এই প্রবন্ধটি "উন্নত জৈব-উদ্ভাবন প্রযুক্তি এবং সিন্থেটিক জৈব যৌগ (SOC) পুনর্ব্যবহার প্রক্রিয়া" গবেষণা বিষয়ের অংশ। ১৪টি নিবন্ধ দেখুন।
কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) যেমন ন্যাপথলিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথলিন (মিথাইলনাপথলিন, ন্যাপথোয়িক অ্যাসিড, 1-ন্যাপথাইল-এন-মিথাইলকার্বামেট, ইত্যাদি) বিভিন্ন শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং জীবের জন্য জিনোটক্সিক, মিউটেজেনিক এবং/অথবা কার্সিনোজেনিক। এই কৃত্রিম জৈব যৌগগুলি (SOCs) বা জেনোবায়োটিকগুলিকে অগ্রাধিকার দূষণকারী হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং বিশ্ব পরিবেশ এবং জনস্বাস্থ্যের জন্য একটি গুরুতর হুমকি তৈরি করে। মানুষের কার্যকলাপের তীব্রতা (যেমন কয়লা গ্যাসীকরণ, তেল পরিশোধন, যানবাহন নির্গমন এবং কৃষি প্রয়োগ) এই সর্বব্যাপী এবং স্থায়ী যৌগগুলির ঘনত্ব, ভাগ্য এবং পরিবহন নির্ধারণ করে। ভৌত এবং রাসায়নিক চিকিত্সা/অপসারণ পদ্ধতির পাশাপাশি, জৈবিক প্রতিকারের মতো সবুজ এবং পরিবেশ বান্ধব প্রযুক্তি, যা POCs সম্পূর্ণরূপে হ্রাস করতে বা অ-বিষাক্ত উপজাতে রূপান্তর করতে সক্ষম অণুজীব ব্যবহার করে, একটি নিরাপদ, সাশ্রয়ী এবং প্রতিশ্রুতিশীল বিকল্প হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। মাটির মাইক্রোবায়োটায় থাকা ফাইলা প্রোটিওব্যাকটেরিয়া (সিউডোমোনাস, সিউডোমোনাস, কোমামোনাস, বার্কহোল্ডেরিয়া এবং নিওসফিংগোব্যাকটেরিয়াম), ফার্মিকিউটস (ব্যাসিলাস এবং পেনিব্যাসিলাস), এবং অ্যাক্টিনোব্যাকটেরিয়া (রোডোকোকাস এবং আর্থ্রোব্যাক্টর) এর বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতি বিভিন্ন জৈব যৌগকে অবক্ষয় করার ক্ষমতা প্রদর্শন করেছে। বিপাকীয় গবেষণা, জিনোমিক্স এবং মেটাজেনমিক বিশ্লেষণ আমাদের এই সরল জীবের মধ্যে উপস্থিত ক্যাটাবলিক জটিলতা এবং বৈচিত্র্য বুঝতে সাহায্য করে, যা দক্ষ জৈব অবক্ষয়ের জন্য আরও প্রয়োগ করা যেতে পারে। PAH-এর দীর্ঘমেয়াদী অস্তিত্বের ফলে প্লাজমিড, ট্রান্সপোসন, ব্যাকটেরিওফেজ, জিনোমিক দ্বীপ এবং সমন্বিত সংযোজক উপাদানের মতো জেনেটিক উপাদান ব্যবহার করে অনুভূমিক জিন স্থানান্তরের মাধ্যমে নতুন অবক্ষয় ফিনোটাইপের উত্থান ঘটেছে। নির্দিষ্ট আইসোলেট বা মডেল সম্প্রদায়ের (কনসোর্টিয়া) সিস্টেম জীববিজ্ঞান এবং জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং সিনারজিস্টিক প্রভাবের মাধ্যমে এই PAH-গুলির ব্যাপক, দ্রুত এবং দক্ষ জৈব-প্রতিকার সক্ষম করতে পারে। এই পর্যালোচনায়, আমরা বিভিন্ন বিপাকীয় পথ এবং বৈচিত্র্য, জিনগত গঠন এবং বৈচিত্র্য, এবং ন্যাপথলিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথলিন-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়ার কোষীয় প্রতিক্রিয়া/অভিযোজনের উপর আলোকপাত করব। এটি দক্ষ জৈব-উপাদানের জন্য ক্ষেত্রের প্রয়োগ এবং স্ট্রেন অপ্টিমাইজেশনের জন্য পরিবেশগত তথ্য প্রদান করবে।
শিল্পের দ্রুত বিকাশ (পেট্রোকেমিক্যাল, কৃষি, ওষুধ, টেক্সটাইল রঞ্জক, প্রসাধনী ইত্যাদি) বিশ্বব্যাপী অর্থনৈতিক সমৃদ্ধি এবং জীবনযাত্রার মান উন্নত করেছে। এই সূচকীয় উন্নয়নের ফলে বিপুল সংখ্যক কৃত্রিম জৈব যৌগ (SOCs) উৎপন্ন হয়েছে, যা বিভিন্ন পণ্য তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। এই বিদেশী যৌগ বা SOC গুলির মধ্যে রয়েছে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs), কীটনাশক, ভেষজনাশক, প্লাস্টিকাইজার, রঞ্জক, ওষুধ, অর্গানোফসফেট, শিখা প্রতিরোধক, উদ্বায়ী জৈব দ্রাবক ইত্যাদি। এগুলি বায়ুমণ্ডল, জলজ এবং স্থলজ বাস্তুতন্ত্রে নির্গত হয় যেখানে তাদের বহুমাত্রিক প্রভাব পড়ে, যা ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং সম্প্রদায় কাঠামোর পরিবর্তনের মাধ্যমে বিভিন্ন জৈব রূপের উপর ক্ষতিকারক প্রভাব ফেলে (পেট্রি এট আল।, ২০১৫; বার্নহার্ড এট আল।, ২০১৭; সরকার এট আল।, ২০২০)। অনেক সুগন্ধি দূষণকারীর অনেক অক্ষত বাস্তুতন্ত্র/জীববৈচিত্র্যের হটস্পট (যেমন প্রবাল প্রাচীর, আর্কটিক/অ্যান্টার্কটিক বরফের চাদর, উঁচু পাহাড়ি হ্রদ, গভীর সমুদ্রের পলি ইত্যাদি) উপর তীব্র এবং ধ্বংসাত্মক প্রভাব রয়েছে (জোন্স ২০১০; বেয়ার এট আল। ২০২০; নর্ডবর্গ এট আল। ২০২০)। সাম্প্রতিক ভূ-অণুজীববিজ্ঞান গবেষণায় দেখা গেছে যে কৃত্রিম কাঠামোর (নির্মিত পরিবেশ) পৃষ্ঠে (যেমন সাংস্কৃতিক ঐতিহ্যবাহী স্থান এবং গ্রানাইট, পাথর, কাঠ এবং ধাতু দিয়ে তৈরি স্মৃতিস্তম্ভ) কৃত্রিম জৈব পদার্থ (যেমন সুগন্ধি দূষণকারী) এবং তাদের ডেরিভেটিভের জমা তাদের অবক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে (গ্যাড ২০১৭; লিউ এট আল। ২০১৮)। মানুষের কার্যকলাপ বায়ু দূষণ এবং জলবায়ু পরিবর্তনের মাধ্যমে স্মৃতিস্তম্ভ এবং ভবনের জৈবিক অবক্ষয়কে তীব্র এবং খারাপ করতে পারে (লিউ এট আল। ২০২০)। এই জৈব দূষণকারীরা বায়ুমণ্ডলে জলীয় বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া করে এবং কাঠামোর উপর বসতি স্থাপন করে, যার ফলে উপাদানের ভৌত ও রাসায়নিক অবক্ষয় ঘটে। জীববৈচিত্র্যের অবক্ষয়কে জীবন্ত প্রাণীর দ্বারা সৃষ্ট বস্তুর চেহারা এবং বৈশিষ্ট্যে অবাঞ্ছিত পরিবর্তন হিসেবে ব্যাপকভাবে স্বীকৃত যা তাদের সংরক্ষণকে প্রভাবিত করে (পোচন এবং জ্যাটন, ১৯৬৭)। এই যৌগগুলির আরও জীবাণু ক্রিয়া (বিপাক) কাঠামোগত অখণ্ডতা, সংরক্ষণ কার্যকারিতা এবং সাংস্কৃতিক মূল্য হ্রাস করতে পারে (গ্যাড, ২০১৭; লিউ এট আল।, ২০১৮)। অন্যদিকে, কিছু ক্ষেত্রে, এই কাঠামোগুলির সাথে জীবাণু অভিযোজন এবং প্রতিক্রিয়া উপকারী বলে প্রমাণিত হয়েছে কারণ এগুলি জৈবফিল্ম এবং অন্যান্য প্রতিরক্ষামূলক ভূত্বক তৈরি করে যা ক্ষয়/পচনের হার হ্রাস করে (মার্টিনো, ২০১৬)। অতএব, পাথর, ধাতু এবং কাঠের স্মৃতিস্তম্ভগুলির জন্য কার্যকর দীর্ঘমেয়াদী টেকসই সংরক্ষণ কৌশলগুলির বিকাশের জন্য এই প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত মূল প্রক্রিয়াগুলির পুঙ্খানুপুঙ্খ ধারণা প্রয়োজন। প্রাকৃতিক প্রক্রিয়াগুলির (ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়া, বনের আগুন, আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাত, উদ্ভিদ এবং ব্যাকটেরিয়া প্রতিক্রিয়া) তুলনা করে, মানুষের কার্যকলাপের ফলে বাস্তুতন্ত্রে প্রচুর পরিমাণে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) এবং অন্যান্য জৈব কার্বন (OC) নির্গত হয়। কৃষিতে ব্যবহৃত অনেক PAH (কীটনাশক এবং কীটনাশক যেমন DDT, অ্যাট্রাজিন, কার্বারিল, পেন্টাক্লোরোফেনল, ইত্যাদি), শিল্প (অশোধিত তেল, তেলের কাদা/বর্জ্য, পেট্রোলিয়াম থেকে প্রাপ্ত প্লাস্টিক, PCB, প্লাস্টিকাইজার, ডিটারজেন্ট, জীবাণুনাশক, ধোঁয়াটে পদার্থ, সুগন্ধি এবং সংরক্ষণকারী), ব্যক্তিগত যত্ন পণ্য (সানস্ক্রিন, জীবাণুনাশক, পোকামাকড় প্রতিরোধক এবং পলিসাইক্লিক মাস্ক) এবং যুদ্ধাস্ত্র (2,4,6-TNT এর মতো বিস্ফোরক) সম্ভাব্য জেনোবায়োটিক যা গ্রহের স্বাস্থ্যের উপর প্রভাব ফেলতে পারে (Srogi, 2007; Vamsee-Krishna and Phale, 2008; Petrie et al., 2015)। এই তালিকাটি পেট্রোলিয়াম থেকে প্রাপ্ত যৌগ (জ্বালানি তেল, লুব্রিকেন্ট, অ্যাসফাল্টিন), উচ্চ আণবিক ওজনের জৈবপ্লাস্টিক এবং আয়নিক তরল (Amde et al., 2015) অন্তর্ভুক্ত করার জন্য প্রসারিত করা যেতে পারে। সারণি 1 বিভিন্ন সুগন্ধযুক্ত দূষণকারী এবং বিভিন্ন শিল্পে তাদের প্রয়োগের তালিকা করে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, উদ্বায়ী জৈব যৌগের পাশাপাশি কার্বন ডাই অক্সাইড এবং অন্যান্য গ্রিনহাউস গ্যাসের মানবসৃষ্ট নির্গমন বৃদ্ধি পেতে শুরু করেছে (ডভোরাক এট আল।, ২০১৭)। তবে, মানবসৃষ্ট প্রভাবগুলি প্রাকৃতিক প্রভাবগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে ছাড়িয়ে যায়। এছাড়াও, আমরা দেখতে পেয়েছি যে অনেক পরিবেশগত পরিবেশে বেশ কয়েকটি SOC টিকে থাকে এবং জৈব পদার্থের উপর প্রতিকূল প্রভাব ফেলে এমন উদীয়মান দূষণকারী হিসাবে চিহ্নিত হয়েছে (চিত্র ১)। