Artikel nyoe nakeuh bagian dari topik penelitian “Teknologi bioremediasi canggih dan proses daur ulang senyawa organik sintetis (SOC)”. Neukalön mandum 14 boh artikel .
Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) nyang brat molekul jih miyub lagee naftalen ngon naftalen nyang geugantoe (metilnaftalen, asam naftat, 1-naftil-N-metilkarbamat, ngon laen-laen) le that geungui lam meubagoe industri ngon genotoksik ngon karosinik atawa mutagenisme. Seunyawa organik sintetis (SOC) atawa xenobiotik nyoe geu anggap seubagoe polutan prioritas ngon jeut keu ancaman brat keu lingkungan global ngon kesehatan masyarakat. Intensitas kegiatan manusia (misaljih gasifikasi arang, pemurnian minyeuk, emisi kendaraan ngon aplikasi pertanian) geupeuteuntèe konsentrasi, nasib ngon transportasi senyawa-senyawa nyang na dipat-pat mantong ngon teutap nyoe. Seulaen metode pengolahan/peugadeh fisik ngon kimia, teknologi ijo ngon ramah lingkungan lagee bioremediasi, nyang memanfaatkan mikroorganisme nyang jeut sepenuh jih ji degradasi POC atawa ji ubah jeut keu produk sampingan nyang hana toksik, kaleuh muncul seubagoe alternatif nyang aman, hemat biaya ngon pro. Ladom spesies bakteri yang termasuk bak filum proteobacteria meubagoe senyawa organik. Studi metabolisme, genomik, ngon analisis metagenomik membantu geutanyoe meuphom kompleksitas ngon keragaman katabolik nyang na lam bentuk kehidupan sederhana nyoe, nyang jeuet diterapkan leubeh lanjot keu biodegradasi nyang efisien. Keberadaan PAH lam jangka panyang kaleuh meuhasekan muncul jih fenotip degradasi baroe melalui transfer gen horizontal nyang menggunakan elemen genetik lagee plasmid, transposon, bakteriofag, pulau genom, ngon elemen konjugatif integratif. Sistem biologi ngon rekayasa genetika dari isolasi atawa komunitas model terteunte (konsorsium) jeut geu mungkenkan bioremediasi nyang komprehensif, bagah ngon efisien dari PAH nyo melalui efek sinergis. Lam tinjauan nyoe, kamoe fokus bak jalur metabolisme ngon keragaman nyang berbeda, komposisi ngon keragaman genetik, ngon respon/adaptasi seluler naftalen ngon bakteri nyang meudegradasi naftalen nyang geugantoe. Nyo akan geubri informasi ekologis keu aplikasi lapangan ngon optimasi regangan keu bioremediasi nyang efisien.
Peukeumang industri nyang bagah (petrokimia, pertanian, ubat-ubat, peuwarna tekstil, kosmetik, ngon la'én-la'én) ka meukontribusi keu keumakmuran ekonomi global ngon meutamah standar udep. Perkembangan eksponensial nyo kaleuh meuhasekan produksi sejumlah rayek senyawa organik sintetis (SOC), yeng dipakek untuk meuproduksi berbagai produk. Seunyawa aseng atawa SOC nyoe meunan cit hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH), pestisida, herbisida, plastifikator, peuwarna, ubat-ubat, organofosfat, bahan peutheun apui, pelarut organik nyang mudah meubalek, dan laen-laen. efek nyang meurusak bak meubagoe biobentuk rot perubahan sifeut fisikokimia ngon struktur komunitas (Petrie dkk., 2015; Bernhardt dkk., 2017; Sarkar dkk., 2020). Le that polutan aromatik nyang na dampak nyang teuga ngon peuhanco bak le that ekosistem/teumpat panas keanekaragaman hayati nyang utoh (misaljih karang, lapisan es Arktik/Antartika, danau gunong nyang manyang, sedimen la'ôt dalam, ngon la'én-la'én) (Jones 2010; Beyer dkk. 2020; Nord20 dkk. 2020; Nord20 dkk.). Studi geomikrobiologi baroe-baroe nyoe ka geupeuleumah bahwa pengendapan bahan organik sintetis (misal jih polutan aromatik) ngon turunan jih bak permukaan struktur buatan (lingkungan nyang ka geubangun) (misal jih situs warisan budaya ngon tugu nyang geupeugot dari granit, batee, kayee ngon logam) geupeuceupat degradasi jih (Lidd2.81). Kegiatan manusia jeuet geupeugot ngon geupeuburuk degradasi biologis tugu ngon bangunan rot polusi udara ngon perubahan iklim (Liu et al. 2020). Kontaminan organik nyoe meureaksi ngon uap ie lam atmosfir ngon meu-ulang bak struktur, nyang jeuet keu seubab degradasi fisik ngon kimia bahan. Biodegradasi diakui seucara luah seubagoe perubahan nyang hana diinginkan bak penampilan ngon sifeut bahan nyang diseubabkan le organisme udep nyang mempengaroh pelestarian jih (Pochon ngon Jaton, 1967). Tindakan mikroba leubeh lanjot (metabolisme) dari senyawa-senyawa nyoe jeut geupeukureung integritas struktural, efektivitas konservasi ngon nilai budaya (Gadd, 2017; Liu dkk., 2018). Di sisi laen, lam padum-padum boh kasus, adaptasi mikroba keu ngon respon keu struktur nyoe ka jiteumee bermanfaat kareuna membentuk biofilm ngon kerak peulindong laen nyang mengurangi laju peluruhan/dekomposisi (Martino, 2016). Kareuna nyan, peukeumang strategi konservasi nyang meulanjut lam jangka panyang nyang efektif keu tugu-tugu batèë, logam ngon kayèë peureulèë pemahaman nyang meuluwah keu proses-proses kunci nyang teulibat lam proses nyoe. Dibandeng ngen proses alam (proses geologis, apui uteun, letusan gunong meurapi, reaksi tumbuhan ngon bakteri), kegiatan manusia meuhasekan peulheuh volume rayek hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) ngon karbon organik laen jih (OC) u dalam ekosistem. Le PAH nyang geungui lam bideuëng peurtanian (insektisida ngon pestisida lagèe DDT, atrazin, karbaril, pentaklorofenol, ngon la'én-la'én), industri (minyeuk manyang, lumpur/limbah minyeuk, plastik nyang meuasai nibak minyeuk bumoe, PCB, plastifikator, deterjen ngon produk disinfektan pribadi, (tabir mata uroe, disinfektan, bahan peularang serangga ngon kasturi polisiklik) ngon amunisi (bahan beureutoh lagee 2,4,6-TNT) nakeuh xenobiotik potensial nyang jeuet meudampak keu kesehatan planet (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna ngon Phale, 2008; Petrie et al.5). Daftar nyoe jeuet geupeuluwah keu geupeutamong senyawa nyang meuasai nibak minyeuk bumoe (minyeuk bahan bakar, pelumas, aspalten), bioplastik nyang brat molekul jih manyang, ngon cairan ionik (Amde et al., 2015). Tabel 1 geucetak meubagoe polutan aromatik ngon aplikasi jih lam meubagoe industri. Lam padum thôn nyoe, emisi antropogenik senyawa organik nyang mudah meuubah, meunan cit karbon dioksida ngon gas rumoh kaca la'én, ka mulai meutamah (Dvorak et al., 2017). Namun, dampak antropogenik secara signifikan leubeh dari dampak alam. Seulaen nyan, kamoe meuteumee bahwa sejumlah SOC teutap na di le lingkungan lingkungan dan ka diidentifikasi seubagoe polutan nyang teungoh muncul deungon efek buruk ateuh bioma (Gambar 1). Badan lingkungan lagee Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (USEPA) kaleuh geupeutamong le polutan nyo lam daftar prioritas awak nyan kareuna sifeut sitotoksik, genotoksik, mutagenik, ngon karsinogenik. Kareuna nyan, peraturan pembuangan nyang ketat ngon strategi nyang efektif keu pengolahan/peugadeh limbah dari ekosistem nyang ka terkontaminasi dipeureulee. Meubagoe cara peugot fisik ngon kimia lagee pirolisis, peugot termal oksidatif, aerasi udara, TPA, pembakaran, dan laen-laen hana efektif ngon meuhai ngon meuhasekan produk sampingan nyang korosif, toksik ngon payah dipeulaku. Deungon meutamah kesadaran lingkungan global, mikroorganisme nyang jeuet geupeureuloh polutan nyoe ngon turunan jih (lagee halogen, nitro, alkil ngon/atau metil) jeuet keu daya tarek perhatian nyang meutamah (Fennell dkk., 2004; Haritash ngon Kaushik dkk. nyang laen, 2020; Peugunaan mikroorganisme calon asli nyo manteng atawa lam budaya campuran (koloni) keu peugadeh polutan aromatik na keuntungan lam hal keamanan lingkungan, biaya, efisiensi, efektivitas, ngon kelestarian. Para peneliti pih teungoh ji jeulajah integrasi proses mikroba ngon metode redoks elektrokimia, yaitu sistem bioelektrokimia (BES), seubagoe teknologi nyang menjanjikan keu pengolahan/peugadeh polutan (Huang et al., 2011). Teknologi BES ka meutarek perhatian nyang seumaken rayeuk kareuna efisiensi nyang tinggi, biaya nyang miyub, keamanan lingkungan, operasi suhu ruangan, bahan biokompatibel, ngon kemampuan keu meurumpok lom produk sampingan nyang meuhareuga (misal jih, listrek, bahan bakar, ngon bahan kimia) (Pant et al., 2012, Na.20; Muncul jih urutan genom throughput tinggi ngon alat/metode omics kaleuh geubri le informasi baroe teuntang regulasi genetik, proteomik, ngon fluksomik reaksi berbagai mikroorganisme degradasi. Meugabongkan alat-alat nyoe ngen biologi sistem kaleuh leubeh lanjot meningkatkan pemahaman tanyoe tentang seleksi ngon penyetelan jalur katabolik target bak mikroorganisme (yaitu, desain metabolisme) keu mencapai biodegradasi nyang efisien ngon efektif. Untuk geurancang strategi bioremediasi nyang efektif geu pakek mikroorganisme calon nyang sesuai, tanyo perle ta meuphom potensi biokimia, keragaman metabolisme, komposisi genetik, ngon ekologi (autoekologi/sinekologi) mikroorganisme.
Gambar 1. Sumber ngon jalur PAH molekul rendah melalui berbagai lingkungan lingkungan ngon berbagai faktor nyang mempengaruhi biota. Gareh putus-putus mewakili interaksi antara elemen ekosistem.
