n = 755), deinde Firmicutes (52), Bacteroidetes (43), Actinobacteria (39), Tenericutes (10), et bacteria non classificata (8) (Figura 2). Repraesentantes γ-Proteobacteriarum (Pseudomonadales et Xanthomonadales) omnes greges Gram-negativos cum alto contento G+C (54%) dominati sunt, dum Clostridiales et Bacillales (30%) greges Gram-positivi cum humili contento G+C erant. *Pseudomonas* (numerus maximus, 338 species) naphthalenum eiusque methyli derivata degradare posse relata est in variis oecosystematibus pollutis (pice carbonis, petroleo, oleo crudo, luto, effusionibus olei, sordibus, vastis organicis et acervis depositis) necnon in oecosystematibus integris (solo, fluminibus, sedimentis et aquis subterraneis) (Figura 2). Praeterea, studia locupletationis et analysis metagenomica quarundam harum regionum revelaverunt species Legionellae et Clostridium incultas capacitatem degradationis habere posse, quod necessitatem colendi has bacterias ad novas vias et diversitatem metabolicam studendas indicat.
Fig. 2. Diversitas taxonomica et distributio oecologica bacteriorum repraesentantium in ambitu naphthaleno et derivatis naphthaleni contaminato.
Inter varios microorganismos qui aromatica hydrocarbona degradant, plerique naphthalenum, solam fontem carbonii et energiae, degradare possunt. Series eventuum quae in metabolismo naphthaleni implicantur pro *Pseudomonas sp.* descripta est. (stirpes: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 et CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 et aliae stirpes (ND6 et AS1) (Mahajan et al., 1994; Resnick et al., 1996; Annweiler et al., 2000; Basu et al., 2003; Dennis et Zylstra, 2004; Sota et al., 2006; Metabolismus initiatur a dioxygenasi multicomponenti [naphthaleni dioxygenasi (NDO), dioxygenasi anuli hydroxylans] quae oxidationem unius ex anulis aromaticis naphthaleni catalysat, oxygenio moleculari ut altero substrato utens, naphthalenum in cis-naphthalenediol convertens (Figura 3). Cis-dihydrodiolum in 1,2-dihydroxynaphthalenum a dehydrogenasi convertitur. A... Dioxygenasis anulum scinsiva, 1,2-dihydroxynaphthaleni dioxygenasis (12DHNDO), 1,2-dihydroxynaphthalenum in acidum 2-hydroxychromene-2-carboxylicum convertit. Isomerizatio enzymatica cis-trans trans-o-hydroxybenzylidenepyruvatum producit, quod ab hydratasi aldolasi in aldehydum salicylicum et pyruvatum scinditur. Pyruvatum acidi organici primum compositum C3 a sceleto carbonico naphthaleni derivatum et in viam carbonicam centralem directum fuit. Praeterea, salicylaldehydi dehydrogenasis NAD+-dependens salicylaldehydum in acidum salicylicum convertit. Metabolismus in hoc stadio "via superior" degradationis naphthaleni appellatur. Haec via valde communis est in plurimis bacteriis naphthalenum degradantibus. Attamen paucae exceptiones sunt; exempli gratia, in Bacillus hamburgii 2 thermophilicus, degradatio naphthaleni a naphthaleni 2,3-dioxygenasi initiatur ad formandum... 2,3-dihydroxynaphthalene (Annweiler et al., 2000).
Figura 3. Viae degradationis naphthaleni, methylnaphthaleni, acidi naphthoici, et carbarylorum. Numeri circuli enzyma repraesentant quae conversionem sequentialem naphthaleni et derivatorum eius in producta subsequentia responsabilia sunt. 1 — naphthaleni dioxygenasis (NDO); 2, cis-dihydrodiol dehydrogenasis; 3, 1,2-dihydroxynaphthaleni dioxygenasis; 4, 2-hydroxychromene-2-carboxylici acidi isomerasis; 5, trans-O-hydroxybenzylidenepyruvati hydratasis aldolasis; 6, salicylaldehydi dehydrogenasis; 7, salicylatis 1-hydroxylasis; 8, catecholi 2,3-dioxygenasis (C23DO); 9, 2-hydroxymuconati semialdehydi dehydrogenasis; 10, 2-oxopent-4-enoati hydratasis; 11, 4-hydroxy-2-oxopentanoati aldolasis; 12, acetaldehydi dehydrogenasis; 13, catechol-1,2-dioxygenasis (C12DO); 14, muconati cycloisomerasis; 15, muconolactoni delta-isomerasis; 16, β-ketoadipatenollactoni hydrolasis; 17, β-ketoadipati succinyl-CoA transferasis; 18, β-ketoadipati-CoA thiolasis; 19, succinyl-CoA: acetyl-CoA succinyltransferasis; 20, salicylatis 5-hydroxylasis; 21 gentisati 1,2-dioxygenasis (GDO); 22, maleylpyruvati isomerasis; 23, fumarylpyruvati hydrolasis; 24, methylnaphthaleni hydroxylasis (NDO); 25, hydroxymethylnaphthaleni dehydrogenasis; 26, naphthaldehydi dehydrogenasis; 27, acidi 3-formylsalicylici oxidasis; 28, hydroxyisophthalatis decarboxylasis; 29, carbarylhydrolasis (CH); 30, 1-naphthol-2-hydroxylasis.
Pro organismo eiusque compositione genetica, acidum salicylicum inde ortum ulterius metabolizatur vel per viam catecholi utens salicylato 1-hydroxylasi (S1H) vel per viam gentisati utens salicylato 5-hydroxylasi (S5H) (Figura 3). Cum acidum salicylicum sit intermedium praecipuum in metabolismo naphthaleni (via superior), gradus ab acido salicylico ad intermedium TCA saepe via inferior appellantur, et gena in unum operon ordinantur. Saepe videntur gena in operone viae superioris (nah) et operone viae inferioris (sal) a factoribus regulatoriis communibus regi; exempli gratia, NahR et acidum salicylicum ut inductores agunt, permittentes ambobus operonibus naphthalenum plene metabolizare (Phale et al., 2019, 2020).