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থা (USEPA) এর মতো পরিবেশগত সংস্থাগুলি তাদের সাইটোটক্সিক, জিনোটক্সিক, মিউটেজেনিক এবং কার্সিনোজেনিক বৈশিষ্ট্যের কারণে এই দূষণকারীদের অনেককে তাদের অগ্রাধিকার তালিকায় অন্তর্ভুক্ত করেছে। অতএব, দূষিত বাস্তুতন্ত্র থেকে বর্জ্য প্রক্রিয়াকরণ/অপসারণের জন্য কঠোর নিষ্কাশন নিয়ম এবং কার্যকর কৌশল প্রয়োজন। পাইরোলাইসিস, অক্সিডেটিভ তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ, বায়ু বায়ুচলাচল, ল্যান্ডফিলিং, পোড়ানো ইত্যাদির মতো বিভিন্ন ভৌত ও রাসায়নিক প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি অকার্যকর এবং ব্যয়বহুল এবং ক্ষয়কারী, বিষাক্ত এবং উপজাতীয় পণ্য তৈরি করে যা শোষণকারী, বিষাক্ত এবং চিকিত্সা করা কঠিন। বিশ্বব্যাপী পরিবেশগত সচেতনতা বৃদ্ধির সাথে সাথে, এই দূষণকারী এবং তাদের ডেরিভেটিভগুলি (যেমন হ্যালোজেনেটেড, নাইট্রো, অ্যালকাইল এবং/অথবা মিথাইল) ধ্বংস করতে সক্ষম অণুজীবগুলি ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করছে (ফেনেল এট আল।, ২০০৪; হরিতাশ এবং কৌশিক, ২০০৯; ফালে এট আল।, ২০২০; সরকার এট আল।, ২০২০; শোয়ানেম্যান এট আল।, ২০২০)। সুগন্ধযুক্ত দূষণকারী অপসারণের জন্য এই আদিবাসী প্রার্থী অণুজীবগুলির একা বা মিশ্র সংস্কৃতিতে (উপনিবেশ) ব্যবহারের পরিবেশগত সুরক্ষা, খরচ, দক্ষতা, কার্যকারিতা এবং স্থায়িত্বের দিক থেকে সুবিধা রয়েছে। গবেষকরা দূষণকারী চিকিত্সা/অপসারণের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্রযুক্তি হিসাবে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রেডক্স পদ্ধতি, যথা জৈব-ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম (BES) এর সাথে অণুজীব প্রক্রিয়াগুলির একীকরণও অন্বেষণ করছেন (হুয়াং এট আল।, ২০১১)। উচ্চ দক্ষতা, কম খরচ, পরিবেশগত নিরাপত্তা, ঘরের তাপমাত্রায় পরিচালনা, জৈব-সামঞ্জস্যপূর্ণ উপকরণ এবং মূল্যবান উপ-পণ্য (যেমন, বিদ্যুৎ, জ্বালানি এবং রাসায়নিক) পুনরুদ্ধার করার ক্ষমতার কারণে BES প্রযুক্তি ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করেছে (প্যান্ট এট আল।, ২০১২; নাজারি এট আল।, ২০২০)। উচ্চ-থ্রুপুট জিনোম সিকোয়েন্সিং এবং ওমিক্স সরঞ্জাম/পদ্ধতির আবির্ভাব বিভিন্ন অবক্ষয়কারী অণুজীবের বিক্রিয়ার জেনেটিক নিয়ন্ত্রণ, প্রোটিওমিক্স এবং ফ্লাক্সোমিক্স সম্পর্কে প্রচুর নতুন তথ্য সরবরাহ করেছে। সিস্টেম জীববিজ্ঞানের সাথে এই সরঞ্জামগুলিকে একত্রিত করার ফলে দক্ষ এবং কার্যকর জৈব অবক্ষয় অর্জনের জন্য অণুজীবের লক্ষ্য ক্যাটাবলিক পথের নির্বাচন এবং সূক্ষ্ম-সুরকরণ সম্পর্কে আমাদের ধারণা আরও উন্নত হয়েছে (অর্থাৎ, বিপাকীয় নকশা)। উপযুক্ত প্রার্থী অণুজীব ব্যবহার করে কার্যকর জৈব-প্রতিকার কৌশল ডিজাইন করার জন্য, আমাদের অণুজীবের জৈব রাসায়নিক সম্ভাবনা, বিপাকীয় বৈচিত্র্য, জেনেটিক গঠন এবং বাস্তুবিদ্যা (অটোইকোলজি/সিনেকোলজি) বুঝতে হবে।
চিত্র ১. বিভিন্ন পরিবেশগত পরিবেশ এবং জীববৈচিত্র্যকে প্রভাবিত করে এমন বিভিন্ন কারণের মধ্য দিয়ে নিম্ন-আণবিক PAH-এর উৎস এবং পথ। ড্যাশযুক্ত রেখাগুলি বাস্তুতন্ত্রের উপাদানগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াকে প্রতিনিধিত্ব করে।
এই পর্যালোচনায়, আমরা বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া আইসোলেট দ্বারা ন্যাপথলিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথলিনের মতো সরল PAH-এর অবক্ষয়ের তথ্য সংক্ষেপে উপস্থাপন করার চেষ্টা করেছি, যা বিপাকীয় পথ এবং বৈচিত্র্য, অবক্ষয়ের সাথে জড়িত এনজাইম, জিনের গঠন/বিষয়বস্তু এবং বৈচিত্র্য, কোষীয় প্রতিক্রিয়া এবং জৈব-উপাদানের বিভিন্ন দিককে অন্তর্ভুক্ত করে। জৈব-রাসায়নিক এবং আণবিক স্তরগুলি বোঝা এই ধরনের অগ্রাধিকার দূষণকারীদের কার্যকর জৈব-উপাদানের জন্য উপযুক্ত হোস্ট স্ট্রেন এবং তাদের আরও জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং সনাক্ত করতে সহায়তা করবে। এটি কার্যকর জৈব-উপাদানের জন্য সাইট-নির্দিষ্ট ব্যাকটেরিয়া কনসোর্টিয়া প্রতিষ্ঠার জন্য কৌশল তৈরিতে সহায়তা করবে।
বিপুল সংখ্যক বিষাক্ত এবং বিপজ্জনক সুগন্ধি যৌগের উপস্থিতি (যা হাকেল নিয়ম 4n + 2π ইলেকট্রন, n = 1, 2, 3, … পূরণ করে) বিভিন্ন পরিবেশগত মাধ্যমের জন্য একটি গুরুতর হুমকি তৈরি করে যেমন বায়ু, মাটি, পলি, এবং পৃষ্ঠ এবং ভূগর্ভস্থ জল (Puglisi et al., 2007)। এই যৌগগুলিতে একক বেনজিন রিং (মনোসাইক্লিক) বা একাধিক বেনজিন রিং (পলিসাইক্লিক) থাকে যা রৈখিক, কৌণিক বা ক্লাস্টার আকারে সাজানো থাকে এবং উচ্চ নেতিবাচক অনুরণন শক্তি এবং জড়তা (জড়তা) এর কারণে পরিবেশে স্থিতিশীলতা (স্থিতিশীলতা/অস্থিরতা) প্রদর্শন করে, যা তাদের হাইড্রোফোবিসিটি এবং হ্রাসপ্রাপ্ত অবস্থা দ্বারা ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। যখন সুগন্ধি বলয়টি আরও মিথাইল (-CH3), কার্বক্সিল (-COOH), হাইড্রোক্সিল (-OH), বা সালফোনেট (-HSO3) গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, তখন এটি আরও স্থিতিশীল হয়ে ওঠে, ম্যাক্রোমোলিকিউলের জন্য একটি শক্তিশালী আকর্ষণ থাকে এবং জৈবিক ব্যবস্থায় জৈব সঞ্চয়কারী হয় (Seo et al., 2009; Phale et al., 2020)। কিছু কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (LMWAHs), যেমন ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভস [মিথাইলনাপথলিন, ন্যাপথোয়িক অ্যাসিড, ন্যাপথলিনসালফোনেট এবং 1-ন্যাপথাইল এন-মিথাইলকারবামেট (কারবারিল)], মার্কিন পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থা জিনোটক্সিক, মিউটেজেনিক এবং/অথবা কার্সিনোজেনিক হিসাবে অগ্রাধিকারপ্রাপ্ত জৈব দূষণকারীর তালিকায় অন্তর্ভুক্ত করেছে (সার্নিগ্লিয়া, 1984)। পরিবেশে এই শ্রেণীর NM-PAHs নির্গত হওয়ার ফলে খাদ্য শৃঙ্খলের সমস্ত স্তরে এই যৌগগুলির জৈব সঞ্চয় হতে পারে, যার ফলে বাস্তুতন্ত্রের স্বাস্থ্যের উপর প্রভাব পড়তে পারে (বিনকোভা এট আল., 2000; স্রোগি, 2007; কুইন এট আল., 2009)।
PAH-এর জৈব পদার্থের উৎস এবং পথগুলি মূলত মাটি, ভূগর্ভস্থ জল, ভূপৃষ্ঠের জল, ফসল এবং বায়ুমণ্ডলের মতো বিভিন্ন বাস্তুতন্ত্রের উপাদানগুলির মধ্যে স্থানান্তর এবং মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে (Arey and Atkinson, 2003)। চিত্র 1 বাস্তুতন্ত্রে বিভিন্ন কম আণবিক ওজনের PAH-এর মিথস্ক্রিয়া এবং বিতরণ এবং জৈব পদার্থ/মানব সংস্পর্শে আসার পথ দেখায়। বায়ু দূষণের ফলে এবং যানবাহনের নির্গমন, শিল্প নিষ্কাশন গ্যাস (কয়লা গ্যাসীকরণ, দহন এবং কোক উৎপাদন) এবং তাদের জমার স্থানান্তর (প্রবাহ) এবং তাদের জমার মাধ্যমে PAH-গুলি পৃষ্ঠে জমা হয়। কৃত্রিম টেক্সটাইল, রঞ্জক এবং রঙ তৈরির মতো শিল্প কার্যক্রম; কাঠ সংরক্ষণ; রাবার প্রক্রিয়াকরণ; সিমেন্ট উৎপাদন কার্যক্রম; কীটনাশক উৎপাদন; এবং কৃষি প্রয়োগ স্থলজ এবং জলজ ব্যবস্থায় PAH-এর প্রধান উৎস (Bamforth and Singleton, 2005; Wick et al., 2011)। গবেষণায় দেখা গেছে যে শহরতলির এবং শহরাঞ্চল, মহাসড়কের কাছাকাছি এবং বড় শহরগুলির মাটি পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) এর প্রতি বেশি সংবেদনশীল কারণ বিদ্যুৎ কেন্দ্র, আবাসিক গরম, বায়ু এবং সড়ক যানবাহনের চাপ এবং নির্মাণ কার্যক্রম থেকে নির্গমন ঘটে (Suman et al., 2016)। (2008) দেখিয়েছে যে নিউ অরলিন্স, লুইসিয়ানা, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের রাস্তার কাছাকাছি মাটিতে PAHs 7189 μg/kg পর্যন্ত ছিল, যেখানে খোলা জায়গায় এটি ছিল মাত্র 2404 μg/kg। একইভাবে, বেশ কয়েকটি মার্কিন শহরের কয়লা গ্যাসীকরণ সাইটের কাছাকাছি এলাকায় 300 μg/kg পর্যন্ত PAH স্তর রিপোর্ট করা হয়েছে (Kanaly and Harayama, 2000; Bamforth and Singleton, 2005)। দিল্লি (শর্মা এট আল., ২০০৮), আগ্রা (দুবে