Lam tinjauan nyoe, kamoe ka meuuseuha meurangkuman data teuntang degradasi PAH sederhana lagee naftalen ngon naftalen nyang digantoh le berbagai isolasi bakteri nyang mencakup jalur metabolisme ngon keragaman, enzim nyang terlibat lam degradasi, komposisi/asoe gen ngon keragaman, respon seluler dari berbagai aspek bimediore. Meuphom tingkat biokimia ngon molekuler akan ji bantu lam ji identifikasi strain inang nyang sesuai ngon rekayasa genetika awak nyan leubeh lanjot keu bioremediasi nyang efektif dari polutan prioritas lagee nyan. Nyoe akan geubantu lam geukembangkan strategi keu geubentuk konsorsium bakteri spesifik situs keu bioremediasi nyang efektif.
Na sejumlah rayek senyawa aromatik nyang toksik ngon berbahaya (meupeunoh aturan Huckel 4n + 2π elektron, n = 1, 2, 3, ...) jeut keu ancaman nyang brat keu berbagai media lingkungan lagee udara, tanoh, sedimen, ngon alPlisi0 et.7). Seunyawa-senyawa nyoe na encin benzena tunggal (monosiklik) atawa le encin benzena (polisiklik) nyang geuatoe lam bentuk linier, sudot atawa gugus ngon geupeuleumah stabilitas (stabilitas/hana stabilitas) lam lingkungan kareuna energi resonansi negatif nyang tinggi ngon inersia (inersia), nyang jeuet dipeujeulaih le keuadaan hidrofobisi ngon reduksi jih. Bak watee encin aromatik nyan leubeh lanjot geugantoe le kelompok metil (-CH3), karboksil (-COOH), hidroksil (-OH), atawa sulfonat (-HSO3), encin nyan jeuet leubeh stabil, na afinitas nyang leubeh teuga keu makromolekul, ngon bioakumulatif lam sistem biologis (Seo dkk., al209; Padum-padum boh hidrokarbon aromatik polisiklik brat molekul miyub (LMWAH), lagee naftalen ngon turunan jih [metilnaftalen, asam naftoat, naftalensulfonat, ngon 1-naftil N-metilkarbamat (karbaril)], ka geupeutamong lam daftar organ prioritas Provitron AS. genotoksik, mutagen, ngon/atau karsinogenik (Cerniglia, 1984). Peuleupah glah NM-PAH nyoe u lingkungan jeut keu akibat bioakumulasi senyawa nyoe bak mandum tingkat rantai makanan, sampoe meupeungaroh keu kesehatan ekosistem (Binkova dkk., 2000; Srogi, 2007; Quinn dkk., 2009).
Sumber ngon jalur PAH keu biota terutama melalui migrasi ngon interaksi antara komponen ekosistem nyang berbeda lagee tanoh, ie tanoh, ie permukaan, tanaman ngon atmosfer (Arey ngon Atkinson, 2003). Gambar 1 geutunyok interaksi ngon distribusi PAH brat molekul rendah nyang berbeda lam ekosistem ngon jalur jih keu paparan biota/manusia. PAH dipeusapat bak permukaan akibat polusi udara ngon rot migrasi (penyimpangan) emisi kendaraan, gas buangan industri (gasifikasi arang batu, pembakaran ngon produksi koks) ngon peusapat jih. Kegiatan industri lagee peugot tekstil sintetis, pewarna ngon cat; peutheun kayee; peugot karet; kegiatan peugot semen; peugot pestisida; dan aplikasi pertanian nakeuh sumber utama PAH lam sistem darat ngon laot (Bamforth ngon Singleton, 2005; Wick dkk., 2011). Studi ka geupeuleumah bahwa tanoh di daerah pinggiran kota ngon perkotaan, toe jalan raya, ngon di kota-kota rayeuk leubeh mudah keunong hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) kareuna emisi dari pembangkit listrek, peusuum teumpat tinggai, beban lalu lintas udara ngon jalan, ngon kegiatan konstruksi (Suman et al20,6). (2008) geupeuleumah bahwa PAH lam tanoh toë ngon jalan di New Orleans, Louisiana, Amerika Serikat manyang jih sampoë 7189 μg/kg, seudangkan bak teumpat teubuka, PAH nyan mantong 2404 μg/kg. Meunan cit, kadar PAH nyang manyang jih 300 μg/kg ka geulaporkan di daerah-daerah nyang toe ngon teumpat gasifikasi arang batu di padum-padum boh kota AS (Kanaly ngon Harayama, 2000; Bamforth ngon Singleton, 2005). Tanoh nibak meubagoë banda India lagèë Delhi (Sharma dkk., 2008), Agra (Dubey dkk., 2014), Mumbai (Kulkarni ngon Venkataraman, 2000) ngon Visakhapatnam (Kulkarni dkk., 2014) ka geulaporkan na konsentrasi PAH nyang tinggi. Seunyawa aromatik leubeh mudah jiseurap bak partikel tanoh, bahan organik ngon mineral tanoh kliet, sampoe jeuet keu tenggelam karbon utama lam ekosistem (Srogi, 2007; Peng dkk., 2008). Sumber utama PAH lam ekosistem akuatik nakeuh curah ujeuen (curah ujeuen basah/tho ngon uap ie), ilé kota, debit ie limbah, pengisian ulang ie tanoh dan laen-laen (Srogi, 2007). Dipeukira na kira-kira 80% PAH lam ekosistem la'ôt nyang meuasai nibak curah ujeuen, sedimentasi, ngon pembuangan limbah (Motelay-Massei dkk., 2006; Srogi, 2007). Konsentrasi PAH nyang leubeh manyang lam ie permukaan atawa limbah dari teumpat pembuangan limbah padat akhejih bocor u dalam ie tanoh, nyang jeut keu ancaman rayeuk keu kesehatan masyarakat kareuna leubeh dari 70% penduduk di Asia Selatan ngon Tenggara jiep ie tanoh (Duttagupta et al., 2019). Saboh penelitian baroe-baroe nyoe le Duttagupta dkk. (2020) nibak analisis kruëng (32) ngon ië tanoh (235) nibak Benggala Barat, India, geuteumeung bahwa kira-kira 53% penduduk banda ngon 44% penduduk gampong (jumlah 20 juta penduduk) mungkén keunong turunan naphthalene (4,9–10,6). Pola penggunaan lahan nyang beda ngon peningkatan ekstraksi ie tanoh dianggap seubagoe faktor utama nyang mengontrol transportasi vertikal (adveksi) PAH deungon brat molekul miyub di yup permukaan. Ilé pertanian, debit ië limbah kota ngon industri, ngon debit limbah padat/sampah ka meuteumeung keunong PAH lam lembah kruëng ngon sedimen di miyup tanoh. Curah ujeuen atmosfer leubeh ji peuburuk polusi PAH. Konsentrasi PAH ngon turunan alkil jih nyang tinggi (51 lam jumlah) ka geulaporkan bak krueng/DAS di mandum donya, lagee krueng Fraser, krueng Louan, krueng Denso, krueng Missouri, krueng Anacostia, krueng Ebro, ngon krueng Delaware (Yunker dkk., 2002; Motelay-al.2,0). 2010; Amoako ngon rakan-rakan, 2011; Lam sedimen lembah kruëng Gangga, naftalen ngon fenantrena geuteumeung nyang paléng signifikan (geuteumeung bak 70% sampel) (Duttagupta dkk., 2019). Leubeh nibak nyan, penelitian ka geupeuleumah bahwa klorinasi ie jiep jeut keu seubab pembentukan PAH oksigen ngon klorin nyang leubeh toksik (Manoli ngon Samara, 1999). PAH meutamah lam sereal, boh-boh ngon sayuran akibat dari serap le tanaman dari tanoh nyang ka terkontaminasi, ie tanoh ngon curah ujeuen (Fismes et al., 2002). Le organisme laot lagee eungket, kerang, kerang ngon udang nyang terkontaminasi ngon PAH melalui konsumsi makanan ngon ie laot nyang terkontaminasi, seureuta melalui jaringan ngon kulet (Mackay ngon Fraser, 2000). Cara taguen/peugot lagee panggang, panggang, asap, goreng, thoe, panggang ngon taguen arang pih jeut keu seubab jumlah PAH nyang signifikan lam makanan. Nyoe le that meugantung bak pilehan bahan asap, kandungan hidrokarbon fenolik/aromatik, prosedur taguen, jeuneh peumasak, kandungan kelembaban, pasokan oksigen ngon suhu pembakaran (Guillén dkk., 2000; Gomes dkk., 2013). Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) pih ka jiteumee lam susu bak konsentrasi nyang bervariasi (0,75-2,1 mg/L) (Girelli dkk., 2014). Akumulasi PAH nyoe lam makanan pih meugantung bak sifeut fisikokimia makanan, seudangkan efek toksik jih na hubungan ngon fungsi fisiologis, aktivitas metabolisme, penyerapan, distribusi ngon distribusi tuboh (Mechini et al., 2011).
Toksisitas ngon efek bahaya dari hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) ka trep that jiteupeu (Cherniglia, 1984). Hidrokarbon aromatik polisiklik brat molekul miyub (LMW-PAH) (dua sampoe lhee encin) jeuet meuikat seucara kovalen bak pelbagai makromolekul lagee DNA, RNA ngon protein ngon karsinogenik (Santarelli dkk., 2008). Kareuna sipheuet hidrofobik jih, gobnyan dipisahkan uleh membran lipid. Bak manusia, sitokrom P450 monooksigenase mengoksidasi PAH jeut keu epoksida, na padum-padum boh nyang that reaktif (misal jih, epoksida baediol) ngon jeut menyebabkan transformasi sel normal jeut keu sel ganas (Marston et al., 2001). Seulaen nyan, produk transformasi PAH lagee kinon, fenol, epoksida, diol, ngon laen-laen leubeh toksik dibandeng senyawa induk. Ladom PAH ngon perantara metabolisme jih jeuet mempengaruhi hormon ngon berbagai enzim lam metabolisme, sampoe mempengaruhi pertumbuhan, sistem saraf pusat, sistem reproduksi ngon imun. Paparan jangka paneuk keu PAH nyang brat molekul jih rendah ka geulaporkan jeut keu seubab gangguan fungsi paru-paru ngon trombosis bak ureung asma ngon jeut keu peuningkatan resiko kanker kulet, paru-paru, kantong kemih ngon saluran pencernaan (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011). Penelitian bak binatang pih kaleuh geutunyok bahwa paparan PAH jeut na efek brok bak fungsi ngon perkembangan reproduksi dan jeut menyebabkan katarak, kerusakan ginjal ngon hate, ngon peunyaket kuning. Ladom produk biotransformasi PAH lagee diol, epoksida, kinon ngon radikal bebas (kation) kaleuh teubukti membentok aduk DNA. Aduk nyang stabil kaleuh terbukti jeut mengubah meusen replikasi DNA, sedangkan aduk nyang hana stabil jeut depurinasi DNA (terutama keu adenin ngon kadang-kadang keu guanin); mandua nyan jeuet jipeuhase keusalahan nyang jeuet keu mutasi (Schweigert dkk. 2001). Seulaen nyan, kinon (benzo-/pan-) jeut menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS), menyebabkan kerusakan fatal bak DNA ngon makromolekul laen, sampoe mempengaruhi fungsi/kelangsungan udep jaringan (Ewa ngon Danuta 2017). Paparan kronis bak konsentrasi piren, bifenil ngon naftalen nyang rendah ka geulaporkan jeut keu seubab kanker bak binatang percobaan (Diggs et al. 2012). Kareuna toksisitas jih nyang jeuet keu mate, peugleh/peugadeh PAH nyoe dari teumpat nyang keunong/terkontaminasi nakeuh prioritas.