Praeterea, catecholo cyclice in 2-hydroxymuconatum semialdehydum per viam meta a catecholo 2,3-dioxygenasa (C23DO) (Yen et al., 1988) finditur et ulterius a 2-hydroxymuconatum semialdehydum hydrolasa hydrolyzatur ad acidum 2-hydroxypent-2,4-dienoicum formandum. 2-hydroxypent-2,4-dienoas deinde in pyruvatum et acetaldehydum ab hydratase (2-oxopent-4-enoatum hydratase) et aldolase (4-hydroxy-2-oxopentanoatum aldolasa) convertitur et deinde viam centralem carbonis intrat (Figura 3). Aliter, catecholo cyclice in cis,cis-muconatum per viam ortho a catecholo 1,2-oxygenasa (C12DO) finditur. Muconati cycloisomerasis, muconolactoni isomerasis, et β-ketoadipati-nollactoni hydrolasis cis, cis-muconatum in 3-oxoadipatum convertunt, qui viam centralem carbonis per succinyl-CoA et acetyl-CoA intrat (Nozaki et al., 1968) (Figura 3).
In via gentisati (2,5-dihydroxybenzoati), anulus aromaticus a gentisato 1,2-dioxygenasi (GDO) finditur ad maleylpyruvatum formandum. Hoc productum directe hydrolyzari potest ad pyruvatum et malatum, vel isomerizari potest ad fumarylpyruvatum formandum, quod deinde hydrolyzari potest ad pyruvatum et fumaratum (Larkin et Day, 1986). Electio viae alternativae observata est in bacteriis tam Gram-negativis quam Gram-positivis in gradu biochemico et genetico (Morawski et al., 1997; Whyte et al., 1997). Bacteria Gram-negativa (Pseudomonas) acidum salicylicum, quod est inductor metabolismi naphthaleni, malunt uti, decarboxylando illud ad catecholum utens salicylato 1-hydroxylasi (Gibson et Subramanian, 1984). Ex altera parte, in bacteriis Gram-positivis (Rhodococco), salicylatis 5-hydroxylasa acidum salicylicum in acidum gentisicum convertit, cum acidum salicylicum nullum effectum inductivum in transcriptionem genorum naphthaleni habeat (Grund et al., 1992) (Figura 3).
Relatum est species ut *Pseudomonas CSV86*, *Oceanobacterium NCE312*, *Marinhomonas naphthotrophicus*, *Sphingomonas paucimobilis* 2322*, *Vibrio cyclotrophus*, *Pseudomonas fluorescens* LP6a, *Pseudomonas* et *Mycobacterium* monomethylnaphthalenum vel dimethylnaphthalenum degradare posse (Dean-Raymond et Bartha, 1975; Cane et Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999). Inter eas, via degradationis 1-methylnaphthaleni et 2-methylnaphthaleni *Pseudomonas sp. CSV86* clare investigata est in gradibus biochemicis et enzymaticis (Mahajan et al., 1994). 1-Methylnaphthalenum per duas vias metabolizatur. Primo, anulus aromaticus hydroxylatur (anulus methylnaphthaleni non substitutus) ad formandum cis-1,2-dihydroxy-1,2-dihydro-8-methylnaphthalenum, quod ulterius oxidatur ad methylsalicylatum et methylcatecholum, deinde viam centralem carbonis intrat post scissionem anuli (Figura 3). Haec via "via fontis carbonis" appellatur. In secunda "via detoxificationis", grex methylicus hydroxylari potest ab NDO ad formandum 1-hydroxymethylnaphthalenum, quod ulterius oxidatur ad acidum 1-naphthoicum et excernitur in medium culturae ut productum sine fine. Studia demonstraverunt stirpem CSV86 non posse crescere in acido 1- et 2-naphthoico ut unica fonte carbonis et energiae, viam detoxificationis eius confirmantes (Mahajan et al., 1994; Basu et al., 2003). In 2-methylnaphthaleno, grex methylicus hydroxylationem subit ab hydroxylasa ad formandum 2-hydroxymethylnaphthalenum. Praeterea, anulus non substitutus anuli naphthaleni hydroxylationem subit ad formandum dihydrodiolum, quod oxidatur ad 4-hydroxymethylcatecholum in serie reactionum enzymis catalysatarum et viam centralem carbonis per viam scissionis meta-anuli intrat. Similiter, S. paucimobilis 2322 relatum est NDO uti ad hydroxylandum 2-methylnaphthalenum, quod ulterius oxidatur ad formandum methylsalicylatum et methylcatecholum (Dutta et al., 1998).
Acida naphthoica (substituta/non substituta) sunt producta secundaria detoxificationis/biotransformationis, quae formantur per degradationem methylnaphthaleni, phenanthreni et anthraceni et in medium culturae exhaustum emittitur. Relatum est isolatum soli Stenotrophomonas maltophilia CSV89 posse metabolizare acidum 1-naphthoicum ut fontem carbonis (Phale et al., 1995). Metabolismus incipit cum dihydroxylatione anuli aromatici ad formandum 1,2-dihydroxy-8-carboxynapthalenum. Diolum resultans oxidatur ad catecholum per 2-hydroxy-3-carboxybenzylidenepyruvatum, acidum 3-formylsalicylicum, acidum 2-hydroxyisophtalicum et acidum salicylicum et intrat viam centralem carbonis per viam scissionis meta-anuli (Figura 3).