এট আল., ২০১৪), মুম্বাই (কুলকার্নি এবং ভেঙ্কটরমন, ২০০০) এবং বিশাখাপত্তনম (কুলকার্নি এট আল., ২০১৪) এর মতো বিভিন্ন ভারতীয় শহরের মাটিতে উচ্চ ঘনত্বের PAHs রয়েছে বলে জানা গেছে। সুগন্ধি যৌগগুলি মাটির কণা, জৈব পদার্থ এবং কাদামাটির খনিজ পদার্থের সাথে আরও সহজে শোষিত হয়, ফলে বাস্তুতন্ত্রের প্রধান কার্বন সিঙ্ক হয়ে ওঠে (স্রোগি, ২০০৭; পেং এট আল., ২০০৮)। জলজ বাস্তুতন্ত্রে PAHs এর প্রধান উৎস হল বৃষ্টিপাত (ভেজা/শুষ্ক বৃষ্টিপাত এবং জলীয় বাষ্প), নগর প্রবাহ, বর্জ্য জল নিঃসরণ, ভূগর্ভস্থ জলের পুনঃচালন ইত্যাদি (স্রোগি, ২০০৭)। অনুমান করা হয় যে সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে প্রায় ৮০% PAHs বৃষ্টিপাত, পলি জমা এবং বর্জ্য নিঃসরণ থেকে উদ্ভূত হয় (মোটেলে-মাসেই এট আল., ২০০৬; স্রোগি, ২০০৭)। ভূপৃষ্ঠের জলে PAH-এর উচ্চ ঘনত্ব বা কঠিন বর্জ্য নিষ্কাশন স্থান থেকে নির্গত পদার্থ অবশেষে ভূগর্ভস্থ জলে মিশে যা জনস্বাস্থ্যের জন্য একটি বড় হুমকি হয়ে দাঁড়িয়েছে কারণ দক্ষিণ ও দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার ৭০% এরও বেশি জনসংখ্যা ভূগর্ভস্থ জল পান করে (দত্তগুপ্ত প্রমুখ, ২০১৯)। ভারতের পশ্চিমবঙ্গ থেকে দত্তগুপ্ত প্রমুখ (২০২০) নদীর (৩২) এবং ভূগর্ভস্থ জলের (২৩৫) বিশ্লেষণ করে দেখা গেছে যে আনুমানিক ৫৩% শহুরে বাসিন্দা এবং ৪৪% গ্রামীণ বাসিন্দা (মোট ২০ মিলিয়ন বাসিন্দা) ন্যাপথলিন (৪.৯–১০.৬ μg/L) এবং এর ডেরিভেটিভের সংস্পর্শে আসতে পারেন। ভূপৃষ্ঠে কম আণবিক ওজনের PAH-এর উল্লম্ব পরিবহন (অ্যাডভেঞ্চার) নিয়ন্ত্রণকারী প্রধান কারণ হিসেবে ভূমি ব্যবহারের ধরণ এবং বর্ধিত ভূগর্ভস্থ জল নিষ্কাশনকে বিবেচনা করা হয়। কৃষিক্ষেত্রে প্রবাহ, পৌর ও শিল্প বর্জ্য জল নিষ্কাশন এবং কঠিন বর্জ্য/আবর্জনা নিষ্কাশন নদী অববাহিকা এবং ভূগর্ভস্থ পলিতে PAH-এর দ্বারা প্রভাবিত বলে প্রমাণিত হয়েছে। বায়ুমণ্ডলীয় বৃষ্টিপাত PAH দূষণকে আরও বাড়িয়ে তোলে। বিশ্বব্যাপী নদী/জলাশয়গুলিতে, যেমন ফ্রেজার নদী, লুয়ান নদী, ডেনসো নদী, মিসৌরি নদী, অ্যানাকোস্টিয়া নদী, এব্রো নদী এবং ডেলাওয়্যার নদীতে PAH এবং তাদের অ্যালকাইল ডেরিভেটিভের উচ্চ ঘনত্ব (মোট ৫১টি) পাওয়া গেছে (ইয়ুনকার এট আল।, ২০০২; মোটেলে-ম্যাসেই এট আল।, ২০০৬; লি এট আল।, ২০১০; আমোয়াকো এট আল।, ২০১১; কিম এট আল।, ২০১৮)। গঙ্গা নদীর অববাহিকার পলিতে, ন্যাপথলিন এবং ফেনানথ্রিন সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ (৭০% নমুনায় সনাক্ত করা হয়েছে) হিসাবে পাওয়া গেছে (দত্তগুপ্ত এট আল।, ২০১৯)। অধিকন্তু, গবেষণায় দেখা গেছে যে পানীয় জলের ক্লোরিনেশন আরও বিষাক্ত অক্সিজেনযুক্ত এবং ক্লোরিনযুক্ত PAH গঠনের দিকে পরিচালিত করতে পারে (মানোলি এবং সামারা, ১৯৯৯)। দূষিত মাটি, ভূগর্ভস্থ জল এবং বৃষ্টিপাত থেকে উদ্ভিদের শোষণের ফলে শস্য, ফল এবং শাকসবজিতে PAH জমা হয় (Fismes et al., 2002)। মাছ, ঝিনুক, ঝিনুক এবং চিংড়ির মতো অনেক জলজ প্রাণী দূষিত খাদ্য এবং সমুদ্রের জল গ্রহণের পাশাপাশি টিস্যু এবং ত্বকের মাধ্যমে PAH দ্বারা দূষিত হয় (Mackay and Fraser, 2000)। রান্না/প্রক্রিয়াজাতকরণ পদ্ধতি যেমন গ্রিল করা, রোস্ট করা, ধূমপান করা, ভাজা, শুকানো, বেকিং এবং কাঠকয়লা রান্নার মাধ্যমেও খাদ্যে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে PAH হতে পারে। এটি মূলত ধূমপান উপাদানের পছন্দ, ফেনোলিক/সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বন সামগ্রী, রান্নার পদ্ধতি, হিটারের ধরণ, আর্দ্রতা, অক্সিজেন সরবরাহ এবং দহন তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে (Guillén et al., 2000; Gomes et al., 2013)। পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) দুধে বিভিন্ন ঘনত্বে (0.75–2.1 mg/L) সনাক্ত করা হয়েছে (Girelli et al., 2014)। খাদ্যে এই PAH গুলির জমা খাদ্যের ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপরও নির্ভর করে, যদিও তাদের বিষাক্ত প্রভাব শারীরবৃত্তীয় কার্যকলাপ, বিপাকীয় কার্যকলাপ, শোষণ, বিতরণ এবং শরীরের বন্টনের সাথে সম্পর্কিত (মেচিনি এট আল।, ২০১১)।
পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) এর বিষাক্ততা এবং ক্ষতিকারক প্রভাব দীর্ঘদিন ধরেই জানা গেছে (Cherniglia, 1984)। কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (LMW-PAHs) (দুই থেকে তিনটি বলয়) বিভিন্ন ম্যাক্রোমোলিকিউলের সাথে সমযোজীভাবে আবদ্ধ হতে পারে যেমন DNA, RNA এবং প্রোটিন এবং কার্সিনোজেনিক (Santarelli et al., 2008)। তাদের হাইড্রোফোবিক প্রকৃতির কারণে, এগুলি লিপিড মেমব্রেন দ্বারা পৃথক করা হয়। মানুষের ক্ষেত্রে, সাইটোক্রোম P450 মনোঅক্সিজেনেস PAHs কে ইপোক্সাইডে অক্সিডাইজ করে, যার মধ্যে কিছু অত্যন্ত প্রতিক্রিয়াশীল (যেমন, বেডিওল ইপোক্সাইড) এবং স্বাভাবিক কোষগুলিকে ম্যালিগন্যান্ট কোষে রূপান্তরিত করতে পারে (Marston et al., 2001)। এছাড়াও, PAHs এর রূপান্তর পণ্য যেমন কুইনোন, ফেনল, ইপোক্সাইড, ডায়োল ইত্যাদি মূল যৌগের তুলনায় বেশি বিষাক্ত। কিছু PAH এবং তাদের বিপাকীয় মধ্যস্থতাকারী হরমোন এবং বিপাকের বিভিন্ন এনজাইমকে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে বৃদ্ধি, কেন্দ্রীয় স্নায়ুতন্ত্র, প্রজনন এবং রোগ প্রতিরোধ ব্যবস্থার উপর বিরূপ প্রভাব পড়ে (Swetha and Phale, 2005; Vamsee-Krishna et al., 2006; Oostingh et al., 2008)। স্বল্পমেয়াদী কম আণবিক ওজনের PAH-এর সংস্পর্শে আসার ফলে হাঁপানি রোগীদের ফুসফুসের কার্যকারিতা এবং থ্রম্বোসিস ব্যাহত হয় এবং ত্বক, ফুসফুস, মূত্রাশয় এবং গ্যাস্ট্রোইনটেস্টাইনাল ক্যান্সারের ঝুঁকি বৃদ্ধি পায় বলে জানা গেছে (Olsson et al., 2010; Diggs et al., 2011)। প্রাণী গবেষণায় আরও দেখা গেছে যে PAH-এর সংস্পর্শে প্রজনন কার্যকারিতা এবং বিকাশের উপর বিরূপ প্রভাব পড়তে পারে এবং ছানি, কিডনি এবং লিভারের ক্ষতি এবং জন্ডিস হতে পারে। বিভিন্ন PAH জৈব রূপান্তর পণ্য যেমন ডায়োল, ইপোক্সাইড, কুইনোন এবং ফ্রি র‍্যাডিকেল (কেশন) DNA অ্যাডাক্ট তৈরি করতে দেখা গেছে। স্থিতিশীল অ্যাডাক্টগুলি ডিএনএ প্রতিলিপি তৈরির যন্ত্রকে পরিবর্তন করতে দেখা গেছে, যেখানে অস্থির অ্যাডাক্টগুলি ডিএনএকে বিশুদ্ধ করতে পারে (প্রধানত অ্যাডেনিন এবং কখনও কখনও গুয়ানিনে); উভয়ই ত্রুটি তৈরি করতে পারে যা মিউটেশনের দিকে পরিচালিত করে (Schweigert et al. 2001)। উপরন্তু, কুইনোন (benzo-/pan-) প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি (ROS) তৈরি করতে পারে, যা DNA এবং অন্যান্য ম্যাক্রোমোলিকিউলের মারাত্মক ক্ষতি করে, যার ফলে টিস্যুর কার্যকারিতা/কার্যক্ষমতা প্রভাবিত হয় (Ewa and Danuta 2017)। পাইরিন, বাইফেনাইল এবং ন্যাপথলিনের কম ঘনত্বের দীর্ঘস্থায়ী সংস্পর্শে পরীক্ষামূলক প্রাণীদের মধ্যে ক্যান্সারের কারণ বলে জানা গেছে (Diggs et al. 2012)। তাদের মারাত্মক বিষাক্ততার কারণে, প্রভাবিত/দূষিত স্থান থেকে এই PAH গুলিকে পরিষ্কার/অপসারণ করা অগ্রাধিকার।
দূষিত স্থান/পরিবেশ থেকে PAH অপসারণের জন্য বিভিন্ন ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছে। ইনসিনারেশন, ডিক্লোরিনেশন, ইউভি জারণ, স্থিরকরণ এবং দ্রাবক নিষ্কাশনের মতো প্রক্রিয়াগুলির অনেক অসুবিধা রয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে বিষাক্ত উপজাত তৈরি, প্রক্রিয়া জটিলতা, নিরাপত্তা ও নিয়ন্ত্রণমূলক সমস্যা, কম দক্ষতা এবং উচ্চ খরচ। তবে, মাইক্রোবায়াল জৈব অবক্ষয় (যাকে জৈব-রেমিডিয়েশন বলা হয়) একটি প্রতিশ্রুতিশীল বিকল্প পদ্ধতি যার মধ্যে বিশুদ্ধ সংস্কৃতি বা উপনিবেশের আকারে অণুজীবের ব্যবহার জড়িত। ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতির তুলনায়, এই প্রক্রিয়াটি পরিবেশবান্ধব, আক্রমণাত্মক নয়, ব্যয়-কার্যকর এবং টেকসই। জৈবিক সংস্কার ক্ষতিগ্রস্ত স্থানে (স্থানে) অথবা বিশেষভাবে প্রস্তুত স্থানে (এক্স সিটু) করা যেতে পারে এবং তাই এটি ঐতিহ্যবাহী ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতির তুলনায় আরও টেকসই প্রতিকার পদ্ধতি হিসাবে বিবেচিত হয় (জুহাজ এবং নাইডু, ২০০০; আন্দ্রেওনি এবং জিয়ানফ্রেডা, ২০০৭; মেঘরাজ এবং অন্যান্য, ২০১১; ফালে এবং অন্যান্য, ২০২০; সরকার এবং অন্যান্য, ২০২০)।