Meubagoe cara fisik ngon kimia ka geungui keu geupeugadeh PAH dari teumpat/lingkungan nyang ka terkontaminasi. Proses lage insinerasi, deklorinasi, oksidasi UV, fiksasi, ngon ekstraksi pelarut na le kekurangan, termasok pembentukan produk sampingan toksik, kompleksitas proses, masalah keamanan ngon peraturan, efisiensi nyang miyub, ngon biaya nyang meuhai. Namun, biodegradasi mikroba (jikheun bioremediasi) adalah pendekatan alternatif nyang menjanjikan nyang meulibatkan penggunaan mikroorganisme lam bentuk kultur atawa koloni murni. Dibandeng ngon cara fisik ngon kimia, proses nyoe ramah lingkungan, hana invasif, ekonomis, ngon berkelanjutan. Bioremediasi jeuet geupeugot bak teumpat nyang keunong (in situ) atawa bak teumpat nyang ka geupeusiap khusus (ex situ) ngon kareuna nyan geuanggap seubagoe cara remediasi nyang leubeh berkelanjutan nibak cara fisik ngon kimia tradisional (Juhasz ngon Naidu, 2000; Andreoni ngon Gianfreda dkk. 2020; Sarkar dkk, 2020).
Meuphom langkah-langkah metabolisme mikroba nyang teulibat lam degradasi polutan aromatik na implikasi ilmiah ngon ekonomi nyang that rayeuk keu kelestarian ekologi ngon lingkungan. Kira-kira 2,1×1018 gram karbon (C) geukeubah lam sedimen ngon seunyawa organik (yaitu, minyeuk, gas alam, ngon arang batu, yaitu, bahan bakar fosil) di mandum donya, nyang geubri kontribusi nyang signifikan keu siklus karbon global. Namun, industrialisasi nyang bagah, ekstraksi bahan bakar fosil, ngon kegiatan manusia geupeuhabéh waduk karbon litosfer nyoe, geupeuleupah kira-kira 5,5×1015 g karbon organik (seubagoe polutan) u atmosfer tiep thôn (Gonzalez-Gaya et al., 2019). Seubagian rayek karbon organik nyoe itamong lam ekosistem terestrial ngon laot rot sedimentasi, transportasi, ngon aliran ië. Seulaen nyan, polutan sintetis baro nyang berasal dari bahan bakar fosil, lagee plastik, plastifikator ngon stabilizer plastik (ftalat ngon isomer jih), brat that mencemari ekosistem laot, tanoh ngon akuatik ngon biota jih, sampoe meupeuparah resiko iklim global. Meubagoe jeuneh mikroplastik, nanoplastik, fragmen plastik ngon produk monomer toksik jih nyang meuasai dari polietilen tereftalat (PET) ka meukumpôi di Samudra Pasifik antara Amerika Utara ngon Asia Tenggara, meubentuk "Tampalan Sampah Pasifik Raya", meurusak kehidupan la'ôt (Newell et al., 2020). Kajian ilmiah ka geubuktikan bahwa hana mungkén geupeugadeh polutan/limbah lagèë nyan deungon cara fisik atawa kimia peuë mantong. Lam konteks nyoe, mikroorganisme nyang paleng meuguna nakeuh nyang jeuet metabolisme polutan seucara oksidatif jeuet keu karbon dioksida, energi kimia ngon produk sampingan non-toksik laen jih nyang akhe jih jitamong lam proses siklus nutrisi laen jih (H, O, N, S, P, Fe, dan laen-laen). Deungon lagee nyan, meuphom ekofisiologi mikroba mineralisasi polutan aromatik ngon kontrol lingkungan jih that peunteng keu geunilai siklus karbon mikroba, anggaran karbon gleh ngon resiko iklim di masa ukeu. Meunyo ta ingat keubutuhan mendesak keu tapeugadeh senyawa lagee nyan dari lingkungan, meubagoe eko-industri nyang geufokus bak teknologi gleh ka muncul. Atawa, valorisasi limbah industri/bahan kimia limbah nyang meutamah lam ekosistem (yaitu pendekatan limbah keu kekayaan) geuanggap seubagoe salah saboh pilar ekonomi meulingka ngon tujuan pembangunan berkelanjutan (Close et al., 2012). Oleh kareuna nyan, meuphom aspek metabolisme, enzimatik ngon genetik dari calon degradasi potensial nyoe that peunteng keu peugadeh ngon bioremediasi nyang efektif dari polutan aromatik lagee nyan.
Di antara le polutan aromatik, kamoe meubri perhatian khusus keu PAH nyang bermolekul rendah lagee naftalen ngon naftalen nyang geugantoe. Senyawa-senyawa nyoe nakeuh komponen utama bahan bakar nyang berasal dari minyeuk bumoe, pewarna tekstil, produk konsumsi, pestisida (bola ngengat ngon ubat peularang serangga), plastifikator ngon tanin ngon kareuna nyan ka meuseubar luah lam le ekosistem (Preuss et al., 2003). Laporan baroe-baroe nyoe geutunyok akumulasi konsentrasi naftalen lam sedimen akuifer, ie tanoh ngon tanoh di miyup tanoh, zona vadose ngon dasar krueng, nyang geutunyok bioakumulasi jih lam lingkungan (Duttagupta et al., 2019, 2020). Tabel 2 geurangkum sifeut fisikokimia, aplikasi ngon efek kesehatan naphthalene ngon turunan jih. Dibandingkan deungon PAH bermolekul tinggi laen jih, naphthalene ngon turunan jih kureung hidrofobik, leubeh larut lam ie ngon tersebar luah lam ekosistem, sehingga awak nyan seureng dipakek seubagoe substrat model untok meurunoe metabolisme, genetika ngon keragaman metabolisme PAH. Seujumlah rayek mikroorganisme jeuet geumetabolisme naftalen ngon turunan jih, ngon na informasi nyang komprehensif teuntang jalur metabolisme, enzim ngon fitur pengaturan jih (Mallick dkk., 2011; Phale dkk., 2019, 2020). Seulaen nyan, naphthalene ngon turunan jih geutunyok seubagoe seunyawa prototipe keu penilaian polusi lingkungan kareuna kelimpahan ngon bioavailabilitas jih nyang tinggi. Badan Perlindungan Lingkungan AS geukira bahwa rata-rata kadar naftalen nakeuh 5,19 μg per meter kubik dari asap rukok, terutama dari pembakaran nyang hana leungkap, ngon 7,8 sampoe 46 μg dari asap aliran samping, seudangkan paparan kreosot ngon naphthalene high10uss (1,000). ngon 2003). Naphthalene khusus jih kaleuh diteume na toksisitas ngon karsinogenitas pernapasan spesifik spesies, wilayah, ngon jeuneh kelamin. Berdasarkan penelitian binatang, Badan Penelitian Kanker Internasional (IARC) kaleuh geuklasifikasikan naftalen seubagoe "mungken karsinogen manusia" (Kelompok 2B)1. Paparan naftalen nyang ka geugantoe, terutama ngon cara geuhirup atawa geubri parenteral (oral), jeuet keu seubab luka jaringan paru-paru ngon geupeuék keujadian tumor paru-paru bak tikoh ngon tikoh (Program Toksikologi Nasional 2). Efek akut nakeuh mual, muntah, sakét pruët, diare, sakét ulèe, bingong, meuruoh nyang le, demam, takikardia, dan laén-laén. manusia dan ka terbukti jeut keu penghambat asetilkolinesterase nyang menyebabkan lumpuh (Smulders dkk., 2003; Bulen dan Distel, 2011). Oleh kareuna nyan, meuphom mekanisme degradasi mikroba, regulasi genetik, reaksi enzimatik ngon seluler that peunteng keu geukembangkan strategi bioremediasi lam lingkungan nyang terkontaminasi.
Tabel 2. Informasi nyang rinci teuntang sifeut fisikokimia, penggunaan, cara identifikasi ngon peunyaket nyang meukaet ngon naftalen ngon turunan jih.
Lam relung nyang ka tercemar, polutan aromatik hidrofobik ngon lipofilik jeuet menyebabkan berbagai efek seluler bak mikrobioma lingkungan (komunitas), lagee perubahan fluiditas membran, permeabilitas membran, bengkak lapisan ganda lipid, gangguan transfer energi (rante transportasi membran proproton). (Sikkema ngon rakan-rakan, 1995). Seulaen nyan, meupadum bahan perantara nyang larut lagee katekol ngon kinon menghasekan spesies oksigen reaktif (ROS) ngon membentuk aduk deungon DNA ngon protein (Penning et al., 1999). Deungon lagee nyan, kelimpahan senyawa lagee nyan lam ekosistem geubri tekanan selektif keu komunitas mikroba keu jeut keu degradasi nyang efisien bak berbagai tingkat fisiologis, termasuk pengambilan/transportasi, transformasi intraseluler, asimilasi/pemanfaatan, ngon kompartementalisasi.
Pencarian Proyek Database Ribosom-II (RDP-II) ji peugah bahwa total 926 spesies bakteri ji isolasi dari media atawa kultur pengayaan nyang terkontaminasi ngen naftalen atawa turunan jih. Keulompok proteobakteri na jumlah perwakilan nyang paleng le (n = 755), geu ikuti oleh firmikut (52), bakteriut (43), aktinobakteri (39), tenerikut (10), ngon bakteri nyang hana geu klasifikasikan (8) (Gambar 2). Perwakilan γ-proteobakteri (pseudomonadales ngen Xanthomonadales) mendominasi mandum kelompok gram negatif ngen kandungan G+C yang tinggi (54%), sedangkan klostridiales ngen basila (30%) adalah kelompok gram positif ngen kandungan G+C yang rendah. Pseudomonas (jumlah paleng le, 338 spesies) dilaporkan jeut mendegradasi naphthalene ngon turunan metil jih lam berbagai ekosistem nyang tercemar (tar arang batu, minyeuk bumoe, minyeuk manyang, lumpur, tumpahan minyeuk, ie limbah, limbah organik ngon sedimen intact) seureuta, ie lam tanoh) (Gambar 2). Leubeh nibak nyan, studi pengayaan ngen analisis metagenomik bak padum-padum boh daerah nyoe geu peugah bahwa spesies Legionella ngen Clostridium yang hana dibudidayakan mungken na kapasitas degradasi, nyan menunjukkan kebutuhan keu dibudidayakan bakteri nyoe keu meuruno jalur baroe ngen keragaman metabolisme.