Carbaryl est pesticida naphthyl carbamatis. Ab Revolutione Viridi in India annis 1970, usus stercorantium et pesticidorum chemicorum ad augmentum emissionum hydrocarbonum aromaticorum polycyclicorum (PAH) ex fontibus agriculturae non punctualibus duxit (Pingali, 2012; Duttagupta et al., 2020). Aestimatur circiter 55% (85,722,000 hectararum) totius terrae arabilis in India pesticidis chemicis tractari. Per quinquennium proximum (2015–2020), sector agriculturae Indicae mediocris 55,000 ad 60,000 tonnas pesticidorum quotannis usus est (Department of Cooperatives and Farmers Welfare, Ministry of Agriculture, Government of India, August 2020). In planitiebus Gangeticis septentrionalibus et centralibus (civitatibus cum maxima densitate populationis), usus pesticidorum in segetibus late diffusus est, insecticidis praevalentibus. Carbaryl (1-naphthyl-N-methylcarbamatum) est insecticida carbamatis lato spectro, moderate ad valde toxicus, in agricultura Indica adhibitus mediocri ratione 100-110 tonnarum. Vulgo sub nomine commerciali Sevin venditur et adhibetur ad insecta (aphidas, formicas igniferas, pulices, acaros, araneas et multa alia pestes externas) reprimenda quae varietatem segetum (maizium, soiam, gossypium, fructus et olera) afficiunt. Nonnulli microorganismi, ut Pseudomonas (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), Rhodococcus (NCIB 12038), Sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Micrococcus et Arthrobacter, etiam ad alias pestes reprimendas adhiberi possunt. Relatum est RC100 carbaryl degradare posse (Larkin et Day, 1986; Chapalamadugu et Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha et Phale, 2005; Trivedi et al., 2017). Iter degradationis carbaryl late investigatum est in gradibus biochemicis, enzymaticis et geneticis in isolatis soli Pseudomonas sp. stirpes C4, C5 et C6 (Swetha et Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (Fig. 3). Iter metabolicum incipit cum hydrolysi nexus esteris a carbaryl hydrolasa (CH4) ad formandum 1-naphtholum, methylaminum et dioxidum carbonis. 1-naphtholum deinde in 1,2-dihydroxynaphthalenum per 1-naphtholi hydroxylasam (1-NH) convertitur, quae ulterius per viam centralem carbonis salicylata et gentisata metabolizatur. Nonnullae bacteriae carbaryl degradantes illud in acidum salicylicum per scissionem anuli catecholi ortho metabolizare relatae sunt (Larkin et Day, 1986; Chapalamadugu et Chaudhry, 1991). Notandum est bacteria naphthalenum degradantes praecipue acidum salicylicum per catecholum metabolizare, dum bacteria carbaryl degradantes acidum salicylicum per viam gentisata metabolizare malunt.
Acidum naphthalenesulfonicum/acidum disulfonicum et derivata acidi naphthylaminsulfonici ut intermedia in productione tincturarum azoicarum, madefactorum, dispersorum, etc. adhiberi possunt. Quamquam haec composita toxicitatem humilem hominibus habent, aestimationes cytotoxicitatis demonstraverunt ea lethalia esse piscibus, daphniis et algis (Greim et al., 1994). Repraesentantes generis Pseudomonas (stirpes A3, C22) metabolismum initiare relatum est per duplicem hydroxylationem anuli aromatici continentis gregem acidi sulfonici ad formandum dihydrodiolum, quod ulterius in 1,2-dihydroxynaphthalenum convertitur per spontaneam scissionem gregis sulfiti (Brilon et al., 1981). 1,2-dihydroxynaphthalenum resultans per viam classicam naphthaleni, id est, viam catecholi vel gentisati, catabolizatur (Figura 4). Demonstratum est acidum aminonaphthalenesulfonicum et acidum hydroxynaphthalenesulfonicum a mixtis consortiis bacterialibus cum viis catabolicis complementariis omnino degradari posse (Nortemann et al., 1986). Demonstratum est unum membrum consortii acidum aminonaphthalenesulfonicum vel acidum hydroxynaphthalenesulfonicum per 1,2-dioxygenationem desulfurare, dum aminosalicylatum vel hydroxysalicylatum in medium culturae ut metabolitus sine fine liberatur et deinde ab aliis membris consortii absorbetur. Acidum naphthalenedisulfonicum relative polare est sed male biodegradabile et ideo per vias diversas metabolizari potest. Prima desulfuratio fit per dihydroxylationem regioselectivam anuli aromatici et gregis acidi sulfonici; secunda desulfuratio fit per hydroxylationem acidi 5-sulfosalicylici per 5-hydroxylasam acidi salicylici ad formandum acidum gentisicum, quod viam carbonis centralem intrat (Brilon et al., 1981) (Figura 4). Enzyma degradationis naphthaleni responsabilia etiam metabolismum naphthaleni sulfonati efficiunt (Brilon et al., 1981; Keck et al., 2006).
Figura 4. Viae metabolicae degradationis naphthaleni sulfonati. Numeri intra circulos enzyma metabolismi naphthylisulfonati responsabiles repraesentant, similia/identica enzymis in Figura 3 descriptis.
PAHs ponderis molecularis humilis (LMW-PAHs) reductibiles, hydrophobicae et male solubiles sunt, ideoque non obnoxiae degradationi/degradationi naturali. Attamen microorganismi aerobici ea oxidare possunt absorbendo oxygenium moleculare (O2). Haec enzyma praecipue ad classem oxidoreductasarum pertinent et varias reactiones perficere possunt, ut hydroxylationem anuli aromatici (mono- vel dihydroxylationem), dehydrogenationem et scissionem anuli aromatici. Producta ex his reactionibus obtenta in statu oxidationis altiore sunt et facilius per viam carbonis centralem metabolizantur (Phale et al., 2020). Enzyma in via degradationis inducibilia esse relata sunt. Actio horum enzymorum valde humilis vel neglegibilis est cum cellulae in fontibus carbonis simplicibus, ut glucoso vel acidis organicis, coluntur. Tabula 3 varia enzyma (oxygenases, hydrolases, dehydrogenases, oxidases, etc.) implicata in metabolismo naphthaleni et derivatorum eius summatim exhibet.
Tabula 3. Proprietates biochemicae enzymorum quae degradationem naphthaleni et derivatorum eius efficiunt.
Studia radioisotopi (18O2) demonstraverunt incorporationem O2 molecularis in anulos aromaticos per oxygenases esse gradum gravissimum in activanda ulteriore biodegradatione compositi (Hayaishi et al., 1955; Mason et al., 1955). Incorporatio unius atomi oxygenii (O) ex oxygenio moleculari (O2) in substratum initiatur vel a monooxygenasibus endogenis vel exogenis (etiam hydroxylases appellatis). Alius atomus oxygenii ad aquam reducitur. Monooxygenases exogenae flavinum cum NADH vel NADPH reducunt, dum in endomonooxygenasibus flavinum a substrato reducitur. Positio hydroxylationis diversitatem in formatione producti efficit. Exempli gratia, salicylas 1-hydroxylase acidum salicylicum in positione C1 hydroxylat, catecholum formans. Ex altera parte, salicylatis 5-hydroxylasa multicomponentis (subunitates reductase, ferredoxinum, et oxygenase continens) acidum salicylicum in positione C5 hydroxylat, acidum gentisicum formans (Yamamoto et al., 1965).