সুগন্ধি দূষণকারী পদার্থের অবক্ষয়ের সাথে জড়িত মাইক্রোবিয়াল বিপাকীয় পদক্ষেপগুলি বোঝার ফলে পরিবেশগত এবং পরিবেশগত স্থায়িত্বের জন্য বিশাল বৈজ্ঞানিক এবং অর্থনৈতিক প্রভাব রয়েছে। বিশ্বব্যাপী আনুমানিক 2.1×1018 গ্রাম কার্বন (C) পলি এবং জৈব যৌগগুলিতে (যেমন, তেল, প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লা, অর্থাৎ, জীবাশ্ম জ্বালানি) সঞ্চিত থাকে, যা বিশ্বব্যাপী কার্বন চক্রে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখে। যাইহোক, দ্রুত শিল্পায়ন, জীবাশ্ম জ্বালানি নিষ্কাশন এবং মানুষের কার্যকলাপ এই লিথোস্ফিয়ারিক কার্বন জলাধারগুলিকে হ্রাস করছে, বার্ষিক আনুমানিক 5.5×1015 গ্রাম জৈব কার্বন (দূষণকারী হিসাবে) বায়ুমণ্ডলে ছেড়ে দিচ্ছে (গঞ্জালেজ-গায়া এট আল।, 2019)। এই জৈব কার্বনের বেশিরভাগই পলিকরণ, পরিবহন এবং প্রবাহের মাধ্যমে স্থলজ এবং সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে প্রবেশ করে। এছাড়াও, জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে প্রাপ্ত নতুন কৃত্রিম দূষণকারী, যেমন প্লাস্টিক, প্লাস্টিকাইজার এবং প্লাস্টিক স্টেবিলাইজার (থ্যালেট এবং তাদের আইসোমার), সামুদ্রিক, মাটি এবং জলজ বাস্তুতন্ত্র এবং তাদের জৈবিক জীবাণুগুলিকে মারাত্মকভাবে দূষিত করে, যার ফলে বিশ্বব্যাপী জলবায়ু ঝুঁকি বৃদ্ধি পায়। উত্তর আমেরিকা এবং দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার মধ্যবর্তী প্রশান্ত মহাসাগরে বিভিন্ন ধরণের মাইক্রোপ্লাস্টিক, ন্যানোপ্লাস্টিক, প্লাস্টিকের টুকরো এবং পলিথিলিন টেরেফথালেট (PET) থেকে প্রাপ্ত তাদের বিষাক্ত মনোমার পণ্য জমা হয়েছে, যা "গ্রেট প্যাসিফিক আবর্জনা প্যাচ" তৈরি করেছে, যা সামুদ্রিক জীবনের ক্ষতি করছে (নিওয়েল এট আল।, ২০২০)। বৈজ্ঞানিক গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে কোনও ভৌত বা রাসায়নিক পদ্ধতিতে এই ধরণের দূষণকারী/বর্জ্য অপসারণ করা সম্ভব নয়। এই প্রেক্ষাপটে, সবচেয়ে দরকারী অণুজীব হল সেইসব অণুজীব যারা দূষণকারীকে কার্বন ডাই অক্সাইড, রাসায়নিক শক্তি এবং অন্যান্য অ-বিষাক্ত উপজাতগুলিতে অক্সিডেটিভভাবে বিপাক করতে সক্ষম যা অবশেষে অন্যান্য পুষ্টি চক্র প্রক্রিয়ায় প্রবেশ করে (H, O, N, S, P, Fe, ইত্যাদি)। সুতরাং, সুগন্ধযুক্ত দূষণকারী খনিজকরণের মাইক্রোবিয়াল ইকোফিজিওলজি এবং এর পরিবেশগত নিয়ন্ত্রণ বোঝা মাইক্রোবিয়াল কার্বন চক্র, নেট কার্বন বাজেট এবং ভবিষ্যতের জলবায়ু ঝুঁকি মূল্যায়নের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পরিবেশ থেকে এই ধরনের যৌগ অপসারণের জরুরি প্রয়োজনের পরিপ্রেক্ষিতে, পরিষ্কার প্রযুক্তির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে বিভিন্ন ইকো-শিল্পের আবির্ভাব ঘটেছে। বিকল্পভাবে, বাস্তুতন্ত্রে জমে থাকা শিল্প বর্জ্য/বর্জ্য রাসায়নিকের মূল্যায়ন (অর্থাৎ বর্জ্য থেকে সম্পদের পদ্ধতি) বৃত্তাকার অর্থনীতি এবং টেকসই উন্নয়ন লক্ষ্যের অন্যতম স্তম্ভ হিসাবে বিবেচিত হয় (ক্লোজ এট আল., ২০১২)। অতএব, এই ধরণের সুগন্ধযুক্ত দূষণকারী পদার্থের কার্যকর অপসারণ এবং জৈবিক প্রতিকারের জন্য এই সম্ভাব্য অবক্ষয় প্রার্থীদের বিপাকীয়, এনজাইমেটিক এবং জেনেটিক দিকগুলি বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
অনেক সুগন্ধযুক্ত দূষণকারীর মধ্যে, আমরা ন্যাপথলিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথলিনের মতো কম আণবিক-ওজনযুক্ত PAH-এর উপর বিশেষ মনোযোগ দিই। এই যৌগগুলি পেট্রোলিয়াম থেকে প্রাপ্ত জ্বালানি, টেক্সটাইল রঞ্জক, ভোগ্যপণ্য, কীটনাশক (মথবল এবং পোকামাকড় প্রতিরোধক), প্লাস্টিকাইজার এবং ট্যানিনের প্রধান উপাদান এবং তাই অনেক বাস্তুতন্ত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় (প্রিউস এট আল।, ২০০৩)। সাম্প্রতিক প্রতিবেদনগুলি জলাধারের পলি, ভূগর্ভস্থ জল এবং ভূগর্ভস্থ মাটি, ভাডোজ অঞ্চল এবং নদীর তলদেশে ন্যাপথলিনের ঘনত্বের সঞ্চয়কে তুলে ধরে, যা পরিবেশে এর জৈব সঞ্চয়ের ইঙ্গিত দেয় (দত্তগুপ্ত এট আল।, ২০১৯, ২০২০)। সারণী ২ ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভের ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, প্রয়োগ এবং স্বাস্থ্যের উপর প্রভাবের সংক্ষিপ্তসার করে। অন্যান্য উচ্চ-আণবিক-ওজন PAH-এর তুলনায়, ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলি কম জল-বিষয়ক, জল-দ্রবণীয় এবং বাস্তুতন্ত্রে ব্যাপকভাবে বিতরণ করা হয়, তাই এগুলি প্রায়শই PAH-এর বিপাক, জেনেটিক্স এবং বিপাকীয় বৈচিত্র্য অধ্যয়নের জন্য মডেল সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহৃত হয়। বিপুল সংখ্যক অণুজীব ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলিকে বিপাক করতে সক্ষম, এবং তাদের বিপাকীয় পথ, এনজাইম এবং নিয়ন্ত্রক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে ব্যাপক তথ্য পাওয়া যায় (ম্যালিক এট আল।, ২০১১; ফ্যাল এট আল।, ২০১৯, ২০২০)। এছাড়াও, ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলিকে তাদের উচ্চ প্রাচুর্য এবং জৈব উপলভ্যতার কারণে পরিবেশ দূষণ মূল্যায়নের জন্য প্রোটোটাইপ যৌগ হিসাবে মনোনীত করা হয়েছে। মার্কিন পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থা অনুমান করে যে সিগারেটের ধোঁয়া থেকে প্রতি ঘনমিটারে ন্যাপথলিনের গড় মাত্রা ৫.১৯ μg, প্রাথমিকভাবে অসম্পূর্ণ দহন থেকে এবং পার্শ্ববর্তী ধোঁয়া থেকে ৭.৮ থেকে ৪৬ μg, যেখানে ক্রিয়োসোট এবং ন্যাপথলিনের সংস্পর্শে ১০০ থেকে ১০,০০০ গুণ বেশি (প্রিউস এট আল। ২০০৩)। বিশেষ করে ন্যাপথলিনের প্রজাতি, অঞ্চল এবং লিঙ্গ-নির্দিষ্ট শ্বাসযন্ত্রের বিষাক্ততা এবং ক্যান্সার সৃষ্টিকারী বৈশিষ্ট্য পাওয়া গেছে। প্রাণী গবেষণার উপর ভিত্তি করে, ইন্টারন্যাশনাল এজেন্সি ফর রিসার্চ অন ক্যান্সার (IARC) ন্যাপথলিনকে "মানুষের জন্য সম্ভাব্য কার্সিনোজেন" (গ্রুপ 2B) হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করেছে। প্রতিস্থাপিত ন্যাপথলিনের সংস্পর্শে, প্রাথমিকভাবে শ্বাস-প্রশ্বাসের মাধ্যমে বা প্যারেন্টেরাল (মৌখিক) প্রশাসনের মাধ্যমে, ফুসফুসের টিস্যুতে আঘাত লাগে এবং ইঁদুর এবং ইঁদুরের ফুসফুসের টিউমারের প্রবণতা বৃদ্ধি পায় (জাতীয় বিষবিদ্যা প্রোগ্রাম 2)। তীব্র প্রভাবগুলির মধ্যে রয়েছে বমি বমি ভাব, বমি, পেটে ব্যথা, ডায়রিয়া, মাথাব্যথা, বিভ্রান্তি, প্রচুর ঘাম, জ্বর, টাকাইকার্ডিয়া ইত্যাদি। অন্যদিকে, ব্রড-স্পেকট্রাম কার্বামেট কীটনাশক কার্বারিল (1-ন্যাপথাইল এন-মিথাইলকারবামেট) জলজ অমেরুদণ্ডী প্রাণী, উভচর, মৌমাছি এবং মানুষের জন্য বিষাক্ত বলে জানা গেছে এবং এটি অ্যাসিটাইলকোলিনস্টেরেজকে বাধা দেয় যা পক্ষাঘাত সৃষ্টি করে (স্মল্ডার্স এট আল., 2003; বুলেন এবং ডিস্টেল, 2011)। অতএব, দূষিত পরিবেশে জৈব-উপাদান কৌশল তৈরির জন্য মাইক্রোবায়াল অবক্ষয়, জেনেটিক নিয়ন্ত্রণ, এনজাইমেটিক এবং কোষীয় বিক্রিয়ার প্রক্রিয়াগুলি বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সারণি ২। ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভের ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, ব্যবহার, সনাক্তকরণ পদ্ধতি এবং সংশ্লিষ্ট রোগ সম্পর্কে বিস্তারিত তথ্য।