Gambar 2. Keanekaragaman taksonomi ngon distribusi ekologis perwakilan bakteri lam lingkungan nyang terkontaminasi ngon naftalen ngon turunan naftalen.
Di antara berbagai mikroorganisme nyang mendegradasi hidrokarbon aromatik, sebagian rayeuk mampu mendegradasi naftalen seubagoe saboh-saboh jih sumber karbon ngon energi. Urutan kejadian nyang terlibat lam metabolisme naftalen kaleuh geujelaskan keu pseudomonas sp. (Strain: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 dan CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 dan strain laen (ND6 dan AS1) (Mahajan dkk., 1994; Metabolisme dimulai le dioksigenase multikomponen [naftalen dioksigenase) nyang mengkatalisis oksidasi encin uoksigenasi laen jih. meuubah naftalen jeuet keu cis-naftalendiol (Gambar 3 Cis-dihidrodiol geuubah jeuet keu 1,2-dihidroksinaftalen lé saboh dehidrogenase nyang meubelah lingkaran, 1,2-dihidroksinaftalen dioksigenase (12DHNDO,2). Asam 2-hidroksikromen-2-karboksilat isomerisasi cis-trans enzimatik menghasekan trans-o-hidroksibenzilidenpiruvat, nyang dipeulah uleh hidratase aldolase jeuet aldehida salisilat ngon piruvat, asam organik nyang berasoe dari karbon piruvat langsong. Salisilaldehida nyang bergantung bak NAD+ geuubah salisilaldehida jeut keu asam salisilat. degradasi naftalen geumulai lé naftalen 2,3-dioksigenase keu geubentuk 2,3-dihidroksinaftalen (Annweiler dkk., 2000).
Gambar 3. Jalur degradasi naftalen, metilnaftalen, asam naftoat, ngon karbaril. Angka yeng dilingka mewakili enzim yeng meutanggong jaweub ateuh konversi meuurot naphthalene ngen turunan jih jeut keu produk seulanjut jih. 1 — naftalin dioksigenase (NDO); 2, cis-dihidrodiol dehidrogenase; 3, 1,2-dihidroksinaftalen dioksigenase; 4, isomerase asam 2-hidroksikromen-2-karboksilat; 5, trans-O-hidroksibenzilidenepiruvat hidratase aldolase; 6, salisilaldehida dehidrogenase; 7, salisilat 1-hidroksilase; 8, katekol 2,3-dioksigenase (C23DO); 9, 2-hidroksimukonat semialdehida dehidrogenase; 10, 2-oksopen-4-enoat hidratase; 11, 4-hidroksi-2-oksopentanoat aldolase; 12, asetaldehida dehidrogenase; 13, katekol-1,2-dioksigenase (C12DO); 14, sikloisomerase mukonat; 15, mukonolakton delta-isomerase; 16, β-ketoadipatenolakton hidrolase; 17, suksinil-koa nyang geupinah β-ketoadipat; 18, tiolase β-ketoadipat-KoA; 19, suksinil-KoA: asetil-KoA suksiniltransferase; 20, salisilat 5-hidroksilase; 21 – gensat 1,2-dioksigenase (GDO); 22, isomerase maleilpiruvat; 23, fumarilpiruvat hidrolase; 24, metilnaftalen hidroksilase (NDO); 25, hidroksimetilnaftalen dehidrogenase; 26, naftaldehida dehidrogenase; 27, 3-formilsalisilat asam oksidase; 28, hidroksiisoftalat dekarboksilase; 29, karbaril hidrolase (CH); 30, 1-naftol-2-hidroksilase nyan.
Tergantung bak organisme ngon susunan genetik jih, asam salisilat nyang dihasekan leubeh lanjot dimetabolisme get melalui jalur katekol nyang menggunakan salisilat 1-hidroksilase (S1H) atawa melalui jalur gentisat nyang menggunakan salisilat 5-hidroksilase (S5H) (Gambar 3). Kareuna asam salisilat nakeuh perantara utama lam metabolisme naftalen (jalur ateuh), langkah-langkah dari asam salisilat keu perantara TCA seureng dikheun seubagoe jalur miyub, ngon gen-gen nyan diorganisasi jeut keu saboh operon. Ka umum takalon bahwa gen bak operon jalur ateuh (nah) ngon operon jalur miyueb (sal) diatur oleh faktor pengatur umum; misal jih, NahR ngon asam salisilat bertindak seubagoe induktor, memungkenkan kedua operon untuk sepenuh jih memetabolisme naftalen (Phale dkk., 2019, 2020).
Seulaen nyan, katekol dipeuhah seucara siklus jeuet keu 2-hidroksimukonat semialdehida melalui jalur meta uleh katekol 2,3-dioksigenase (C23DO) ngon leubeh lanjot dihidrolisis uleh 2-hidroksimukonat semialdehida asam hidrolase. 2-hidroksipent-2,4-dienoat lheuh nyan diubah jeut keu piruvat ngon asetaldehida le hidratase (2-oksopent-4-enoat hidratase) ngon aldolase (4-hidroksi-2-oksopentanoat aldolase) lheuh nyan jitamong lam jalur karbon pusat (Gambar 3). Atawa katekol dipeulah seucara siklus jeuet keu cis,cis-mukonat melalui jalur orto uleh katekol 1,2-oksigenase (C12DO). Sikloisomerase mukonat, isomerase mukonolakton, ngon β-ketoadipat-nolakton hidrolase mengubah cis, cis-mukonat jeuet keu 3-oksoadipat nyang tamong lam jalur karbon pusat melalui suksinil-CoA ngon asetil-CoA (Nozaki et al., 1968).
Lam jalur gentat (2,5-dihidroksibenzoat), encin aromatik dipeuhah le gentat 1,2-dioksigenase (GDO) untuk membentuk maleilpiruvat. Produk nyoe jeuet seucara langsong dihidrolisis jeuet piruvat ngon malat, atawa jeuet diisomerisasi untok membentok fumarilpiruvat, nyang kemudian jeuet dihidrolisis jeuet piruvat ngon fumarat (Larkin ngon Day, 1986). Pemilihan jalur alternatif kaleuh geu amati bak bakteri gram negatif ngon gram positif bak tingkat biokimia ngon genetik (Morawski dkk., 1997; Whyte dkk., 1997). bakteri gram negatif (pseudomonas) leubeh galak geu pakek asam salisilat, yang merupakan induktor metabolisme naftalen, geu dekarboksilasi jeut keu katekol geu pakek salisilat 1-hidroksilase (gibson dan subramanian, 1984). Di sisi laen, bak bakteri gram positif (Rhodococcus), salisilat 5-hidroksilase mengubah asam salisilat jeut keu asam gentisik, sedangkan asam salisilat hana efek induktif bak transkripsi gen naftalen (Grund et al., 1992) (Gambar 3).
Kaleuh geulaporkan bahwa spesies lagee pseudomonas csv86, oceanobacterium nce312, marihomonas naftotrofik, sphingomonas paucimobilis 2322, vibrio cyclotropus, pseudomonas degrascens LP6a, pseudomonas spesies degradas dan monometilnaftalen atawa dimetilnaftalen (Dekan ngon Bartha, 1975; Cane ngon Williams, 1982; Mahajan ngon rakan-rakan, 1994; Dutta ngon rakan-rakan, 1998; Hedlund ngon rakan-rakan, 1999). Di antara jih, jalur degradasi 1-metilnaftalen ngon 2-metilnaftalen Pseudomonas sp. CSV86 ka jeulaih that jipeulajari bak tingkat biokimia ngon enzimatik (Mahajan dkk., 1994). 1-Metilnaftalen nyan dimetabolisme melalui dua jalur. Phon, encin aromatik nyan dihidroksilasi (encin metilnaftalen nyang hana digantoh) untok membentuk cis-1,2-dihidroksi-1,2-dihidro-8-metilnaftalen, nyang leubeh lanjot dioksidasi jeuet keu metil salisilat ngon metilkatekol, ngon lheuh nyan jitamong lam jalur karbonvage pusat). Jalur nyoe geukheun “jalur sumber karbon”. Lam “jalur detoksifikasi” keudua, gugus metil jeut dihidroksilasi le NDO untuk membentuk 1-hidroksimetilnaftalen, nyang leubeh lanjot dioksidasi jeut keu asam 1-naftoat dan diekskresikan u dalam media kultur seubagoe produk buntu. Penelitian ka geupeuleumah bahwa strain CSV86 hana jeuet timoh bak asam 1- ngon 2-naftoat seubagoe saboh-saboh jih sumber karbon ngon energi, nyang geupeukong jalur detoksifikasi jih (Mahajan dkk., 1994; Basu dkk., 2003). Lam 2-metilnaftalen, kelompok metil mengalami hidroksilasi uleh hidroksilase untok membentuk 2-hidroksimetilnaftalen. Seulaen nyan, encin nyang hana digantoh dari encin naftalen mengalami hidroksilasi encin untok membentok dihidrodiol nyang dioksidasi jeuet 4-hidroksimetilkatekol lam serangkaian reaksi nyang dikatalisis enzim ngon meutamong lam jalur karbon pusat melalui jalur pembelahan meta-encin. Meunan cit S. paucimobilis 2322 geulaporkan memanfaatkan NDO keu hidroksilasi 2-metilnaftalen, nyang leubeh lanjot geuoksidasi keu geubentuk metil salisilat ngon metilkatekol (Dutta et al., 1998).
Asam naftoat (geugantoh/hana geugantoe) nakeuh produk sampingan detoksifikasi/biotransformasi nyang teubeuntuk watee degradasi metilnaftalen, fenantren ngon antrasen ngon geupeuleupah lam media kultur nyang ka habeh. Ka geubri laporan bahwa isolasi tanoh Stenotrofomonas maltofilia CSV89 jeuet geumetabolisme asam 1-naftat seubagoe sumber karbon (Phale dkk., 1995). Metabolisme dimulai deungon dihidroksilasi encin aromatik keu membentuk 1,2-dihidroksi-8-karboksinaftalen. Diol nyang dihasekan dioksidasi jeuet keu katekol melalui 2-hidroksi-3-karboksibenzilidenepiruvat, asam 3-formilsalisilat, asam 2-hidroksiisoftalat ngon asam salisilat ngon jitamong lam jalur karbon pusat melalui jalur pembelahan meta-ring (Gambar 3).