Dioxygenases duos atomos O2 in substratum incorporant. Secundum producta formata, in dioxygenases anulos hydroxylantes et dioxygenases anulos scindentes dividuntur. Dioxygenases anulos hydroxylantes substrata aromatica in cis-dihydrodiola (e.g., naphthalenum) convertunt et inter bacteria late diffusae sunt. Adhuc demonstratum est organismos dioxygenases anulos hydroxylantes continentes in variis fontibus carbonis aromatici crescere posse, et haec enzyma classificantur ut NDO (naphthalenum), toluenum dioxygenasum (TDO, toluenum), et biphenyl dioxygenasum (BPDO, biphenyl). Tam NDO quam BPDO oxidationem duplicem et hydroxylationem catenae lateralis variorum hydrocarbonum aromaticorum polycyclicorum (tolueni, nitrotolueni, xyleni, ethylbenzeni, naphthaleni, biphenili, fluoreni, indoli, methylnaphthaleni, naphthalenesulfonati, phenanthreni, anthraceni, acetophenoni, etc.) catalyzare possunt (Boyd et Sheldrake, 1998; Phale et al., 2020). NDO est systema multicomponente constans ex oxidoreductase, ferredoxino, et componente oxygenase continens locum activum (Gibson et Subramanian, 1984; Resnick et al., 1996). Unitas catalytica NDO constat ex subunitate α magna et subunitate β parva in configuratione α3β3 dispositis. NDO ad magnam familiam oxygenasarum pertinet, cuius subunitas α locum Rieske [2Fe-2S] et ferrum mononucleare non-haemicum continet, quod specificitatem substrati NDO determinat (Parales et al., 1998). Typice, in uno cyclo catalytico, duo electrona ex reductione nucleotidi pyridini ad ion Fe(II) in loco activo per reductasim, ferredoxinum, et locum Rieske transferuntur. Aequivalentia reducentia oxygenium moleculare activant, quod est necessarium ad dihydroxylationem substrati (Ferraro et al., 2005). Adhuc, pauca tantum NDO ex variis stirpibus purificata et accurate descripta sunt, et imperium geneticum viarum in degradatione naphthaleni implicatarum accurate investigatum est (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003). Dioxygenases anulum scindentes (enzyma endo- vel ortho-anulum scindentia et enzyma exodiol- vel meta-anulum scindentia) in composita aromatica hydroxylata agunt. Exempli gratia, dioxygenasis ortho-anulum scindens est catechol-1,2-dioxygenasis, dum dioxygenasis meta-anulum scindens est catechol-2,3-dioxygenasis (Kojima et al., 1961; Nozaki et al., 1968). Praeter varias oxygenases, etiam variae dehydrogenases sunt quae dehydrogenationem dihydrodiolorum aromaticorum, alcoholum et aldehydorum efficiunt et NAD+/NADP+ ut acceptores electronum utuntur, quae sunt nonnulla ex enzymis magni momenti in metabolismo implicatis (Gibson et Subramanian, 1984; Shaw et Harayama, 1990; Fahle et al., 2020).
Enzyma, ut hydrolasae (esterases, amidases), secunda classis enzymorum magni momenti sunt, quae aquam ad fendendas vincula covalentia utuntur et latam substrati specificitatem exhibent. Carbaryl hydrolasa et aliae hydrolasae pro componentibus periplasmatis (transmembranae) in membris bacteriorum Gram-negativorum habentur (Kamini et al., 2018). Carbaryl et nexum amidum et nexum esterem habet; ergo, vel ab esterasi vel ab amidasi hydrolyzari potest ad 1-naphtholum formandum. Carbaryl in Rhizobium rhizobium stirpe AC10023 et Arthrobacter stirpe RC100 respective ut esterasis et amidasis fungi relatum est. Carbaryl in Arthrobacter stirpe RC100 etiam ut amidasis fungitur. RC100 quattuor insecticida classis N-methylcarbamati, ut carbaryl, methomyl, acidum mefenamicum et XMC, hydrolyzare demonstratum est (Hayaatsu et al., 2001). Relatum est CH in Pseudomonas sp. C5pp posse agere in carbaryl (100% activitate) et 1-naphthyl acetate (36% activitate), sed non in 1-naphthylacetamide, quod indicat eam esse esterasis (Trivedi et al., 2016).
Studia biochemica, exempla regulationis enzymorum, et analysis genetica demonstraverunt gena degradationis naphthaleni ex duabus unitatibus regulatoriis inducibilibus seu "operonibus" constare: nah ("via sursum", naphthalenum in acidum salicylicum convertens) et sal ("via deorsum", acidum salicylicum ad viam carbonis centralis per catecholum convertens). Acidum salicylicum et eius analogi ut inductores agere possunt (Shamsuzzaman et Barnsley, 1974). In praesentia glucosii vel acidorum organicorum, operon reprimitur. Figura 5 ordinationem geneticam completam degradationis naphthaleni (in forma operonis) ostendit. Plures variantes/formae nominatae geni nah (ndo/pah/dox) descriptae sunt et inventae sunt habere altam homologiam sequentiae (90%) inter omnes species Pseudomonas (Abbasian et al., 2016). Gena viae sursum naphthaleni plerumque ordine consensu disposita sunt ut in Figura 5A demonstratur. Aliud gen, nahQ, etiam in metabolismo naphthaleni implicatum esse relatum est, plerumque inter nahC et nahE situm, sed eius functio vera adhuc elucidanda est. Similiter, gen nahY, chemotaxi naphthaleno-sensitivae responsabilis, in extremo distali operonis nah in quibusdam membris inventum est. In Ralstonia sp., gen U2 glutathion S-transferasem (gsh) codificans inter nahAa et nahAb situm inventum est, sed proprietates usus naphthaleni non affecit (Zylstra et al., 1997).
Figura 5. Ordo et diversitas genetica observata per degradationem naphthaleni inter species bacteriales; (A) Via naphthaleni superior, metabolismus naphthaleni ad acidum salicylicum; (B) Via naphthaleni inferior, acidum salicylicum per catecholom ad viam carbonis centralis; (C) acidum salicylicum per gentisatum ad viam carbonis centralis.