দূষিত কুলুঙ্গিতে, হাইড্রোফোবিক এবং লিপোফিলিক সুগন্ধযুক্ত দূষণকারীরা পরিবেশগত মাইক্রোবায়োমের (সম্প্রদায়) উপর বিভিন্ন ধরণের কোষীয় প্রভাব ফেলতে পারে, যেমন ঝিল্লির তরলতা, ঝিল্লির ব্যাপ্তিযোগ্যতা, লিপিড দ্বিস্তর ফুলে যাওয়া, শক্তি স্থানান্তরে ব্যাঘাত (ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল/প্রোটন চালিকা শক্তি), এবং ঝিল্লি-সম্পর্কিত প্রোটিনের কার্যকলাপ (সিক্কেমা এট আল।, ১৯৯৫)। এছাড়াও, কিছু দ্রবণীয় মধ্যবর্তী পদার্থ যেমন ক্যাটেকল এবং কুইনোন প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি (ROS) তৈরি করে এবং DNA এবং প্রোটিনের সাথে অ্যাডাক্ট তৈরি করে (পেনিং এট আল।, ১৯৯৯)। সুতরাং, বাস্তুতন্ত্রে এই জাতীয় যৌগের প্রাচুর্য মাইক্রোবায়াল সম্প্রদায়ের উপর নির্বাচনী চাপ প্রয়োগ করে বিভিন্ন শারীরবৃত্তীয় স্তরে দক্ষ অবক্ষয়কারী হয়ে ওঠে, যার মধ্যে রয়েছে গ্রহণ/পরিবহন, অন্তঃকোষীয় রূপান্তর, আত্তীকরণ/ব্যবহার এবং কম্পার্টমেন্টালাইজেশন।
রিবোসোমাল ডাটাবেস প্রজেক্ট-II (RDP-II) এর অনুসন্ধানে দেখা গেছে যে ন্যাপথলিন বা এর ডেরিভেটিভস দ্বারা দূষিত মিডিয়া বা সমৃদ্ধি সংস্কৃতি থেকে মোট 926টি ব্যাকটেরিয়া প্রজাতি বিচ্ছিন্ন করা হয়েছিল। প্রোটিওব্যাকটেরিয়া গ্রুপে সর্বাধিক সংখ্যক প্রতিনিধি ছিল (n = 755), তারপরে রয়েছে ফার্মিকিউটস (52), ব্যাকটেরয়েডেটস (43), অ্যাক্টিনোব্যাকটেরিয়া (39), টেনেরিকিউটস (10) এবং অশ্রেণীবদ্ধ ব্যাকটেরিয়া (8) (চিত্র 2)। γ-প্রোটিওব্যাকটেরিয়া (সিউডোমোনাডেলস এবং জ্যান্থোমোনডেলস) এর প্রতিনিধিরা উচ্চ G+C সামগ্রী (54%) সহ সমস্ত গ্রাম-নেগেটিভ গ্রুপে প্রাধান্য পেয়েছিল, যেখানে ক্লোস্ট্রিডিয়ালস এবং ব্যাসিলালস (30%) কম G+C সামগ্রী সহ গ্রাম-পজিটিভ গ্রুপ ছিল। সিউডোমোনাস (সর্বোচ্চ সংখ্যক, ৩৩৮ প্রজাতি) বিভিন্ন দূষিত বাস্তুতন্ত্রে (কয়লা আলকাতরা, পেট্রোলিয়াম, অপরিশোধিত তেল, কাদা, তেল ছড়িয়ে পড়া, বর্জ্য পদার্থ, জৈব বর্জ্য এবং ল্যান্ডফিল) এবং অক্ষত বাস্তুতন্ত্রে (মাটি, নদী, পলি এবং ভূগর্ভস্থ জল) ন্যাপথলিন এবং এর মিথাইল ডেরিভেটিভগুলিকে অবনমিত করতে সক্ষম বলে জানা গেছে (চিত্র ২)। অধিকন্তু, এই অঞ্চলগুলির কিছু অঞ্চলে সমৃদ্ধকরণ গবেষণা এবং মেটাজেনমিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে অসংস্কৃত লেজিওনেলা এবং ক্লোস্ট্রিডিয়াম প্রজাতির অবনতিশীল ক্ষমতা থাকতে পারে, যা নতুন পথ এবং বিপাকীয় বৈচিত্র্য অধ্যয়নের জন্য এই ব্যাকটেরিয়াগুলিকে সংষ্করণের প্রয়োজনীয়তা নির্দেশ করে।
চিত্র ২. ন্যাপথলিন এবং ন্যাপথলিন ডেরিভেটিভস দ্বারা দূষিত পরিবেশে ব্যাকটেরিয়া প্রতিনিধিদের ট্যাক্সোনমিক বৈচিত্র্য এবং পরিবেশগত বন্টন।
বিভিন্ন সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বন-ক্ষয়কারী অণুজীবের মধ্যে, বেশিরভাগই কার্বন এবং শক্তির একমাত্র উৎস হিসেবে ন্যাপথলিনকে হ্রাস করতে সক্ষম। ন্যাপথলিন বিপাকের সাথে জড়িত ঘটনার ক্রম Pseudomonas sp এর জন্য বর্ণনা করা হয়েছে। (স্ট্রেন: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 এবং CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 এবং অন্যান্য স্ট্রেন (ND6 এবং AS1) (মহাজন এট আল।, 1994; রেসনিক এট আল।, 1996; অ্যানওয়েলার এট আল।, 2000; বাসু এট আল।, 2003; ডেনিস এবং জিলস্ট্রা, 2004; সোটা এট আল।, 2006; বিপাক শুরু হয় একটি মাল্টিকম্পোনেন্ট ডাইঅক্সিজেনেস [ন্যাপথ্যালিন ডাইঅক্সিজেনেস (NDO), একটি রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজেনেস] দ্বারা যা ন্যাপথ্যালিনের একটি সুগন্ধযুক্ত রিংয়ের জারণকে অনুঘটক করে আণবিক অক্সিজেনকে অন্য সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহার করে, ন্যাপথ্যালিনকে cis-naphthalenediol-এ রূপান্তরিত করে (চিত্র 3)। Cis-dihydrodiol রূপান্তরিত হয় ডিহাইড্রোজেনেজ দ্বারা ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিন। একটি রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজেনেজ, ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিন ডাইঅক্সিজেনেজ (১২DHNDO), ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিনকে ২-হাইড্রোক্সিক্রোমিন-২-কারবক্সিলিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে। এনজাইমেটিক সিস-ট্রান্স আইসোমারাইজেশন ট্রান্স-ও-হাইড্রোক্সিবেনজিলিডেনপাইরুভেট তৈরি করে, যা হাইড্রেটেজ অ্যালডোলেস দ্বারা স্যালিসিলিক অ্যালডিহাইড এবং পাইরুভেটে বিভক্ত হয়। জৈব অ্যাসিড পাইরুভেট ছিল ন্যাপথলিন কার্বন কঙ্কাল থেকে প্রাপ্ত প্রথম C3 যৌগ যা কেন্দ্রীয় কার্বন পথের দিকে পরিচালিত হয়। এছাড়াও, NAD+-নির্ভর স্যালিসিলাডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেজ স্যালিসিলাডিহাইডকে স্যালিসিলিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে। এই পর্যায়ে বিপাককে ন্যাপথলিন অবক্ষয়ের "উপরের পথ" বলা হয়। বেশিরভাগ ন্যাপথলিন-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়ার ক্ষেত্রে এই পথটি খুবই সাধারণ। তবে, কিছু ব্যতিক্রম আছে; উদাহরণস্বরূপ, থার্মোফিলিক ব্যাসিলাস হ্যামবার্গি ২-তে, ন্যাপথলিন অবক্ষয় ন্যাপথলিন দ্বারা শুরু হয়। 2,3-ডাইঅক্সিজেনেস 2,3-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিন গঠন করে (অ্যানওয়েইলার এট আল।, 2000)।
চিত্র ৩. ন্যাপথলিন, মিথাইলনাপথলিন, ন্যাপথোয়িক অ্যাসিড এবং কার্বারিল অবক্ষয়ের পথ। বৃত্তাকার সংখ্যাগুলি ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলিকে পরবর্তী পণ্যগুলিতে ক্রমিক রূপান্তরের জন্য দায়ী এনজাইমগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে। ১ — ন্যাপথলিন ডাইঅক্সিজেনেস (NDO); ২, সিস-ডাইহাইড্রোডাইওল ডিহাইড্রোজেনেস; ৩, ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাপথলিন ডাইঅক্সিজেনেস; ৪, ২-হাইড্রোক্সিক্রোমিন-২-কারবক্সিলিক অ্যাসিড আইসোমেরেজ; ৫, ট্রান্স-ও-হাইড্রোক্সিবেনজিলিডেনপাইরুভেট হাইড্রেটেজ অ্যালডোলেজ; ৬, স্যালিসিলাডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেস; ৭, স্যালিসিলেট ১-হাইড্রোক্সিলেজ; ৮, ক্যাটেকোল ২,৩-ডাইঅক্সিজেনেস (C23DO); ৯, ২-হাইড্রোক্সিমুকোনেট সেমিয়ালডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেস; ১০, ২-অক্সোপেন্ট-৪-এনোয়েট হাইড্রেটেজ; ১১, ৪-হাইড্রোক্সি-২-অক্সোপেন্টানোয়েট অ্যালডোলেজ; ১২, অ্যাসিটালডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেজ; ১৩, ক্যাটেকোল-১,২-ডাইঅক্সিজেনেজ (C12DO); ১৪, মিউকোনেট সাইক্লোইসোমেরেজ; ১৫, মিউকোনোল্যাকটোন ডেল্টা-আইসোমেরেজ; ১৬, β-কেটোডিপেটেনোল্যাকটোন হাইড্রোলেজ; ১৭, β-কেটোডিপেট সাক্সিনাইল-CoA ট্রান্সফারেজ; ১৮, β-কেটোডিপেট-CoA থায়োলেজ; ১৯, সাক্সিনাইল-CoA: অ্যাসিটাইল-CoA সাক্সিনাইলট্রান্সফারেজ; ২০, স্যালিসিলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ; ২১ – জেন্টিসেট ১,২-ডাইঅক্সিজেনেজ (GDO); ২২, ম্যালেইলপাইরুভেট আইসোমেরেজ; ২৩, ফিউমারিলপাইরুভেট হাইড্রোলেজ; ২৪, মিথাইলনাপথ্যালিন হাইড্রোক্সিলেজ (NDO); ২৫, হাইড্রোক্সিমিথাইলনাপথ্যালিন ডিহাইড্রোজেনেজ; ২৬, ন্যাপথ্যালডিহাইড ডিহাইড্রোজেনেজ; ২৭, ৩-ফরমিলসালিসিলিক অ্যাসিড অক্সিডেস; ২৮, হাইড্রোক্সিআইসোফথালেট ডিকারবক্সিলেস; ২৯, কার্বারিল হাইড্রোলেস (CH); ৩০, ১-ন্যাপথল-২-হাইড্রোক্সিলেস।
জীব এবং তার জিনগত গঠনের উপর নির্ভর করে, ফলস্বরূপ স্যালিসিলিক অ্যাসিড স্যালিসিলেট 1-হাইড্রোক্সিলেজ (S1H) ব্যবহার করে ক্যাটেকল পথের মাধ্যমে অথবা স্যালিসিলেট 5-হাইড্রোক্সিলেজ (S5H) ব্যবহার করে জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে আরও বিপাকিত হয় (চিত্র 3)। যেহেতু স্যালিসিলিক অ্যাসিড ন্যাপথলিন বিপাকের (উপরের পথ) প্রধান মধ্যবর্তী, তাই স্যালিসিলিক অ্যাসিড থেকে TCA মধ্যবর্তী পর্যন্ত ধাপগুলিকে প্রায়শই নিম্ন পথ হিসাবে উল্লেখ করা হয় এবং জিনগুলিকে একটি একক অপেরনে সংগঠিত করা হয়। এটি দেখা যায় যে উপরের পথ অপেরন (nah) এবং নীচের পথ অপেরন (sal) এর জিনগুলি সাধারণ নিয়ন্ত্রক কারণ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়; উদাহরণস্বরূপ, NahR এবং স্যালিসিলিক অ্যাসিড প্ররোচক হিসাবে কাজ করে, উভয় অপেরনকে ন্যাপথলিন সম্পূর্ণরূপে বিপাক করতে দেয় (Phale et al., 2019, 2020)।