Karbaril nakeuh saboh pestisida naftil karbamat. Seujak Revolusi Ijo di India bak thon 1970-an, penggunaan pupuk kimia ngon pestisida ka jeut keu peningkatan emisi hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) dari sumber non-titik pertanian (Pingali, 2012; Duttagupta dkk., 2020). Kira-kira 55% (85.722.000 hektar) nibak mandum tanoh meutani di India geurawat ngon pestisida kimia. Lam limong thôn nyang ka u likôt (2015–2020), sektor pertanian India ka geungui rata-rata 55.000 sampoë 60.000 ton pestisida tiep thôn (Departemen Koperasi ngon Kesejahteraan Petani, Kementerian Pertanian, Peumeurintah India, Agustus 2020). Di dataran Ganges utara ngen teungeh (negara bagian deungen populasi ngen kepadatan penduduk tertinggi), penggunaan pestisida bak tanaman ka meuluah, deungen insektisida yang mendominasi. Karbaril (1-naftil-N-metilkarbamat) nakeuh insektisida karbamat spektrum luah, moderat sampoe that racon nyang geungui lam pertanian India ngon tingkat rata-rata 100-110 ton. Biasajih geubloë ngon nan meukat Sevin ngon geungui keu geukontrol serangga (aphid, semut apui, kutu, tungau, laba-laba ngon le that hama luwa la'én) nyang meukeunong bak meubagoë tanaman (jagong, kedele, kapah, boh-boh ngon sayuran). Ladom mikroorganisme lage pseudomonas (ncib 12042, 12043, c4, c5, c6, c7, pseudomonas putida xwy-1), rhodococcus (ncib 12038), sphingobacterium spp. (CF06), Burkholderia (C3), Mikrokokus ngon Artrobakter pih jeuet geungui keu geukontrol hama la'én. Ka geubri laporan bahwa RC100 jeuet geupeureuloh karbaril (Larkin ngon Day, 1986; Chapalamadugu ngon Chaudhry, 1991; Hayatsu ngon rakan-rakan, 1999; Swetha ngon Phale, 2005; Jalur degradasi karbaril kaleuh dipeulajari seucara ekstensif bak tingkat biokimia, enzimatik ngen genetik bak isolasi tanoh Pseudomonas sp. Strain C4, C5 dan C6 (Swetha dan Phale, 2005; Trivedi dkk, 2016) (Gambar 3). Jalur metabolisme dimulai deungon hidrolisis ikatan ester uleh karbaril hidrolase (CH) untok membentok 1-naftol, metilamin, ngon karbon dioksida. 1-naftol kemudian diubah jeut keu 1,2-dihidroksinaftalen uleh 1-naftol hidroksilase (1-NH), nyang leubeh lanjot dimetabolisme melalui jalur karbon pusat melalui salisilat ngon gentisat. Ladom bakteri yang mendegradasi karbaril kaleuh dilaporkan mengmetabolisme jih jeut keu asam salisilat melalui pembelahan encin orto katekol. Kusuih jih bakteri nyang mendegradasi naftalen terutama memetabolisme asam salisilat melalui katekol, sedangkan bakteri mendegradasi karbaril leubeh galak memetabolisme asam salisilat melalui jalur gentisat.
Asam naftalensulfonat/asam disulfonat ngon turunan asam naftilaminsulfonat jeuet geungui seubagoe perantara lam produksi pewarna azo, bahan pembasahan, dispersan, dll. thon 1994). Perwakilan dari genus Pseudomonas (strain A3, C22) kaleuh dilaporkan untuk memulai metabolisme ngen hidroksilasi ganda dari encin aromatik yang mengandung kelompok asam sulfonat untuk membentuk dihidrodiol, yang selanjut jih diubah jeut keu 1,2-dihidroksinaftalen oleh kelompok spontan sulfitevage1,B). 1,2-dihidroksinaftalen nyang dihasekan dikatabolisasi melalui jalur naftalen klasik, yaitu jalur katekol atawa gentisat (Gambar 4). Kaleuh geutunyok bahwa asam aminonaftalensulfonat ngon asam hidroksinaftalensulfonat jeuet sepenuh jih geudegradasi le konsorsium bakteri nyang meujampu ngon jalur katabolik nyang saleng meupeuleungkap (Nortemann et al., 1986). Kaleuh dipeudeuh bahwa salah saboh anggota konsorsium nyan mendesulfurisasi asam aminonaftalensulfonat atawa asam hidroksinaftalensulfonat deungon 1,2-dioksigenasi, seudangkan aminosalisilat atawa hidroksisalisilat dipeulheh u dalam media kultur seubagoe metabolisme laen nyang buntu ngon selanjut jih dicok uleh kon. Asam naftalendisulfonat relatif polar teutapi hana get didegradasi secara biologis ngon kareuna nyan jeut dimetabolisme melalui jalur nyang berbida. Desulfurisasi phon teujadi watee dihidroksilasi regioselektif encin aromatik ngon kelompok asam sulfonat; desulfurisasi keudua teujadi watee hidroksilasi asam 5-sulfosalisilat le asam salisilat 5-hidroksilase keu membentuk asam gentisik, nyang jitamong lam jalur karbon pusat (Brilon et al., 1981) (Gambar 4). Enzim nyang meutanggong jaweub ateuh degradasi naftalen pih na tanggong jaweub ateuh metabolisme naftalen sulfonat (Brilon dkk., 1981; Keck dkk., 2006).
Gambar 4. Jalur metabolisme keu degradasi naftalen sulfonat. Angka-angka lam bulatan nyan mewakili enzim nyang bertanggung jawab ateuh metabolisme naftil sulfonat, saban/identik ngon enzim nyang dipeugah lam GAMBAR. 3.
PAH deungon brat molekul miyub (LMW-PAH) jeuet direduksi, hidrofobik ngon hana larut, ngon kareuna nyan hana mudah keunong rusak/degradasi alami. Namun, mikroorganisme aerobik jeut mengoksidasi jih deungon menyerap oksigen molekuler (O2). Enzim-enzim nyoe terutama termasuk lam glah oksidoreduktase ngon jeuet geupeuget berbagai reaksi lagee hidroksilasi encin aromatik (mono- atawa dihidroksilasi), dehidrogenasi ngon pembelahan encin aromatik. Produk nyang jiteumee dari reaksi-reaksi nyoe na lam keuadaan oksidasi nyang leubeh manyang ngon leubeh mudah jimetabolisme rot jalur karbon pusat (Phale et al., 2020). Enzim lam jalur degradasi kaleuh dilaporkan jeut di induksi. Aktivitas enzim nyoe that miyub atawa hana dipeuduli watee sel-sel dipeutumoh bak sumber karbon sederhana lagee glukosa atawa asam organik. Tabel 3 geurangkum macam-macam enzim (oksigenase, hidrolase, dehidrogenase, oksidase, ngon laen-laen) nyang teulibat lam metabolisme naftalen ngon turunan jih.
Tabel 3. Karakteristik biokimia enzim nyang bertanggung jawab ateuh degradasi naftalen ngon turunan jih.
Studi radioisotop (18O2) kaleuh meugisa bahawa penggabungan molekul O2 lam encin aromatik uleh oksigenase nakeuh langkah nyang paleng peunteng lam mengaktifkan biodegradasi leubeh lanjot dari saboh senyawa (Hayaishi dkk., 1955; Mason dkk., 1955). Penggabungan saboh atom oksigen (O) dari oksigen molekuler (O2) keu dalam substrat dimulai uleh monooksigenase endogen atawa eksogen (dikheun cit hidroksilase). Atom oksigen laen dipeuget jeut keu ie. Monooksigenase eksogen mengureungi flavin deungon NADH atawa NADPH, seudangkan bak endomonooksigenase flavin dipeukureng uleh substrat. Posisi hidroksilasi menghasekan keragaman lam pembentukan produk. Miseu jih, salisilat 1-hidroksilase menghidroksilat asam salisilat bak posisi C1, membentok katekol. Di sisi laen, salisilat 5-hidroksilase multikomponen (mengandung subunit reduktase, ferredoksin, ngon oksigenase) menghidroksilat asam salisilat bak posisi C5, membentuk asam gentisik (Yamamoto et al., 1965).
Dioksigenase meugabongkan dua atom O2 lam substrat. Tergantung bak produk nyang terbentuk, awak nyan dibagi jeut keu dioksigenase hidroksilasi encin ngon dioksigenase pembelahan encin. Dioksigenase hidroksilasi encin mengubah substrat aromatik jeut keu cis-dihidrodiol (misal jih, naftalen) ngon menyebar luah di antara bakteri. Sampoe saat nyoe, kaleuh dipeudeuh bahwa organisme nyang mengandung dioksigenase hidroksilasi encin jeut timoh bak berbagai sumber karbon aromatik, ngon enzim-enzim nyoe diklasifikasikan seubagoe NDO (naftalen), toluen dioksigenase (TDO, toluen), ngon bifenil dioksigenase (BPDO, bifenil). Baik NDO maupun BPDO jeut mengkatalisis oksidasi ganda dan hidroksilasi rante samping dari berbagai hidrokarbon aromatik polisiklik (toluena, nitrotoluena, xilena, etilbenzena, naftalen, bifenil, fluorena, indol, metilnaftalena, naftalensultan, asetofenon, dan laen-laen) (Boyd dan Sheldrake, 1998; Phale dan laen-laen, 2020). NDO nakeuh sistem multikomponen nyang terdiri dari oksidoreduktase, ferredoksin, ngon komponen oksigenase nyang mengandung situs aktif. Unit katalitik NDO terdiri dari subunit α rayek ngon subunit β ubit nyang disusun lam konfigurasi α3β3. NDO na lam keuluarga rayeuk oksigenase ngon subunit α jih na situs Rieske [2Fe-2S] ngon beusoe non-heme mononuklear, nyang geupeuteuntèe spesifisitas substrat NDO (Parales dkk., 1998). Biasa jih, lam saboh siklus katalitik, duwa elektron dari reduksi nukleotida piridin ditransfer keu ion Fe(II) di situs aktif melalui reduktase, ferredoksin, ngon situs Rieske. Setara reduksi nyan mengaktifkan oksigen molekuler, nyang jeut keu syarat untuk dihidroksilasi substrat (Ferraro dkk., 2005). Sampoe saat nyoe, hanya padum-padum boh NDO nyang ka geumurnikan ngon geucirikan seucara rinci dari strain nyang berbeda ngon kontrol genetik jalur nyang terlibat lam degradasi naftalen ka geupelajari seucara rinci (Resnick dkk., 1996; Parales dkk., 1998; Karlsson dkk., 2003). Dioksigenase pembelahan encin (enzim pembelahan encin endo atawa orto ngon enzim pembelahan eksodiol atawa meta-encin) bertindak bak senyawa aromatik nyang terhidroksilasi. Miseu jih, dioksigenase nyang meubelah encin orto nakeuh katekol-1,2-dioksigenase, seudangkan dioksigenase nyang meubelah encin meta nakeuh katekol-2,3-dioksigenase (Kojima dkk., 1961; Nozaki dkk., 1968). Seulaen berbagai oksigenase, na cit berbagai dehidrogenase nyang bertanggung jawab ateuh dehidrogenasi dihidrodiol aromatik, alkohol ngon aldehida ngon menggunakan NAD+/NADP+ seubagoe akseptor elektron, nyang merupakan padum-padum boh enzim peunteng nyang terlibat lam metabolisme. laen-laen, thon 2020).