"Via inferior" (operon sal) typice constat ex nahGTHINLMOKJ et salicylatum in pyruvatum et acetaldehydum convertit per viam scissionis catecholi metaring. Gen nahG (salicylati hydroxylasem codificans) conservatum inventum est in fine proximali operonis (Fig. 5B). Comparatum cum aliis stirpibus naphthalenum degradantibus, in P. putida CSV86 operona nah et sal sunt tandem et valde similia (circiter 7.5 kb). In quibusdam bacteriis Gram-negativis, ut Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, et P. putida AK5, naphthalenum metabolizatur ut metabolitus carbonis centralis per viam gentisati (in forma operonis sgp/nag). Cassetta genorum typice forma nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI repraesentatur, ubi nagR (regulatorem LysR-typi codificans) in extremo superiore locatur (Figura 5C).
Carbaryl cyclum carbonis centralem ingreditur per metabolismum 1-naphtholi, 1,2-dihydroxynaphthaleni, acidi salicylici, et acidi gentisici (Figura 3). Studiis geneticis et metabolicis innixi, propositum est hanc viam in "surgentem" (conversio carbaryl in acidum salicylicum), "mediam" (conversio acidi salicylici in acidum gentisicum), et "deorsum" (conversio acidi gentisici in intermediaria viae carbonis centralis) dividere (Singh et al., 2013). Analysis genomica C5pp (supercontig A, 76.3 kb) revelavit genem mcbACBDEF implicatum esse in conversione carbaryl in acidum salicylicum, deinde mcbIJKL in conversione acidi salicylici in acidum gentisicum, et mcbOQP in conversione acidi gentisici ad intermedia carbonica centralia (fumaratum et pyruvatum, Trivedi et al., 2016) (Figura 6).
Relatum est enzyma implicata in degradatione hydrocarbonum aromaticorum (inter quae naphthalenum et acidum salicylicum) a compositis correspondentibus induci et a fontibus carbonis simplicibus, ut glucoso vel acidis organicis, inhibiri posse (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020). Inter varias vias metabolicas naphthaleni et derivatorum eius, proprietates regulatoriae naphthaleni et carbarylis quodammodo investigatae sunt. Pro naphthaleno, gena in viis tam ascendentibus quam descendentibus a NahR, regulantur, regulatore positivo trans-agente generis LysR. Hoc requiritur ad inductionem geni nah ab acido salicylico et subsequentem expressionem altum gradum (Yen et Gunsalus, 1982). Praeterea, studia demonstraverunt factorem hospitis integrativum (IHF) et XylR (regulatorem transcriptionalem sigma 54-dependentem) etiam criticos esse ad activationem transcriptionalem genorum in metabolismo naphthaleni (Ramos et al., 1997). Studia demonstraverunt enzyma viae aperiendi meta-anulum catecholi, nempe catecholo 2,3-dioxygenasis, induci in praesentia naphthaleni et/vel acidi salicylici (Basu et al., 2006). Studia demonstraverunt enzyma viae aperiendi ortho-anulum catecholi, scilicet catecholo 1,2-dioxygenasis, induci in praesentia acidi benzoici et cis,cis-muconati (Parsek et al., 1994; Tover et al., 2001).
In stirpe C5pp, quinque gena, "mcbG", "mcbH", "mcbN", "mcbR" et "mcbS", regulatores ad familiam LysR/TetR regulatorum transcriptionalium pertinentes, qui degradationem carbarylorum moderandam praesunt, codificant. Gen homologum "mcbG" maxime affine inventum est regulatori typi LysR, PhnS (58% identitatis aminoacidi), qui in metabolismo phenanthreni in *Burkholderia* RP00725 implicatur (Trivedi et al., 2016). Gen "mcbH" in via intermedia (conversione acidi salicylici ad acidum gentisicum) implicatum inventum est et ad regulatorem transcriptionalium typi LysR, NagR/DntR/NahR, in *Pseudomonas* et *Burkholderia* pertinet. Sodales huius familiae acidum salicylicum ut moleculam effectricem specificam ad inductionem genorum degradationis agnoscere relatum est. Ex altera parte, tria gena, mcbN, mcbR et mcbS, ad regulatores transcriptionis generis LysR et TetR pertinentia, in via deorsum (metaboliti viae carbonis centralis gentisati) identificata sunt.
In prokaryotis, processus translationis genorum horizontalis (acquisitionis, commutationis, vel translationis) per plasmida, transposona, prophaga, insulas genomicas, et elementa coniugativa integrativa (ICE) causae maiores plasticitatis in genomis bacterialibus sunt, ad acquisitionem vel iacturam functionum/proprietatum specificarum ducentes. Hoc bacteria permittit ut celeriter ad varias condiciones ambientales se adaptent, praebens potentialia commoda metabolica adaptiva hospiti, ut degradationem compositorum aromaticorum. Mutationes metabolicae saepe per subtilitatem operonum degradationis, mechanismorum eorum regulatoriorum, et specificitatum enzymorum efficiuntur, quae degradationem latioris varietatis compositorum aromaticorum facilitat (Nojiri et al., 2004; Phale et al., 2019, 2020). Cassettae genorum ad degradationem naphthaleni in variis elementis mobilibus, ut plasmidis (coniugativis et non-coniugativis), transposonibus, genomis, ICE, et combinationibus specierum bacterialium diversarum, sitae sunt (Figura 5). In *Pseudomonas* G7, operona *nah* et *sal* plasmidis NAH7 eadem directione transcribuntur et partem transposonis defectivi constituunt, qui transposasem Tn4653 ad mobilizationem requirit (Sota et al., 2006). In stirpe *Pseudomonas* NCIB9816-4, gen in plasmide coniugativo pDTG1 inventum est ut duo operona (circiter 15 kb inter se distantia) quae in directionibus oppositis transcripta sunt (Dennis et Zylstra, 2004). In stirpe *Pseudomonas* putida AK5, plasmidum non-coniugativum pAK5 enzymum degradationis naphthaleni per viam gentisati responsabilem codificat (Izmalkova et al., 2013). In stirpe *Pseudomonas* PMD-1, operon *nah* in chromosomate situm est, dum operon *sal* in plasmide coniugativo pMWD-1 situm est (Zuniga et al., 1981). In *Pseudomonas stutzeri* AN10 autem, omnia