এছাড়াও, ক্যাটেকোল চক্রাকারে ক্যাটেকোল 2,3-ডাইঅক্সিজেনেস (C23DO) (ইয়েন এট আল., 1988) দ্বারা মেটা পথের মাধ্যমে 2-হাইড্রোক্সিমুকোনেট সেমিয়ালডিহাইডে বিভক্ত হয় এবং 2-হাইড্রোক্সিমুকোনেট সেমিয়ালডিহাইড হাইড্রোলেজ দ্বারা আরও হাইড্রোলাইজড হয়ে 2-হাইড্রোক্সিপেন্ট-2,4-ডাইনোয়িক অ্যাসিড তৈরি করে। 2-হাইড্রোক্সিপেন্ট-2,4-ডাইনোয়েট তারপর হাইড্রেটেজ (2-অক্সোপেন্ট-4-এনোয়াট হাইড্রেটেজ) এবং একটি অ্যালডোলেজ (4-হাইড্রোক্সি-2-অক্সোপেন্টানোয়েট অ্যালডোলেজ) দ্বারা পাইরুভেট এবং অ্যাসিটালডিহাইডে রূপান্তরিত হয় এবং তারপর কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যে প্রবেশ করে (চিত্র 3)। বিকল্পভাবে, ক্যাটেকোল 1,2-অক্সিজেনেস (C12DO) দ্বারা অর্থো পথের মাধ্যমে সাইক্লিকভাবে cis,cis-muconate-এ বিভক্ত হয়। মিউকোনেট সাইক্লোআইসোমেরেজ, মিউকোনোল্যাকটোন আইসোমেরেজ এবং β-কেটোয়াডিপেট-নোল্যাকটোন হাইড্রোলেজ cis,cis-মিউকোনেটকে 3-অক্সোয়াডিপেটে রূপান্তরিত করে, যা সাক্সিনাইল-CoA এবং অ্যাসিটাইল-CoA এর মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যে প্রবেশ করে (নোজাকি এট আল., 1968) (চিত্র 3)।
জেন্টিসেট (২,৫-ডাইহাইড্রোক্সিবেনজয়েট) পথের মধ্যে, জেন্টিসেট ১,২-ডাইঅক্সিজেনেস (GDO) দ্বারা সুগন্ধযুক্ত বলয়টি বিচ্ছিন্ন হয়ে ম্যালাইলপাইরুভেট তৈরি করে। এই পণ্যটি সরাসরি পাইরুভেট এবং ম্যালেটে হাইড্রোলাইজ করা যেতে পারে, অথবা এটিকে আইসোমারাইজ করা যেতে পারে যাতে ফিউমারিলপাইরুভেট তৈরি করা যায়, যা পরে পাইরুভেট এবং ফিউমারেটে হাইড্রোলাইজ করা যেতে পারে (লারকিন এবং ডে, ১৯৮৬)। জৈব রাসায়নিক এবং জেনেটিক স্তরে গ্রাম-নেগেটিভ এবং গ্রাম-পজিটিভ উভয় ব্যাকটেরিয়াতেই বিকল্প পথের পছন্দ লক্ষ্য করা গেছে (মোরাউস্কি এট আল।, ১৯৯৭; হোয়াইট এট আল।, ১৯৯৭)। গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়া (সিউডোমোনাস) স্যালিসিলিক অ্যাসিড ব্যবহার করতে পছন্দ করে, যা ন্যাপথলিন বিপাকের একটি প্রবর্তক, স্যালিসিলেট ১-হাইড্রোক্সিলেজ ব্যবহার করে ক্যাটেকোলের সাথে ডিকারবক্সিলেট করে (গিবসন এবং সুব্রামানিয়ান, ১৯৮৪)। অন্যদিকে, গ্রাম-পজিটিভ ব্যাকটেরিয়া (রোডোকোকাস) তে, স্যালিসিলেট 5-হাইড্রোক্সিলেজ স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে, যেখানে স্যালিসিলিক অ্যাসিড ন্যাপথলিন জিনের ট্রান্সক্রিপশনের উপর কোনও প্ররোচনামূলক প্রভাব ফেলে না (গ্রান্ড এট আল।, 1992) (চিত্র 3)।
জানা গেছে যে Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas এবং Mycobacterium প্রজাতির মতো প্রজাতি মনোমিথাইলনাফথালিন বা ডাইমিথাইলনাফথালিনকে অবনমিত করতে পারে (Dean-Raymond and Bartha, 1975; Cane and Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999)। তাদের মধ্যে, Pseudomonas sp. CSV86 এর 1-মিথাইলনাফথালিন এবং 2-মিথাইলনাফথালিন অবনমন পথ জৈব রাসায়নিক এবং এনজাইমেটিক স্তরে স্পষ্টভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে (Mahajan et al., 1994)। ১-মিথাইলনাফথালিন দুটি পথের মাধ্যমে বিপাকিত হয়। প্রথমত, সুগন্ধি বলয়টি হাইড্রোক্সিলেটেড (মিথাইলনাফথালিনের অপ্রতিস্থাপিত বলয়) হয়ে cis-1,2-ডাইহাইড্রোক্সি-1,2-ডাইহাইড্রো-8-মিথাইলনাফথালিন তৈরি করে, যা আরও জারিত হয়ে মিথাইল স্যালিসাইলেট এবং মিথাইলক্যাটেচলে পরিণত হয় এবং তারপর রিং ক্লিভেজের পরে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)। এই পথটিকে "কার্বন উৎস পথ" বলা হয়। দ্বিতীয় "ডিটক্সিফিকেশন পথ"-এ, মিথাইল গ্রুপকে NDO দ্বারা হাইড্রোক্সিলেটেড করে ১-হাইড্রোক্সিমিথাইলনাফথালিন তৈরি করা যেতে পারে, যা আরও জারিত হয়ে ১-ন্যাপথোয়িক অ্যাসিডে পরিণত হয় এবং একটি মৃত-শেষ পণ্য হিসাবে কালচার মাধ্যমে নির্গত হয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে স্ট্রেন CSV86 একমাত্র কার্বন এবং শক্তির উৎস হিসেবে ১- এবং ২-ন্যাপথোয়িক অ্যাসিডে বৃদ্ধি পেতে অক্ষম, যা এর ডিটক্সিফিকেশন পথ নিশ্চিত করে (মহাজন এট আল।, ১৯৯৪; বাসু এট আল।, ২০০৩)। ২-মিথাইলনাফথালিনে, মিথাইল গ্রুপ হাইড্রোক্সিলেজ দ্বারা হাইড্রোক্সিলেশনের মধ্য দিয়ে ২-হাইড্রোক্সিমিথাইলনাফথালিন তৈরি করে। এছাড়াও, ন্যাপথলিন রিংয়ের অপ্রতিস্থাপিত রিংটি রিং হাইড্রোক্সিলেশনের মধ্য দিয়ে একটি ডাইহাইড্রোডায়োল তৈরি করে, যা এনজাইম-অনুঘটক বিক্রিয়ার একটি সিরিজে ৪-হাইড্রোক্সিমিথাইলকেটেকোল-এ জারিত হয় এবং মেটা-রিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যে প্রবেশ করে। একইভাবে, S. paucimobilis 2322 NDO ব্যবহার করে ২-মিথাইলনাফথালিনকে হাইড্রোক্সিলেট করে, যা আরও জারিত হয়ে মিথাইল স্যালিসিলেট এবং মিথাইলকেটেকোল তৈরি করে (Dutta et al., 1998)।
ন্যাপথোয়িক অ্যাসিড (প্রতিস্থাপিত/অপ্রতিস্থাপিত) হল ডিটক্সিফিকেশন/বায়োট্রান্সফর্মেশন উপজাত যা মিথাইলনাপথলিন, ফেনানথ্রিন এবং অ্যানথ্রাসিনের অবক্ষয়ের সময় তৈরি হয় এবং স্পেন্ট কালচার মিডিয়ামে ছেড়ে দেওয়া হয়। জানা গেছে যে মাটির আইসোলেট স্টেনোট্রোফোমোনাস ম্যালটোফিলিয়া CSV89 কার্বন উৎস হিসেবে 1-ন্যাপথোয়িক অ্যাসিড বিপাক করতে সক্ষম (ফেল এট আল।, 1995)। বিপাকক্রিয়া শুরু হয় অ্যারোমেটিক রিংয়ের ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের মাধ্যমে যা 1,2-ডাইহাইড্রোক্সি-8-কার্বক্সিনাপথলিন তৈরি করে। ফলস্বরূপ ডায়োল 2-হাইড্রক্সি-3-কার্বক্সিবেনজিলিডেনপাইরুভেট, 3-ফরমিলসালিসিলিক অ্যাসিড, 2-হাইড্রক্সিআইসোফথালিক অ্যাসিড এবং স্যালিসিলিক অ্যাসিডের মাধ্যমে ক্যাটেকলে জারিত হয় এবং মেটা-রিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যে প্রবেশ করে (চিত্র 3)।
কার্বারিল হল একটি ন্যাপথাইল কার্বামেট কীটনাশক। ১৯৭০-এর দশকে ভারতে সবুজ বিপ্লবের পর থেকে, রাসায়নিক সার এবং কীটনাশক ব্যবহারের ফলে কৃষিক্ষেত্র থেকে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) নির্গমন বৃদ্ধি পেয়েছে (পিঙ্গালি, ২০১২; দত্তগুপ্ত এবং অন্যান্যরা, ২০২০)। ভারতের মোট ফসলি জমির আনুমানিক ৫৫% (৮৫,৭২২,০০০ হেক্টর) রাসায়নিক কীটনাশক দিয়ে শোধন করা হয়। গত পাঁচ বছরে (২০১৫-২০২০), ভারতীয় কৃষিক্ষেত্রে বার্ষিক গড়ে ৫৫,০০০ থেকে ৬০,০০০ টন কীটনাশক ব্যবহার করা হয়েছে (সমবায় ও কৃষক কল্যাণ বিভাগ, কৃষি মন্ত্রণালয়, ভারত সরকার, আগস্ট ২০২০)। উত্তর এবং মধ্য গাঙ্গেয় সমভূমিতে (সর্বোচ্চ জনসংখ্যা এবং জনসংখ্যার ঘনত্বের রাজ্যগুলি), ফসলের উপর কীটনাশকের ব্যবহার ব্যাপক, যার মধ্যে কীটনাশক প্রাধান্য পেয়েছে। কার্বারিল (১-ন্যাফথাইল-এন-মিথাইলকার্বামেট) হল একটি বিস্তৃত বর্ণালী, মাঝারি থেকে অত্যন্ত বিষাক্ত কার্বামেট কীটনাশক যা ভারতীয় কৃষিতে গড়ে ১০০-১১০ টন হারে ব্যবহৃত হয়। এটি সাধারণত সেভিন নামে বিক্রি হয় এবং বিভিন্ন ফসলের (ভুট্টা, সয়াবিন, তুলা, ফল এবং শাকসবজি) ক্ষতিকারক পোকামাকড় (এফিড, আগুনের পিঁপড়া, মাছি, মাইট, মাকড়সা এবং অন্যান্য বহিরঙ্গন কীটপতঙ্গ) নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয়। কিছু অণুজীব যেমন সিউডোমোনাস (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, সিউডোমোনাস পুটিডা XWY-1), রোডোকোকাস (NCIB 12038), স্ফিংগোব্যাকটেরিয়াম spp. (CF06), বার্কহোল্ডেরিয়া (C3), মাইক্রোকোকাস এবং আর্থ্রোব্যাক্টর অন্যান্য কীটপতঙ্গ নিয়ন্ত্রণেও ব্যবহার করা যেতে পারে। জানা গেছে যে RC100 কার্বারিলকে ক্ষয় করতে পারে (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2017)। Pseudomonas sp. Strains C4, C5 এবং C6 (Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (চিত্র 3) এর মাটির বিচ্ছিন্ন পদার্থে জৈব রাসায়নিক, এনজাইম্যাটিক এবং জেনেটিক স্তরে কার্বারিলের ক্ষয় পথটি ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। বিপাকীয় পথটি কার্বারিল হাইড্রোলেজ (CH) দ্বারা এস্টার বন্ধনের হাইড্রোলাইসিসের মাধ্যমে শুরু হয় যা 1-ন্যাপথল, মিথাইলামাইন এবং কার্বন ডাই অক্সাইড তৈরি করে। এরপর ১-ন্যাপথলকে ১-ন্যাপথল হাইড্রোক্সিলেজ (১-NH) দ্বারা ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিনে রূপান্তরিত করা হয়, যা স্যালিসাইলেট এবং জেন্টিসেটের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মাধ্যমে আরও বিপাকিত হয়। কিছু কার্বারিল-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়া ক্যাটেকোল অর্থো রিং এর ক্লিভেজের মাধ্যমে এটিকে স্যালিসিলিক অ্যাসিডে বিপাকিত করার রিপোর্ট পাওয়া গেছে (লারকিন এবং ডে, ১৯৮৬; চ্যাপালামাদুগু এবং চৌধুরী, ১৯৯১)। উল্লেখযোগ্যভাবে, ন্যাপথলিন-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়া প্রাথমিকভাবে ক্যাটেকোলের মাধ্যমে স্যালিসিলিক অ্যাসিড বিপাকিত করে, যেখানে কার্বারিল-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়া জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে স্যালিসিলিক অ্যাসিড বিপাক করতে পছন্দ করে।