Enzim lagee hidrolase (esterase, amidase) nakeuh glah peunteng kedua dari enzim nyang menggunakan ie untok membelah ikatan kovalen ngon menunjokkan spesifisitas substrat nyang luwah. Karbaril hidrolase ngon hidrolase laen jih geu anggap seubagoe komponen periplasma (transmembran) bak anggota bakteri gram negatif (Kamini dkk., 2018). Karbaril na hubungan amida ngon ester; ngon nyan, jeuet geuhidrolisis lé esterase atawa amidase keu geubentuk 1-naftol. Karbaril lam galur rhizobium AC10023 ngen galur arthrobacter RC100 kaleuh geulaporkan maseng-maseng berfungsi sebage esterase ngen amidase. Karbaril lam strain artrobakter RC100 pih berfungsi sebage amidase. RC100 ka jipeutunyok jeuet jihidrolisis peuet boh insektisida glah N-metilkarbamat lagee karbaril, metomil, asam mefenamat ngon XMC (Hayaatsu dkk., 2001). Dipeugah bahwa CH lam Pseudomonas sp. C5pp jeuet meuaksi bak karbaril (100% aktivitas) ngon 1-naftil asetat (36% aktivitas), tapi hana bak 1-naftilasetamida, nyan tanda bahwa nyan nakeuh esterase (Trivedi dkk., 2016).
Studi biokimia, pola regulasi enzim, ngon analisis genetik kaleuh meugisa bahawa gen degradasi naftalen terdroe dari duwa unit pengaturan nyang jeuet diinduksi atawa "operon": nah (jalur hulu", meubah naftalen jeuet keu asam salisilat) ngon sal (jalur pusat asam salisilat jeuet keu asam hilir). Asam salisilat ngon analog jih jeuet keu induktor (Shamsuzzaman ngon Barnsley, 1974). Bak na glukosa atawa asam organik, operon nyan jiteugon. Gambar 5 menunjukkan organisasi genetik nyang lengkap dari degradasi naftalen (lam bentuk operon). Na padum-padum boh varian/bentuk gen nah (ndo/pah/dox) nyang geuboh nan ka geujelaskan dan geuteumeung na homologi urutan nyang tinggi (90%) di antara mandum spesies Pseudomonas (Abbasian dkk., 2016). Gen jalur hulu naphthalene umum jih disusun lam urutan konsensus lagee nyang dipeudeuh bak Gambar 5A. Gen laen, nahQ, cit dilaporkan terlibat lam metabolisme naphthalene ngon biasa jih na di antara nahC ngon nahE, tapi fungsi jih nyang sebenar jih teutap harus dijelaskan. Meunan cit, gen nahY, nyang bertanggung jaweub ateuh kemotaksis sensitif naphthalene, diteumee bak ujong distal operon nah bak meupadum anggota. Bak Ralstonia sp., gen U2 nyang mengkode glutation S-transferase (gsh) diteumeung na di antara nahAa ngon nahAb tapi hana mempengaruhi ciri-ciri pemanfaatan naftalen (Zylstra dkk., 1997).
Gambar 5. Organisasi genetik ngon keragaman nyang geuamati watee degradasi naftalen di antara spesies bakteri; (A) Jalur naftalin ateuh, metabolisme naftalin keu asam salisilat; (B) Jalur naftalen miyueb, asam salisilat melalui katekol keu jalur karbon pusat; (C) asam salisilat melalui gentisat keu jalur karbon pusat.
Jalur miyub (operon sal) biasa jih terdiri dari nahGTHINLMOKJ ngon mengubah salisilat jeut keu piruvat ngon asetaldehida melalui jalur pembelahan metaring katekol. Gen nahG (pengkode salisilat hidroksilase) diteumee konservasi bak ujong proksimal operon (Gambar 5B). Dibandeng ngon strain laen nyang peukureung naftalen, bak P. putida CSV86 operon nah ngon sal tandem ngon that meuhubungan (kira-kira 7,5 kb). Bak padum-padum boh bakteri gram negatif, lagee ralstonia sp. U2, naftalen dimetabolisme seubagoe metabolit karbon pusat melalui jalur gentisat (lam bentuk operon sgp/nag). Kaset gen biasa jih diwakili lam bentuk nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI, dimana nagR (pengkode regulator tipe LysR) terletak bak ujong ateuh (Gambar 5C).
Karbaril jitamong lam siklus karbon pusat deungon metabolisme 1-naftol, 1,2-dihidroksinaftalen, asam salisilat, ngon asam gentisik (Gambar 3). Berdasarkan studi genetik ngon metabolisme, ka geuusulkan untuk geubagi jalur nyoe jeut keu "hulu" (konversi karbaril jeut keu asam salisilat), "teungoh" (konversi asam salisilat jeut keu asam gentisat), ngon "hilir" (konversi asam gentisat jeut keu perantara jalur karbon pusat) (Singh et al., 2). Analisis genom C5pp (superkontig A, 76,3 kb) mengungkapkan bahwa gen mcbACBDEF terlibat lam konversi karbaril jeut keu asam salisilat, diikuti oleh mcbIJKL lam konversi asam salisilat jeut keu asam gentisat, dan mcbOQP asam interfumasitat jeut keu asam gentisiat sentral ( piruvat, Trivedi dkk, 2016) (Gambar 6).
Kaleuh geulaporkan bahwa enzim nyang teulibat lam degradasi hidrokarbon aromatik (teumasok naftalen ngon asam salisilat) jeuet geu induksi le senyawa nyang sesuai ngon geuhambat le sumber karbon sederhana lagee glukosa atawa asam organik (Shingler, 2003; Phale et al., 2029). Di antara pelbagai jalur metabolisme naftalen ngon turunan jih, fitur pengaturan naftalen ngon karbaril kaleuh dipeulajari sampoe bataih terteunte. Untuk naftalen, gen bak jalur hulu ngon hilir nyang diatur oleh NahR, regulator positif nyang bertindak trans tipe LysR. Nyoe dipeureulee keu induksi gen nah le asam salisilat ngon ekspresi tingkat tinggi jih selanjut jih (Yen ngon Gunsalus, 1982). Seulaen nyan, penelitian ka geu peutunyok bahwa faktor inang integratif (IHF) ngon XylR (regulator transkripsi nyang bergantung bak sigma 54) pih kritis keu aktivasi transkripsi gen lam metabolisme naftalen (Ramos et al., 1997). Penelitian ka geupeuleumah bahwa enzim jalur pembukaan meta-ring katekol, yaitu katekol 2,3-dioksigenase, geu induksi deungon na naftalen ngon/atau asam salisilat (Basu et al., 2006). Penelitian ka geupeuleumah bahwa enzim jalur pembukaan orto-ring katekol, yaitu katekol 1,2-dioksigenase, geu induksi deungon na asam benzoat ngon cis,cis-mukonat (Parsek dkk., 1994; Tover dkk., 2001).
Bak galur c5pp, limong gen, mcbg, mcbh, mcbn, mcbr ngen mcbs, menyandikan regulator yang termasuk lam keluarga LysR/TetR dari regulator transkripsi yang bertanggung jawab keu mengendalikan degradasi karbaril. Gen homolog mcbG diteumeung paleng erat hubungan jih ngen regulator tipe LysR PhnS (58% identitas asam amino) yang terlibat lam metabolisme fenantren bak burkholderia RP00725 (trivedi dkk., 2016). Gen mcbH nyan diteumeung teulibat bak jalur perantara (konversi asam salisilat jeut keu asam gentisat) dan termasuk lam regulator transkripsi tipe LysR NagR/DntR/NahR bak Pseudomonas dan Burkholderia. Anggota keluarga nyoe dilaporkan meuturi asam salisilat sebage molekul efektor spesifik keu induksi gen degradasi. Bak sisi laen, lhee gen, mcbN, mcbR ngon mcbS, nyang termasuk bak regulator transkripsi tipe LysR ngon TetR, geuidentifikasi bak jalur hilir (metabolit jalur karbon pusat gentisat).
Bak prokariota, proses transfer gen horizontal (akuisisi, pertukaran, atau transfer) melalui plasmid, transposon, profag, pulau genom, ngen elemen konjugatif integratif (ICE) adalah penyebab utama plastisitas bak genom bakteri, yang menyebabkan keuntungan atau gadeh jih fungsi/sifat terteunte. Nyoe memungkenkan bakteri keu bagah beradaptasi ngen kondisi lingkungan yang beda, geubri keuntungan metabolisme adaptif potensial keu ureung inong, lagee degradasi senyawa aromatik. Perubahan metabolisme seureng dicapai deungon penyetelan operon degradasi, mekanisme pengaturan jih, ngon spesifitas enzim nyang memfasilitasi degradasi berbagai senyawa aromatik nyang leubeh luah. Kaset gen keu degradasi naftalen kaleuh diteumeung na bak berbagai elemen seluler lagee plasmid (konjugatif ngon non-konjugatif), transposon, genom, ICE, ngon kombinasi spesies bakteri nyang berbeda (Gambar 5). Bak pseudomonas g7, operon nah ngon sal bak plasmid nah7 geu transkripsi bak orientasi nyang saban ngon merupakan bagian dari transposon nyang cacat nyang geu perle transposase tn4653 keu mobilisasi (sota dkk., 2006). Bak strain pseudomonas NCIB9816-4, gen nyan geu teume bak plasmid konjugatif pdtg1 sebagai dua operon (kira-kira jarak jih 15 kb) yang geu transkripsikan bak arah yang berlawanan. Bak strain pseudomonas putida AK5, plasmid non-konjugatif pAK5 nyan menyandikan enzim nyang bertanggung jawab ateuh degradasi naftalen melalui jalur gentisat (Izmalkova dkk., 2013). Bak galur PMD-1, operon nah nyan na bak kromosom, sedangkan operon sal nyan na bak plasmid konjugatif pmwd-1. Namun, bak pseudomonas stutzeri AN10, mandum gen degradasi naftalen (operon nah ngon sal) na bak kromosom ngon diperkirakan direkrut melalui peristiwa transposisi, rekombinasi, ngon penyusunan ulang (Bosch dkk., 2000). Lam semu sp. CSV86, operon nah ngon sal na lam genom lam bentuk ICE (ICECSV86). Struktur jih dilindong le tRNAGly nyang di ikot le pengulangan langsong nyang menunjukkan situs rekombinasi/perlekatan (attR ngon attL) ngon integrase lagee fag nyang na bak kedua ujong tRNAGly, sehingga secara struktural saban ngon elemen ICEclc (ICEclcB13 lam knack chlomusica pseudomonas). Kaleuh geulaporkan bahwa gen bak ICE jeut geupinah ngon konjugasi ngon frekuensi transfer nyang that miyub (10-8), sampoe geupinah sifeut degradasi keu penerima (Basu ngon Phale, 2008; Phale et al., 2019).