gena degradationis naphthaleni (operona *nah* et *sal*) in chromosomate sita sunt et probabiliter per transpositionem, recombinationem, et rearrangementum adducuntur (Bosch et al., 2000). In *Pseudomonas* sp. CSV86, operona *nah* et *sal* in genoma in forma ICE (ICECSV86) sita sunt. Structura a *tRNAGly* protegitur, deinde repetitiones directae locos recombinationis/adhaesionis indicantes (attR et attL) et integrasi phagi simili ad utroque fine tRNAGly sita, ergo structuraliter similis elemento ICEclc (ICEclcB13 in *Pseudomonas knackmusii* pro degradatione chlorocatecholi). Relatum est gena in ICE per coniugationem cum frequentia translationis infima (10-8) transferri posse, ita proprietates degradationis ad recipientem transferentes (Basu et Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Pleraque gena degradationem carbarylorum efficientia in plasmidis sita sunt. *Arthrobacter* sp. RC100 tria plasmida (pRC1, pRC2 et pRC300) continet, quorum duo plasmida coniugativa, pRC1 et pRC2, enzyma codificant quae carbarylum in gentisatum convertunt. Contra, enzyma in conversione gentisati ad metabolitas carbonis centrales implicata in chromosomate sita sunt (Hayaatsu et al., 1999). Bacteria generis *Rhizobium*. Stirps AC100, ad conversionem carbarylorum in 1-naphtholum adhibita, plasmidum pAC200 continet, quod genum *cehA* CH codificans portat, ut partem transposonis *Tnceh* circumdati sequentiis insertionis similibus (istA et istB) (Hashimoto et al., 2002). In stirpe Sphingomonas CF06, gen degradationis carbaryl in quinque plasmidis praesens esse creditur: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, et pCF05. Homologia DNA horum plasmidorum alta est, quod duplicationem geni indicat (Feng et al., 1997). In symbionte carbaryl degradante ex duabus speciebus Pseudomonas composito, stirps 50581 plasmidum coniugativum pCD1 (50 kb) continet, quod gen mcd carbaryl hydrolase codificat, dum plasmidum coniugativum in stirpe 50552 enzymum 1-naphthol degradans codificat (Chapalamadugu et Chaudhry, 1991). In stirpe Achromobacter WM111, gen mcd furadan hydrolase in plasmide 100 kb (pPDL11) situm est. Hoc gen in variis plasmidis (100, 105, 115 vel 124 kb) in variis bacteriis ex diversis regionibus geographicis praesens esse demonstratum est (Parekh et al., 1995). In *Pseudomonas* sp. C5pp, omnia gena degradationi carbaryl responsabilia in genoma 76.3 kb sequentiae complectentem sita sunt (Trivedi et al., 2016). Analysis genomi (6.15 Mb) praesentiam 42 MGE et 36 GEI revelavit, quorum 17 MGE in supercontig A (76.3 kb) cum contento G+C asymmetrico medio (54-60 mol%), possibilia translationem genorum horizontalem suggerit (Trivedi et al., 2016). *P. putida* XWY-1 similem ordinationem genorum carbaryl degradantium exhibet, sed haec gena in plasmide sita sunt (Zhu et al., 2019).
Praeter efficaciam metabolicam in gradu biochemico et genomico, microorganismi etiam alias proprietates vel responsa exhibent, ut chemotaxin, modificationem superficiei cellularis, compartimentationem, usum praeferentialem, productionem biosurfactantium, etc., quae eis adiuvant ad metabolizandum inquinamenta aromatica in ambitu contaminato efficacius (Figura 7).
Figura 7. Variae rationes responsus cellularis bacteriorum idealium aromata hydrocarbonia degradantium ad efficientem biodegradationem compositorum polluentium externorum.
Responsa chemotactica habentur factores degradationem inquinantium organicorum augentes in oecosystematibus heterogenee pollutis. (2002) demonstraverunt chemotaxin Pseudomonas sp. G7 ad naphthalenum ratem degradationis naphthaleni in systematibus aquaticis auxisse. Stirps naturalis G7 naphthalenum multo celerius degradavit quam stirps mutans chemotaxi carens. Proteinum NahY (538 aminoacida cum topologia membranae) inventa est co-transcripsi cum genibus viae metacleavage in plasmide NAH7, et sicut transductores chemotaxis, hoc proteinum videtur fungi ut chemoreceptor pro degradatione naphthaleni (Grimm et Harwood 1997). Aliud studium a Hansel et al. (2009) factum demonstravit proteinum esse chemotacticum, sed eius ratem degradationis altam esse. (2011) demonstraverunt responsum chemotacticum Pseudomonas (P. putida) ad naphthalenum gasosum, ubi diffusio phasis gasosae fluxum stabilem naphthaleni ad cellulas effecit, quod responsum chemotacticum cellularum moderabatur. Investigatores hoc modo chemotactico usi sunt ad microbios fabricandos qui degradationis ratem augerent. Studia demonstraverunt vias chemosensorias etiam alias functiones cellulares, ut divisionem cellularem, regulationem cycli cellularis, et formationem biofilm, moderari, ita adiuvantes ad degradationis ratem moderandam. Attamen, huius proprietatis (chemotaxis) ad degradationem efficientem adhibendae pluribus impedimentis impeditur. Obstacula praecipua sunt: ​​(a) receptores paralogi diversi eadem composita/liganda agnoscunt; (b) existentia receptorum alternativorum, id est, tropismus energeticus; (c) differentiae sequentiae significantes in regionibus sensoriis eiusdem familiae receptorum; et (d) defectus informationis de praecipuis proteinis sensoriis bacterialibus (Ortega et al., 2017; Martin-Mora et al., 2018). Interdum, biodegradatio hydrocarbonum aromaticorum multiplices metabolitas/intermedia producit, quae chemotactica esse possunt pro uno grege bacteriorum sed repulsiva pro aliis, processum ulterius complicantes. Ad interactiones ligandorum (hydrocarbonum aromaticorum) cum receptoribus chemicis cognoscendas, proteinas sensorias hybridas (PcaY, McfR, et NahY) construximus, regiones sensorias et signalia Pseudomonas putidae et Escherichia coli coniungendo, quae receptores acidorum aromaticorum, intermediorum TCA, et naphthaleni respective petunt (Luu et al., 2019).