অ্যাজো রঞ্জক পদার্থ, ভেজানোর এজেন্ট, বিচ্ছুরণকারী পদার্থ ইত্যাদি উৎপাদনে ন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিড/ডিসালফোনিক অ্যাসিড এবং ন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিড ডেরিভেটিভস মধ্যস্থতাকারী হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে। যদিও এই যৌগগুলির মানুষের জন্য বিষাক্ততা কম, সাইটোটক্সিসিটি মূল্যায়নে দেখা গেছে যে এগুলি মাছ, ড্যাফনিয়া এবং শৈবালের জন্য মারাত্মক (গ্রিম এট আল।, ১৯৯৪)। সিউডোমোনাস গণের (স্ট্রেন A3, C22) প্রতিনিধিরা সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপ ধারণকারী সুগন্ধযুক্ত বলয়ের দ্বিগুণ হাইড্রোক্সিলেশনের মাধ্যমে বিপাক শুরু করে ডাইহাইড্রোডাইওল তৈরি করে বলে জানা গেছে, যা সালফাইট গ্রুপের স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনের মাধ্যমে আরও 1,2-ডাইহাইড্রোক্সিনাপথ্যালিনে রূপান্তরিত হয় (ব্রিলন এট আল।, 1981)। ফলস্বরূপ 1,2-ডাইহাইড্রোক্সিনাপথ্যালিন ক্লাসিক্যাল ন্যাপথ্যালিন পথ, অর্থাৎ, ক্যাটেকোল বা জেন্টিসেট পথ (চিত্র 4) এর মাধ্যমে অনুঘটকিত হয়। এটি দেখানো হয়েছে যে অ্যামিনোনাফথালেনসালফোনিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোক্সিনাফথালেনসালফোনিক অ্যাসিড পরিপূরক ক্যাটাবলিক পথের সাথে মিশ্র ব্যাকটেরিয়া কনসোর্টিয়া দ্বারা সম্পূর্ণরূপে অবনমিত হতে পারে (নর্টেম্যান এট আল।, 1986)। এটি দেখানো হয়েছে যে কনসোর্টিয়ামের একজন সদস্য 1,2-ডাইঅক্সিজেনেশন দ্বারা অ্যামিনোনাফথালেনসালফোনিক অ্যাসিড বা হাইড্রোক্সিনাফথালেনসালফোনিক অ্যাসিডকে ডিসালফারাইজ করে, যখন অ্যামিনোসালিসিলেট বা হাইড্রোক্সিসালিসিলেট একটি ডেড-এন্ড মেটাবোলাইট হিসাবে কালচার মিডিয়ামে মুক্তি পায় এবং পরবর্তীতে কনসোর্টিয়ামের অন্যান্য সদস্যদের দ্বারা গ্রহণ করা হয়। ন্যাপথ্যালেনডিসালফোনিক অ্যাসিড তুলনামূলকভাবে মেরু কিন্তু খারাপভাবে জৈব-অবচনযোগ্য এবং তাই বিভিন্ন পথের মাধ্যমে বিপাক করা যেতে পারে। প্রথম ডিসালফারাইজেশন ঘটে অ্যারোমেটিক রিং এবং সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপের রিজিওসিলেক্টিভ ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের সময়; দ্বিতীয় ডিসালফারাইজেশন ঘটে ৫-সালফোসালিসিলিক অ্যাসিডের হাইড্রোক্সিলেশনের সময় স্যালিসিলিক অ্যাসিড ৫-হাইড্রোক্সিলেজ দ্বারা জেন্টিসিক অ্যাসিড তৈরি করে, যা কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যে প্রবেশ করে (ব্রিলন এট আল।, ১৯৮১) (চিত্র ৪)। ন্যাপথলিনের অবক্ষয়ের জন্য দায়ী এনজাইমগুলি ন্যাপথলিন সালফোনেট বিপাকের জন্যও দায়ী (ব্রিলন এট আল।, ১৯৮১; কেক এট আল।, ২০০৬)।
চিত্র ৪. ন্যাপথলিন সালফোনেটের অবক্ষয়ের বিপাকীয় পথ। বৃত্তের ভিতরের সংখ্যাগুলি ন্যাপথাইল সালফোনেট বিপাকের জন্য দায়ী এনজাইমগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে, যা চিত্র ৩-এ বর্ণিত এনজাইমের অনুরূপ/অভিন্ন।
কম আণবিক ওজনের PAHs (LMW-PAHs) হ্রাসযোগ্য, জলবিকারক এবং দুর্বল দ্রবণীয়, এবং তাই প্রাকৃতিক ভাঙ্গন/অবনতির জন্য সংবেদনশীল নয়। তবে, বায়বীয় অণুজীবগুলি আণবিক অক্সিজেন (O2) শোষণ করে এটি জারিত করতে সক্ষম। এই এনজাইমগুলি মূলত অক্সিডোরেডাক্টেস শ্রেণীর অন্তর্গত এবং বিভিন্ন বিক্রিয়া সম্পাদন করতে পারে যেমন অ্যারোমেটিক রিং হাইড্রোক্সিলেশন (মনো- বা ডাইহাইড্রোক্সিলেশন), ডিহাইড্রোজেনেশন এবং অ্যারোমেটিক রিং ক্লিভেজ। এই বিক্রিয়াগুলি থেকে প্রাপ্ত পণ্যগুলি উচ্চতর জারণ অবস্থায় থাকে এবং কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মাধ্যমে আরও সহজে বিপাকিত হয় (ফেল এট আল।, 2020)। অবক্ষয় পথের এনজাইমগুলি ইনডিউসিবল বলে জানা গেছে। গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো সরল কার্বন উৎসে কোষগুলি বৃদ্ধি পেলে এই এনজাইমগুলির কার্যকলাপ খুব কম বা নগণ্য। সারণী 3 ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলির বিপাকের সাথে জড়িত বিভিন্ন এনজাইম (অক্সিজেনেস, হাইড্রোলেস, ডিহাইড্রোজেনেস, অক্সিডেস, ইত্যাদি) সংক্ষিপ্ত করে।
সারণী 3. ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভের অবক্ষয়ের জন্য দায়ী এনজাইমের জৈবরাসায়নিক বৈশিষ্ট্য।
রেডিওআইসোটোপ গবেষণায় (18O2) দেখা গেছে যে অক্সিজেনেস দ্বারা সুগন্ধি বলয়ে আণবিক O2-এর অন্তর্ভুক্তি একটি যৌগের আরও জৈব অবক্ষয়কে সক্রিয় করার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ (হায়াইশি এট আল।, 1955; ম্যাসন এট আল।, 1955)। আণবিক অক্সিজেন (O2) থেকে একটি অক্সিজেন পরমাণু (O) সাবস্ট্রেটে অন্তর্ভুক্তির সূচনা হয় এন্ডোজেনাস বা এক্সোজেনাস মনোঅক্সিজেনেস (যাকে হাইড্রোক্সিলেসও বলা হয়) দ্বারা। আরেকটি অক্সিজেন পরমাণু পানিতে পরিণত হয়। এক্সোজেনাস মনোঅক্সিজেনেসগুলি NADH বা NADPH-এর সাথে ফ্লেভিন হ্রাস করে, যেখানে এন্ডোমোনোঅক্সিজেনেসগুলিতে সাবস্ট্রেট দ্বারা ফ্লেভিন হ্রাস পায়। হাইড্রোক্সিলেশনের অবস্থান পণ্য গঠনে বৈচিত্র্য আনে। উদাহরণস্বরূপ, স্যালিসিলেট 1-হাইড্রোক্সিলেজ C1 অবস্থানে স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে হাইড্রোক্সিলেট করে, ক্যাটেকোল তৈরি করে। অন্যদিকে, মাল্টিকম্পোনেন্ট স্যালিসিলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ (যার মধ্যে রিডাক্টেস, ফেরেডক্সিন এবং অক্সিজেনেস সাবইউনিট থাকে) স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে C5 অবস্থানে হাইড্রোক্সিলেট করে, যা জেন্টিসিক অ্যাসিড তৈরি করে (ইয়ামামোটো এট আল।, ১৯৬৫)।
ডাইঅক্সিজেনেস দুটি O2 পরমাণুকে সাবস্ট্রেটে অন্তর্ভুক্ত করে। গঠিত পণ্যের উপর নির্ভর করে, এগুলিকে রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজেনেস এবং রিং ক্লিভিং ডাইঅক্সিজেনেস-এ বিভক্ত করা হয়। রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজেনেস সুগন্ধযুক্ত সাবস্ট্রেটগুলিকে সিস-ডাইহাইড্রোডায়োলে (যেমন, ন্যাপথলিন) রূপান্তরিত করে এবং ব্যাকটেরিয়ার মধ্যে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। আজ পর্যন্ত, এটি দেখানো হয়েছে যে রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজেনেস ধারণকারী জীবগুলি বিভিন্ন সুগন্ধযুক্ত কার্বন উৎসে বৃদ্ধি পেতে সক্ষম এবং এই এনজাইমগুলিকে NDO (ন্যাপথলিন), টলুইন ডাইঅক্সিজেনেস (TDO, টলুইন), এবং বাইফেনাইল ডাইঅক্সিজেনেস (BPDO, বাইফেনাইল) হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে। NDO এবং BPDO উভয়ই বিভিন্ন পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের (টলুইন, নাইট্রোটোলুইন, জাইলিন, ইথাইলবেনজিন, ন্যাপথলিন, বাইফেনাইল, ফ্লোরিন, ইন্ডোল, মিথাইলনাপথলিন, ন্যাপথলিনসালফোনেট, ফেনানথ্রিন, অ্যানথ্রাসিন, অ্যাসিটোফেনোন, ইত্যাদি) দ্বৈত জারণ এবং পার্শ্ব শৃঙ্খল হাইড্রোক্সিলেশনকে অনুঘটক করতে পারে (বয়েড এবং শেলড্রেক, 1998; ফ্যাল এট আল।