Sebagian besar gen yang bertanggung jawab ateuh degradasi karbaril terletak bak plasmid. Artrobakter sp. RC100 na lhee boh plasmid (pRC1, pRC2 ngon pRC300) nyang dua boh plasmid konjugatif, pRC1 ngon pRC2, geukode enzim nyang geuubah karbaril jeut keu gentisat. Di sisi laen, enzim nyang terlibat lam konversi gentisat jeut keu metabolit karbon pusat na bak kromosom (Hayaatsu dkk., 1999). Bakteri dari genus rhizobium. Strain AC100, nyang geu pakek keu konversi karbaril jeut keu 1-naftol, mengandung plasmid pAC200, nyang geume gen cehA nyang menyandikan CH sebagai bagian dari transposon Tnceh nyang dikelilingi oleh urutan lagee elemen penyisipan (istA dan istB) (Hashimoto dkk., 2020). Bak galur sphingomonas CF06, gen degradasi karbaril geu peucaya na bak limong plasmid: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, dan pCF05. Homologi DNA plasmid nyoe tinggi, nyan menunjukkan na peristiwa duplikasi gen (Feng et al., 1997). Lam simbion yang mendegradasi karbaril yang terdiri dari dua spesies pseudomonas, galur 50581 mengandung plasmid konjugatif pCD1 (50 kb) yang menyandikan gen karbaril hidrolase mcd, sedangkan plasmid konjugatif bak galur 50552 menyandikan Aceh, thon 1991). Bak galur akromobakter wm111, gen hidrolase mcd furadan nyan na bak plasmid 100 kb (pPDL11). Gen nyoe ka terbukti na bak plasmid nyang berbeda (100, 105, 115 atawa 124 kb) bak bakteri nyang berbeda dari wilayah geografis nyang berbeda (Parekh et al., 1995). Lam semu sp. C5pp, mandum gen nyang bertanggung jawab ateuh degradasi karbaril na lam genom nyang membentang 76,3 kb urutan (Trivedi dkk., 2016). Analisis genom (6,15 Mb) meungkapkan na 42 MGE ngon 36 GEI, di pat 17 MGE nyang na di superkontig A (76,3 kb) ngon kandungan G+C asimetris rata-rata (54-60 mol%), nyang menunjukkan kemungkenan peristiwa transfer gen horizontal. P. putida XWY-1 geupeuleumah susunan gen nyang meudegradasi karbaril nyang saban, tapi gen nyoe na bak plasmid (Zhu dkk., 2019).
Seulaen efisiensi metabolisme bak tingkat biokimia ngon genomik, mikroorganisme cit geupeuleumah sifeut atawa respon laen lagee kemotaksis, sifeut modifikasi permukaan sel, kompartementalisasi, pemanfaatan preferensial, produksi biosurfaktan, ngon laen-laen, nyang membantu awaknyan leubeh efisien memetabolisme polutan aromatik lam kontaminasi.
Gambar 7. Strategi respon seluler nyang beda dari bakteri nyang meudegradasi hidrokarbon aromatik ideal keu biodegradasi nyang efisien dari senyawa polutan aseng.
Respon kemotaktik geu anggap seubagoe faktor nyang meningkatkan degradasi polutan organik lam ekosistem nyang tercemar seucara heterogen. (2002) geu peutunyok bahwa kemotaksis pseudomonas sp. G7 keu naftalen geupeuék laju degradasi naftalen lam sistem akuatik. Strain tipe liar G7 ji degradasi naftalen jioh leubeh bagah daripada strain mutan nyang defisiensi kemotaksis. Protein NahY (538 asam amino ngen topologi membran) diteumeung ditranskripsikan bersama ngen gen jalur metaklivase bak plasmid NAH7, ngon lagee transduser kemotaksis, protein nyoe deuh jih berfungsi seubagoe kemoreseptor keu degradasi naftalen. Penelitian laen le Hansel dkk. (2009) geupeuleumah bahwa protein nyan kemotaktik, tapi laju degradasi jih tinggi. (2011) geutunyok respon kemotaktik Pseudomonas (P. putida) keu naftalen gas, dipat difusi fase gas geupeuhase aliran naftalen nyang stabil keu sel, nyang geukontrol respon kemotaktik sel. Para peneliti ji manfaatkan perilaku kemotaktik nyo keu ji rekayasa mikroba nyang akan ji tingkatkan tingkat degradasi. Penelitian kaleuh meugisa bahawa jalur kemosensorik cit mengatue fungsi seluler laen jih lagee pembelahan sel, regulasi siklus sel, ngon pembentukan biofilm, sampoe membantu mengontrol tingkat degradasi. Namun, memanfaatkan sifat nyoe (kemotaksis) untuk degradasi nyang efisien dihambat le padum-padum boh bottleneck. Rintangan utama nakeuh: (a) reseptor paralog nyang berbeda geuturi senyawa/ligan nyang saban; (b) na reseptor alternatif, nyakni, tropisme energik; (c) perbedaan urutan nyang signifikan lam domain sensorik dari keluarga reseptor nyang saban; dan (d) kureung informasi teuntang protein sensor bakteri utama (Ortega dkk., 2017; Martin-Mora dkk., 2018). Terkadang, biodegradasi hidrokarbon aromatik menghasekan meupadum boh metabolit/perantara, nyang mungken kemotaktik bagi saboh kelompok bakteri teutapi menolak bagi nyang laen, nyang leubeh rumit proses jih. Untok mengidentifikasi interaksi ligan (hidrokarbon aromatik) ngon reseptor kimia, kamoe meubangun protein sensor hibrida (PcaY, McfR, ngon NahY) deungon menyatukan domain sensor ngon pensinyalan Pseudomonas putida ngon Escherichia coli nyang menargetkan reseptor asam aromatik, TCA, ngon intermedia. 2019).
Di miyup pengaroh naftalen ngon hidrokarbon aromatik polisiklik laen jih (PAH), struktur membran bakteri ngon integritas mikroorganisme mengalami perubahan nyang signifikan. Penelitian kaleuh meutunyok bahwa naftalen meuganggu interaksi rante asil melalui interaksi hidrofobik, sampoe meuningkatkan bengkak ngon fluiditas membran (Sikkema et al., 1995). Untuk meulawan efek nyang meureuloh nyoe, bakteri mengatue fluiditas membran deungon mengubah rasio ngon komposisi asam lemak antara asam lemak bercabang iso/anteiso ngon isomerisasi asam lemak tak jenuh cis jeut keu isomer trans nyang sesuai (Heipieper ngon de Bont, 1994). Bak Pseudomonas stutzeri nyang jitimoh bak perlakuan naftalen, rasio asam lemak jenuh ngon hana jenuh meuningkat dari 1,1 jeut keu 2,1, sedangkan bak Pseudomonas JS150 rasio nyoe meuningkat dari 7,5 jeut keu 12,0 (Mrozik et al., 2004). Bak watee timoh bak naftalen, sel Achromobacter KAs 3-5 geupeuleumah agregasi sel di sekitar kristal naftalen ngon penurunan muatan permukaan sel (dari -22,5 sampoe -2,5 mV) nyang disertai ngon kondensasi sitoplasma ngon vakuolisasi sel etMopat, geutunyok perubahan permukaan sel alhapat. 2019). Meskipun perubahan seluler/permukaan na hubungan langsong ngen penyerapan polutan aromatik nyang leubeh get, strategi biorekayasa nyang relevan golom ji optimalkan seucara menyeluroh. Manipulasi bentuk sel ka jareung dipakek keu mengoptimalkan proses biologis (Volke ngon Nikel, 2018). Penghapusan gen yang mempengaruhi pembelahan sel menyebabkan perubahan morfologi sel. Penghapusan gen yang mempengaruhi pembelahan sel menyebabkan perubahan morfologi sel. Bak Bacillus subtilis, protein septum sel SepF kaleuh terbukti terlibat lam pembentukan septum ngon dibutuhkan keu langkah-langkah pembelahan sel selanjut jih, tapi nyan kon gen esensial. Penghapusan gen nyang menyandikan peptida glikan hidrolase bak Bacillus subtilis geu peuhase peupanyang sel, meningkatkan laju pertumbuhan spesifik, ngon meningkatkan kapasitas produksi enzim (Cui et al., 2018).
Kompartemen jalur degradasi karbaril ka geuusulkan keu geucapai degradasi nyang efisien dari strain Pseudomonas C5pp ngon C7 (Kamini dkk., 2018). Geu usulkan bahwa karbaril geu angkot u dalam ruang periplasma melalui septum membran lua ngon/atau melalui porin nyang jeut difusi. CH nakeuh enzim periplasma nyang mengkatalisis hidrolisis karbaril jeuet keu 1-naftol, nyang leubeh stabil, leubeh hidrofobik ngon leubeh toksik. CH terlokalisasi lam periplasma dan na afinitas nyang rendah keu karbaril, sehingga mengontrol pembentukan 1-naftol, sehingga mencegah akumulasi jih lam sel dan mengurangi toksisitas jih keu sel (Kamini et al., 2018). 1-naftol nyang dihasekan diangkut u dalam sitoplasma melintasi membran dalam deungon cara membagi ngon/atau difusi, ngon kemudian dihidroksilasi jeut keu 1,2-dihidroksinaftalen uleh enzim afinitas tinggi 1NH untok metabolisme leubeh lanjot bak jalur karbon pusat.