Sub effectu naphthaleni aliorumque hydrocarbonum aromaticorum polycyclicorum (PAH), structura membranae bacterialis et integritas microorganismorum mutationes significantes subeunt. Studia demonstraverunt naphthalenum interactionem catenae acylicae per interactiones hydrophobicas impedire, ita tumorem et fluiditatem membranae augens (Sikkema et al., 1995). Ad hunc effectum detrimentalem compensandum, bacteria fluiditatem membranae regulant mutando rationem et compositionem acidorum pinguium inter acida pinguia catenae ramosae iso/anteiso et isomerizando acida pinguia cis-insaturata in correspondentes trans-isomeros (Heipieper et de Bont, 1994). In Pseudomona stutzeri sub curatione naphthaleni culta, proportio acidorum pinguium saturatorum ad insaturatorum ab 1.1 ad 2.1 crevit, dum in Pseudomona JS150 haec proportio ab 7.5 ad 12.0 crevit (Mrozik et al., 2004). Cum in naphthaleno cultae sunt, cellulae Achromobacter KAs 3-5 aggregationem cellularum circa crystallos naphthaleni et decrementum in carica superficiali cellulari (a -22.5 ad -2.5 mV) cum condensatione cytoplasmatica et vacuolizatione demonstraverunt, mutationes in structura cellulari et proprietatibus superficiei cellulari indicantes (Mohapatra et al., 2019). Quamquam mutationes cellulares/superficiales directe cum meliore absorptione polluentium aromaticorum coniunguntur, pertinentes rationes biotechnologiae nondum plene optimizatae sunt. Manipulatio formae cellularis raro adhibita est ad processus biologicos optimizandos (Volke et Nikel, 2018). Deletio genorum divisionem cellularem afficientium mutationes in morphologia cellulari efficit. Deletio genorum divisionem cellularem afficientium mutationes in morphologia cellulari efficit. In Bacillus subtilis, proteina septi cellularis SepF demonstrata est in formatione septi implicata esse et requiritur ad gradus subsequentes divisionis cellularis, sed non est gen essentiale. Deletio genorum peptidum glycan hydrolasas in *Bacillus subtilis* codificantium elongationem cellularum, auctam ratem incrementi specifici, et meliorem capacitatem productionis enzymorum effecit (Cui et al., 2018).
Compartimentatio viae degradationis carbaryl proposita est ad efficientem degradationem Pseudomonas stirpium C5pp et C7 assequendam (Kamini et al., 2018). Proponitur ut carbaryl in spatium periplasmicum per septum membranae externae et/vel per porina diffusibilia transportetur. CH est enzymum periplasmicum quod hydrolysim carbaryl ad 1-naphtholum, quod stabilius, hydrophobicus et toxicius est, catalysat. CH in periplasmate locatur et affinitatem humilem pro carbaryl habet, ita formationem 1-naphtholi moderans, ita accumulationem eius in cellulis prohibens et toxicitatem eius cellulis minuens (Kamini et al., 2018). 1-naphtholum resultans in cytoplasmam trans membranam internam per partitionem et/vel diffusionem transportatur, et deinde hydroxylatur ad 1,2-dihydroxynaphthalenum ab enzymo altae affinitatis 1NH ad ulteriorem metabolismum in via carbonis centrali.
Quamquam microorganismi facultates geneticas et metabolicas habent ad fontes carbonis xenobioticos degradandos, structura hierarchica eorum utilizationis (id est, usus praeferentialis fontium carbonis simplicium super complexorum) impedimentum magnum biodegradationi est. Praesentia et utilizatio fontium carbonis simplicium gena enzyma codificantia quae fontes carbonis complexos/non praeferentiales, ut PAHs, degradant, imminuit. Exemplum bene investigatum est, cum glucosum et lactosum Escherichia coli simul dantur, glucosum efficacius quam lactosum adhibetur (Jacob et Monod, 1965). Pseudomonas varietatem PAHs et compositorum xenobioticorum ut fontes carbonis degradare relata est. Hierarchia utilizationis fontium carbonis in Pseudomona est acida organica > glucosum > composita aromatica (Hylemon et Phibbs, 1972; Collier et al., 1996). Attamen exceptio est. Curiose, Pseudomonas sp. ... CSV86 structuram hierarchicam singularem exhibet quae hydrocarbones aromaticos (acidum benzoicum, naphthalenum, etc.) potius quam glucosum utitur et hydrocarbones aromaticos cum acidis organicis co-metabolizat (Basu et al., 2006). In hoc bacterio, gena degradationis et translationis hydrocarbonum aromaticorum non deminuuntur, etiam in praesentia secundae fontis carbonis, ut glucosi vel acidorum organicorum. Cum in medio glucosi et hydrocarbonum aromaticorum crevit, observatum est gena translationis et metabolismi glucosi deminui, hydrocarbones aromaticos in prima phase logarithmica, et glucosum in secunda phase logarithmica adhibitos esse (Basu et al., 2006; Choudhary et al., 2017). Ex altera parte, praesentia acidorum organicorum expressionem metabolismi hydrocarbonum aromaticorum non affecit, ita hoc bacterium stirps candidata pro studiis biodegradationis esse expectatur (Phale et al., 2020).
Bene notum est biotransformationem hydrocarbonorum posse causare accentum oxidativum et augmentum enzymorum antioxidantium in microorganismis. Biodegradatio naphthaleni inefficax, sive in cellulis stationariis sive in praesentia compositorum toxicorum, ad formationem specierum oxygenii reactivarum (ROS) ducit (Kang et al. 2006). Cum enzyma naphthalenum degradantia greges ferri-sulfuris continent, sub accentu oxidativo, ferrum in haemo et proteinis ferri-sulfuris oxidabitur, quod ad inactivationem proteinorum ducit. Ferredoxini-NADP+ reductase (Fpr), una cum superoxido dismutase (SOD), mediatur reactio redox reversibilis inter NADP+/NADPH et duas moleculas ferredoxini vel flavodoxini, ita ROS tollens et centrum ferri-sulfuris sub accentu oxidativo restituens (Li et al. 2006). Relatum est et Fpr et SodA (SOD) in Pseudomonas a stressu oxidativo induci posse, et auctae actiones SOD et catalasis in quattuor stirpibus Pseudomonas (O1, W1, As1, et G1) durante accretione sub condicionibus naphthaleno additis observatae sunt (Kang et al., 2006). Studia demonstraverunt additionem antioxidantium, ut acidum ascorbicum vel ferrum ferrosum (Fe2+), posse augere ratem accretionis naphthaleni. Cum Rhodococcus erythropolis in medio naphthaleno crevit, transcriptio genorum cytochromatis P450 cum stressu oxidativo conexorum, inter quae sodA (Fe/Mn superoxide dismutase), sodC (Cu/Zn superoxide dismutase), et recA, aucta est (Sazykin et al., 2019). Analysis proteomica quantitativa comparativa cellularum Pseudomonas in naphthaleno cultarum demonstravit augmentationem variarum proteinarum cum responsione ad stressum oxidativum consociatarum esse strategiam ad stressum superandum (Herbst et al., 2013).