Meskipun mikroorganisme na kemampuan genetik ngon metabolisme keu mendegradasi sumber karbon xenobiotik, struktur hierarkis pemanfaatan jih (yaitu, penggunaan preferensial sumber karbon sederhana dibandeng kompleks) adalah rintangan utama keu biodegradasi. Na ngon pemanfaatan sumber karbon sederhana mengatue gen nyang menyandikan enzim nyang mendegradasi sumber karbon nyang kompleks/hana dipileh lagee PAH. Contoh nyang kaleuh dipeulajari deungon get nakeuh watee glukosa ngon laktosa dijok bersama keu Escherichia coli, glukosa dimanfaatkan leubeh efisien dibandeng laktosa (Jacob ngon Monod, 1965). Pseudomonas kaleuh ji laporkan ji degradasi berbagai PAH ngon senyawa xenobiotik sebagai sumber karbon. Hierarki pemanfaatan sumber karbon bak Pseudomonas nakeuh asam organik > glukosa > senyawa aromatik (Hylemon ngon Phibbs, 1972; Collier dkk., 1996). Teuma, na saboh pengecualian. Nyang menarik, pseudomonas sp. CSV86 menunjokkan struktur hierarkis nyang unik nyang leubeh galak memanfaatkan hidrokarbon aromatik (asam benzoat, naftalen, ngon laen-laen) nibak glukosa ngon bersama-sama memetabolisme hidrokarbon aromatik ngon asam organik (Basu et al., 2006). Bak bakteri nyoe, gen keu degradasi ngon transportasi hidrokarbon aromatik hana terregulasi bah pih na sumber karbon kedua lagee glukosa atawa asam organik. Bak watee jitimoh lam media glukosa ngon hidrokarbon aromatik, ji amati bahwa gen keu transportasi ngon metabolisme glukosa ji atoe, hidrokarbon aromatik ji manfaatkan bak fase log phon, ngon glukosa ji manfaatkan bak fase log keudua (Basu dkk., 2006; Choudhary dkk. Di sisi laen, na asam organik hana mempengaruhi ekspresi metabolisme hidrokarbon aromatik, sehingga bakteri nyoe diharapkan jeut keu strain calon untuk studi biodegradasi (Phale et al., 2020).
Kaleuh dituri bahwa biotransformasi hidrokarbon jeut menyebabkan stres oksidatif ngon pengaturan enzim antioksidan lam mikroorganisme. Biodegradasi naftalen nyang hana efisien bak sel fase stasioner ngon na senyawa toksik nyang jeut keu pembentukan spesies oksigen reaktif (ROS) (Kang et al. 2006). Kareuna enzim nyang mendegradasi naftalen mengandong gugusan beusoe-belerang, diyub tekanan oksidatif, beusoe lam heme ngon protein beusoe-belerang akan teroksidasi, nyang menyebabkan inaktivasi protein. Feredoksin-NADP+ reduktase (Fpr) beusama deungon superoksida dismutase (SOD) nyang mediasi reaksi redoks nyang jeuet dipeubalek antara NADP+/NADPH ngon duwa molekul feredoksin atawa flavodoksin, sampoe menghapus ROS ngon memulihkan pusat beusoe-belerang diyub tekanan oksidatif. Kaleuh geulaporkan bahwa Fpr ngon SodA (SOD) lam Pseudomonas jeut geu induksi le stres oksidatif, ngon peningkatan aktivitas SOD ngon katalase geuamati bak peut strain Pseudomonas (O1, W1, As1, ngon G1) seulama pertumbuhan lam kondisi tambahan naftalen (K.0). Kajian ka geupeuleumah bahwa peutamah antioksidan lagee asam askorbat atawa beusoe beusoe (Fe2+) jeut keu peuningkatan laju pertumbuhan naftalen. Bak watee Rhodococcus eritropolis timoh lam media naftalen, transkripsi gen sitokrom P450 nyang berhubungan ngon stres oksidatif nyang meliputi sodA (superoksida dismutase Fe/Mn), sodC (dismutase superoksida Cu/Zn), ngon recA meningkat (Sazykin dkk., 201). Analisis proteomik kuantitatif komparatif sel pseudomonas nyang dibudidayakan lam naftalen menunjukkan bahwa upregulasi berbagai protein nyang berhubungan ngon respon stres oksidatif adalah cara mengatasi stres (Herbst et al., 2013).
Mikroorganisme kaleuh dilaporkan menghasekan biosurfaktan di yup tindakan sumber karbon hidrofobik. Surfaktan nyoe nakeuh seunyawa aktif permukaan amfifilik nyang jeuet membentuk agregat bak antar muka minyeuk-ie atawa udara-ie. Nyoe meudukong pseudo-solubilisasi ngon meupeumudah adsorpsi hidrokarbon aromatik, nyang meuhase biodegradasi nyang efisien (Rahman dkk., 2002). Kareuna sifeut-sifeut nyan, biosurfaktan le that geungui lam meubagoe industri. Peutamah surfaktan kimia atawa biosurfaktan keu kultur bakteri jeut ji tingkatkan efisiensi ngon tingkat degradasi hidrokarbon. Di antara biosurfaktan, rhamnolipid nyang dipeuhase le Pseudomonas aeruginosa ka le that dipeulajari ngon dicirikan (Hisatsuka dkk., 1971; Rahman dkk., 2002). Selaen nyan, jenis biosurfaktan laen jih termasok lipopeptida (musin dari Pseudomonas fluoresens), emulsifier 378 (dari Pseudomonas fluoresens) (Rosenberg dan Ron, 1999), lipid disakarida trehalosa dari Rhodococcus (Ramdahl5). dan Hallberg, 2002), dan surfaktan dari Basil subtilis (Siegmund dan Wagner, 1991) dan Basil amilolikfasiens (Zhi dkk., 2017). Surfaktan nyang poten nyoe ka jipeutunyok keu jipeukureueng teugangan permukaan dari 72 dyne/cm jeuet kureung nibak 30 dyne/cm, memungkenkan absorpsi hidrokarbon nyang leubeh get. Kaleuh geulaporkan bahwa Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus, Burkholderia ngon spesies bakteri laen jih jeut geu peuhase berbagai biosurfaktan berbasis rhamnolipid ngon glikolipid watee geu tumbuh lam media naftalen ngon metilnaftalen (Kanga dkk., 1997; Puntus dkk., 1997; Puntus.20). Pseudomonas maltofilia CSV89 jeut ji peuhase biosurfaktan ekstraseluler Biosur-Pm watee ji timoh bak senyawa aromatik lagee asam naftoat (Phale et al., 1995). Kinetika pembentukan Biosur-Pm geupeuleumah bahwa sintesis jih nakeuh proses nyang meugantung bak pertumbuhan ngon pH. Diteume bahwa jumlah Biosur-Pm nyang dipeuhase le sel bak pH netral leubeh manyang dari pada pH 8,5. Sel nyang timoh bak pH 8,5 leubeh hidrofobik ngon na afinitas nyang leubeh tinggi keu senyawa aromatik ngon alifatik daripada sel nyang timoh bak pH 7,0. Lam rodokokus spp. N6, rasio karbon ngon nitrogen (C:N) nyang leubeh manyang ngon batasan beusoe nakeuh kondisi nyang optimal keu produksi biosurfaktan ekstraseluler (Mutalik dkk., 2008). Upaya kaleuh ji peuget keu ji tingkatkan biosintesis biosurfaktan (surfaktin) ngen ji optimalkan strain ngon fermentasi. Namun, titer surfaktan lam media kultur rendah (1,0 g/L), nyang jeut keu tantangan keu produksi skala rayeuk (Jiao dkk., 2017; Wu dkk., 2019). Oleh kareuna nyan, metode rekayasa genetika kaleuh ji gunakan keu ji tingkatkan biosintesis jih. Namun, modifikasi rekayasa jih sulet kareuna ukuran operon nyang rayeuk (∼25 kb) ngon regulasi biosintesis nyang kompleks dari sistem penginderaan kuorum (Jiao dkk., 2017; Wu dkk., 2019). Sejumlah modifikasi rekayasa genetika kaleuh ji lakukan bak bakteri Bacillus, terutama bertujuan keu ji peu ek produksi surfaktin ngen ji ganto promotor (operon srfA), ji ekpresikan protein ekspor surfaktin YerP ngon faktor pengatur ComX ngon PhrC (Jiao et al., 201). Namun, metode rekayasa genetika nyo hanya kaleuh ji capai saboh atawa padim boh modifikasi genetik ngon golom ji capai produksi komersial. Oleh kareuna nyan, studi leubeh lanjot teuntang metode optimasi berbasis pengetahuan perle.
Studi biodegradasi PAH terutama dipeuget lam kondisi laboratorium standar. Namun, bak situs yang terkontaminasi atau bak lingkungan yang terkontaminasi, lee faktor abiotik ngen biotik (suhu, pH, oksigen, ketersediaan nutrisi, ketersediaan bio substrat, xenobiotik laen jih, inhibisi produk akhe, dan laen-laen) kaleuh terbukti jeut keu perubahan ngen mempengaruhi kapasitas degradasi mikroorganisme.
Suhu na efek nyang signifikan keu biodegradasi PAH. Seuireng meuningkat jih suhu, konsentrasi oksigen nyang terlarut menuron, nyang mempengarohi metabolisme mikroorganisme aerobik, keureuna awak nyan memerlukan oksigen molekuler seubagoe salah saboh substrat oksigenase nyang peuget hidroksilasi atawa reaksi pembelahan encin. Seureng dicatat bahwa suhu nyang tinggi meuubah PAH induk jeut keu senyawa nyang leubeh toksik, sampoe meuhambat biodegradasi (Muller et al., 1998).
Ka geucatat bahwa le teumpat nyang ka terkontaminasi PAH na nilai pH ekstrim, lagee teumpat nyang ka terkontaminasi drainase tambang asam (pH 1-4) ngon teumpat gasifikasi gas alam/bara nyang ka terkontaminasi ngon limbah alkali (pH 8-12). Kondisi nyoe jeut that meupeungaroh keu proses biodegradasi. Kareuna nyan, sigohlom geungui mikroorganisme keu bioremediasi, geusarankan untuk geu-adjust pH ngon geu-tamah bahan kimia nyang jroh (deungon potensi oksidasi-reduksi nyang moderat sampoe that miyub) lagee amonium sulfat atawa amonium nitrat keu tanoh alkali atawa geu-kapur ngon kalsium si Bolen karbonat et al magne. 1995; gupta ngon sar 2020).
Pasokan oksigen keu daerah nyang keunong nakeuh faktor pembatas laju keu biodegradasi PAH. Kareuna kondisi redoks lingkungan, proses bioremediasi in situ biasa jih peureulee peutamong oksigen dari sumber luwa (peutani, peusapat udara, ngon penambahan bahan kimia) (Pardieck et al., 1992). Odenkranz dkk. (1996) geutunyok bahwa penambahan magnesium peroksida (senyawa peulheuh oksigen) keu akuifer nyang terkontaminasi jeuet seucara efektif bioremediasi senyawa BTEX. Studi laen menyelidiki degradasi in situ fenol ngon BTEX lam akuifer nyang terkontaminasi deungon menyuntikkan natrium nitrat ngon membangun mon ekstraksi keu meucapai bioremediasi nyang efektif (Bewley ngon Webb, 2001).