Microorganismi sub actione fontium carbonis hydrophobicorum biosurfactantes producere relatum est. Hi surfactantes sunt composita superficiei activa amphiphilica quae aggregata in interfaciebus olei-aquae vel aeris-aquae formare possunt. Hoc pseudo-solubilizationem promovet et adsorptionem hydrocarbonum aromaticorum facilitat, biodegradationem efficientem efficiens (Rahman et al., 2002). Ob has proprietates, biosurfactantes late in variis industriis adhibentur. Additio surfactantium chemicorum vel biosurfactantium ad culturas bacteriales efficacitatem et ratem degradationis hydrocarbonum augere potest. Inter biosurfactantes, rhamnolipida a Pseudomonas aeruginosa producta late investigata et descripta sunt (Hisatsuka et al., 1971; Rahman et al., 2002). Praeterea, alia genera biosurfactantium includunt lipopeptida (mucina ex *Pseudomonas fluorescens*), emulsificantem 378 (ex *Pseudomonas fluorescens*) (Rosenberg et Ron, 1999), lipida trehalosa disaccharida ex *Rhodococco* (Ramdahl, 1985), licheninum ex *Bacillus* (Saraswathy et Hallberg, 2002), et surfactans ex *Bacillus subtilis* (Siegmund et Wagner, 1991) et *Bacillus amyloliquefaciens* (Zhi et al., 2017). Haec surfactantia potentes tensionem superficialem a 72 dynis/cm² ad minus quam 30 dynis/cm² reducere demonstrata sunt, quod meliorem absorptionem hydrocarbonorum permittit. Relatum est Pseudomonas, Bacillum, Rhodococcus, Burkholderia, aliasque species bacteriales varia biosurfactantia rhamnolipida et glycolipida fundata producere posse cum in mediis naphthalenis et methylnaphthalenis crescunt (Kanga et al., 1997; Puntus et al., 2005). Pseudomonas maltophilia CSV89 biosurfactantem extracellularem Biosur-Pm producere potest cum in compositis aromaticis, ut acido naphthoico, crescit (Phale et al., 1995). Kinetica formationis Biosur-Pm demonstravit synthesim eius esse processum a crescentia et pH dependentem. Inventum est quantitatem Biosur-Pm a cellulis ad pH neutrum productam maiorem esse quam eam ad pH 8.5. Cellulae ad pH 8.5 cultae magis hydrophobicae erant et maiorem affinitatem pro compositis aromaticis et aliphaticis habebant quam cellulae ad pH 7.0 cultae. In Rhodococcus spp. N6, maior proportio carbonii ad nitrogenium (C:N), et limitatio ferri sunt condiciones optimae ad productionem biosurfactantium extracellularium (Mutalik et al., 2008). Conatus facti sunt ad biosynthesis biosurfactantium (surfactinorum) emendandam per optimizationem stirpium et fermentationis. Attamen, titulus surfactantis in medio culturae humilis est (1.0 g/L), quod provocationem praebet productioni magnae scalae (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Quapropter, methodi geneticae machinationis adhibitae sunt ad eius biosynthesis emendandam. Attamen, eius modificatio machinalis difficilis est propter magnitudinem magnam operonis (∼25 kb) et complexam regulationem biosyntheticam systematis quorum sensing (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019). Plures modificationes geneticae in bacteriis *Bacillus* factae sunt, imprimis ad augendam productionem surfactini per substitutionem promotoris (operonis srfA), superexpressionem proteini exportationis surfactini YerP et factorum regulatorum ComX et PhrC (Jiao et al., 2017). Attamen hae methodi geneticae tantum unam vel paucas modificationes geneticas effecerunt et nondum productionem commercialem attigerunt. Quapropter, ulterius studium methodorum optimizationis scientia fundatarum necessarium est.
Studia biodegradationis PAH plerumque sub condicionibus laboratorium normalibus peraguntur. Attamen, in locis contaminatis vel in ambitu contaminato, multi factores abiotici et biotici (temperatura, pH, oxygenium, disponibilitas nutrimentorum, biodisponibilitas substrati, alia xenobiotica, inhibitio producti finalis, etc.) capacitatem degradationis microorganismorum alterare et afficere demonstrati sunt.
Temperatura magnum effectum in biodegradationem PAH habet. Cum temperatura crescit, concentratio oxygenii dissoluti decrescit, quod metabolismum microorganismorum aerobicorum afficit, cum oxygenium moleculare requirant ut unum e substratis pro oxygenasibus quae reactiones hydroxylationis vel scissionis anuli perficiunt. Saepe notatur temperaturam elevatam PAH parentales in composita toxiciora convertere, ita biodegradationem inhibens (Muller et al., 1998).
Observatum est multa loca PAH contaminata valores pH extremos habere, ut loca contaminata ex fodinis acidis (pH 1-4) et loca gasificationis gasis naturalis/carbonis lixiviatione alcalina contaminata (pH 8-12). Hae condiciones processum biodegradationis graviter afficere possunt. Ergo, antequam microorganismi ad bioremediationem adhibeantur, commendatur ut pH accommodetur addendo chemica idonea (cum potentia oxidationis-reductionis moderata ad perinfimam) ut ammonii sulfas vel ammonii nitras pro solis alcalinis vel calce cum calcii carbonato vel magnesii carbonato pro locis acidis (Bowlen et al. 1995; Gupta et Sar 2020).
Copia oxygenii ad aream affectam est factor limitans celeritatem biodegradationis PAH. Ob condiciones redox ambitus, processus bioremediationis in situ plerumque requirunt introductionem oxygenii ex fontibus externis (aratione, aere spargando, et additione chemica) (Pardieck et al., 1992). Odenkranz et al. (1996) demonstraverunt additionem magnesii peroxidi (compositum oxygenium liberans) ad aquiferum contaminatum efficaciter composita BTEX bioremediare posse. Aliud studium degradationem in situ phenoli et BTEX in aquiferum contaminatum investigavit iniectione nitratis natrii et constructione puteorum extractionis ad bioremediationem efficientem consequendam (Bewley et Webb, 2001).