, 2020)। NDO হল একটি বহু-উপাদান ব্যবস্থা যা একটি অক্সিডোরেডাক্টেস, একটি ফেরেডক্সিন এবং একটি সক্রিয় সাইট-ধারণকারী অক্সিজেনেস উপাদান (গিবসন এবং সুব্রামানিয়ান, 1984; রেসনিক এট আল।, 1996) নিয়ে গঠিত। NDO-এর অনুঘটক একক একটি বৃহৎ α সাবইউনিট এবং একটি ছোট β সাবইউনিট নিয়ে গঠিত যা α3β3 কনফিগারেশনে সাজানো থাকে। NDO অক্সিজেনেসের একটি বৃহৎ পরিবারের অন্তর্গত এবং এর α-সাবইউনিটে একটি Rieske সাইট [2Fe-2S] এবং একটি mononuclear non-heme লোহা থাকে, যা NDO এর সাবস্ট্রেট নির্দিষ্টতা নির্ধারণ করে (Parales et al., 1998)। সাধারণত, একটি অনুঘটক চক্রে, পাইরিডিন নিউক্লিওটাইডের হ্রাস থেকে দুটি ইলেকট্রন একটি রিডাক্টেস, একটি ফেরেডক্সিন এবং একটি রিস্কে সাইটের মাধ্যমে সক্রিয় সাইটের Fe(II) আয়নে স্থানান্তরিত হয়। হ্রাসকারী সমতুল্যগুলি আণবিক অক্সিজেনকে সক্রিয় করে, যা সাবস্ট্রেট ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের জন্য একটি পূর্বশর্ত (Ferraro et al., 2005)। আজ পর্যন্ত, মাত্র কয়েকটি NDO বিভিন্ন স্ট্রেন থেকে বিশুদ্ধ এবং বিশদভাবে চিহ্নিত করা হয়েছে এবং ন্যাপথলিন অবক্ষয়ের সাথে জড়িত পথগুলির জেনেটিক নিয়ন্ত্রণ বিশদভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে (Resnick et al., 1996; Parales et al., 1998; Karlsson et al., 2003)। রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজেনেস (এন্ডো- বা অর্থো-রিং-ক্লিভিং এনজাইম এবং এক্সোডিওল- বা মেটা-রিং-ক্লিভিং এনজাইম) হাইড্রোক্সিলেটেড অ্যারোমেটিক যৌগের উপর কাজ করে। উদাহরণস্বরূপ, অর্থো-রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজেনেস হল ক্যাটেকোল-1,2-ডাইঅক্সিজেনেস, যেখানে মেটা-রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজেনেস হল ক্যাটেকোল-2,3-ডাইঅক্সিজেনেস (কোজিমা এট আল।, 1961; নোজাকি এট আল।, 1968)। বিভিন্ন অক্সিজেনেস ছাড়াও, অ্যারোমেটিক ডাইহাইড্রোডাইওল, অ্যালকোহল এবং অ্যালডিহাইডের ডিহাইড্রোজেনেশনের জন্য এবং NAD+/NADP+ কে ইলেকট্রন গ্রহণকারী হিসাবে ব্যবহার করার জন্য দায়ী বিভিন্ন ডিহাইড্রোজেনেস রয়েছে, যা বিপাকের সাথে জড়িত কিছু গুরুত্বপূর্ণ এনজাইম (গিবসন এবং সুব্রামানিয়ান, 1984; শ এবং হারায়ামা, 1990; ফাহলে এট আল।, 2020)।
হাইড্রোলেজ (এস্টেরেজ, অ্যামিডেজ) এর মতো এনজাইমগুলি হল এনজাইমের দ্বিতীয় গুরুত্বপূর্ণ শ্রেণী যা জল ব্যবহার করে সহযোদ্ধা বন্ধন ভেঙে বিস্তৃত সাবস্ট্রেট নির্দিষ্টতা প্রদর্শন করে। গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়ার সদস্যদের মধ্যে কার্বারিল হাইড্রোলেজ এবং অন্যান্য হাইড্রোলেজগুলিকে পেরিপ্লাজমের (ট্রান্সমেমব্রেন) উপাদান হিসাবে বিবেচনা করা হয় (কামিনি এট আল।, ২০১৮)। কার্বারিলের একটি অ্যামাইড এবং একটি এস্টার লিঙ্কেজ উভয়ই রয়েছে; তাই, এটিকে এস্টারেজ বা অ্যামিডেজ দ্বারা হাইড্রোলাইজ করে 1-ন্যাপথল তৈরি করা যেতে পারে। রাইজোবিয়ামে কার্বারিল রাইজোবিয়াম স্ট্রেন AC10023 এবং আর্থ্রোব্যাক্টর স্ট্রেন RC100 যথাক্রমে এস্টারেজ এবং অ্যামিডেজ হিসাবে কাজ করে বলে জানা গেছে। আর্থ্রোব্যাক্টর স্ট্রেন RC100-এ কার্বারিল একটি অ্যামিডেজ হিসাবেও কাজ করে। RC100 চারটি N-মিথাইলকার্বামেট শ্রেণীর কীটনাশক যেমন কার্বারিল, মিথোমিল, মেফেনামিক অ্যাসিড এবং XMC-কে হাইড্রোলাইজ করতে দেখা গেছে (হায়াৎসু এট আল।, ২০০১)। জানা গেছে যে সিউডোমোনাস স্পেসিফিকেশনে CH। C5pp কার্বারিল (১০০% কার্যকলাপ) এবং ১-ন্যাপথাইল অ্যাসিটেটের (৩৬% কার্যকলাপ) উপর কাজ করতে পারে, কিন্তু ১-ন্যাপথাইল্যাসেটামাইডের উপর নয়, যা ইঙ্গিত করে যে এটি একটি এস্টারেজ (ত্রিবেদী এট আল।, ২০১৬)।
জৈবরাসায়নিক গবেষণা, এনজাইম নিয়ন্ত্রণের ধরণ এবং জেনেটিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে ন্যাপথলিন অবক্ষয় জিন দুটি ইনডিউসিবল রেগুলেটরি ইউনিট বা "অপারন" নিয়ে গঠিত: nah ("উপরের দিকের পথ", ন্যাপথলিনকে স্যালিসিলিক অ্যাসিডে রূপান্তর করে) এবং sal ("ডাউনস্ট্রিম পথ", ক্যাটেকোলের মাধ্যমে স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে রূপান্তর করে)। স্যালিসিলিক অ্যাসিড এবং এর অ্যানালগগুলি প্ররোচক হিসাবে কাজ করতে পারে (শামসুজ্জামান এবং বার্নসলে, 1974)। গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের উপস্থিতিতে, অপেরন দমন করা হয়। চিত্র 5 ন্যাপথলিন অবক্ষয়ের সম্পূর্ণ জেনেটিক সংগঠন দেখায় (অপারন আকারে)। nah জিনের বেশ কয়েকটি নামযুক্ত রূপ/রূপ (ndo/pah/dox) বর্ণনা করা হয়েছে এবং সমস্ত সিউডোমোনাস প্রজাতির মধ্যে উচ্চ ক্রম সমতা (90%) রয়েছে বলে পাওয়া গেছে (Abbasian et al., 2016)। ন্যাপথলিন আপস্ট্রিম পথের জিনগুলি সাধারণত চিত্র 5A তে দেখানো হিসাবে একটি ঐক্যমত্য ক্রমে সাজানো হয়েছিল। আরেকটি জিন, nahQ, ন্যাপথলিন বিপাকের সাথে জড়িত বলে জানা গেছে এবং সাধারণত nahC এবং nahE এর মধ্যে অবস্থিত ছিল, তবে এর প্রকৃত কার্যকারিতা এখনও স্পষ্ট করা হয়নি। একইভাবে, ন্যাপথলিন-সংবেদনশীল কেমোট্যাক্সিসের জন্য দায়ী nahY জিনটি কিছু সদস্যের মধ্যে nah অপেরনের দূরবর্তী প্রান্তে পাওয়া গেছে। Ralstonia sp.-তে, গ্লুটাথিয়ন S-ট্রান্সফারেজ (gsh) এনকোডিং U2 জিন nahAa এবং nahAb এর মধ্যে অবস্থিত বলে পাওয়া গেছে কিন্তু ন্যাপথলিন ব্যবহারের বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করেনি (Zylstra et al., 1997)।
চিত্র ৫. ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির মধ্যে ন্যাপথলিনের অবক্ষয়ের সময় পরিলক্ষিত জিনগত সংগঠন এবং বৈচিত্র্য; (ক) উপরের ন্যাপথলিন পথ, ন্যাপথলিনের স্যালিসিলিক অ্যাসিডে বিপাক; (খ) নিম্ন ন্যাপথলিন পথ, ক্যাটেকল হয়ে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে স্যালিসিলিক অ্যাসিড; (গ) জেন্টিসেট হয়ে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে স্যালিসিলিক অ্যাসিড।
"নিম্ন পথ" (সাল অপেরন) সাধারণত nahGTHINLMOKJ দ্বারা গঠিত এবং ক্যাটেকোল মেটারিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে স্যালিসাইলেটকে পাইরুভেট এবং অ্যাসিটালডিহাইডে রূপান্তরিত করে। nahG জিন (স্যালিসাইলেট হাইড্রোক্সিলেস এনকোডিং) অপেরনের প্রক্সিমাল প্রান্তে সংরক্ষিত পাওয়া গেছে (চিত্র 5B)। অন্যান্য ন্যাপথলিন-ক্ষয়কারী স্ট্রেনের তুলনায়, P. putida CSV86-তে nah এবং sal অপেরনগুলি একসাথে এবং খুব ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত (প্রায় 7.5 kb)। কিছু গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়ায়, যেমন Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, এবং P. putida AK5, ন্যাপথলিনকে জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে (sgp/nag অপেরন আকারে) কেন্দ্রীয় কার্বন বিপাক হিসাবে বিপাকিত করা হয়। জিন ক্যাসেটটি সাধারণত nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI আকারে উপস্থাপিত হয়, যেখানে nagR (একটি LysR-টাইপ নিয়ন্ত্রক এনকোডিং) উপরের প্রান্তে অবস্থিত (চিত্র 5C)।
কার্বারিল ১-ন্যাপথল, ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিন, স্যালিসিলিক অ্যাসিড এবং জেন্টিসিক অ্যাসিডের বিপাকের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন চক্রে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)। জেনেটিক এবং বিপাকীয় গবেষণার উপর ভিত্তি করে, এই পথটিকে "উপরের দিকে" (কারবারিলের স্যালিসিলিক অ্যাসিডে রূপান্তর), "মাঝারি" (স্যালিসিলিক অ্যাসিডের জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তর) এবং "ডাউনস্ট্রিম" (জেন্টিসিক অ্যাসিডের কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যবর্তী রূপান্তর) এ ভাগ করার প্রস্তাব করা হয়েছে (সিংহ এট আল।, ২০১৩)। C5pp (সুপারকন্টিগ এ, ৭৬.৩ কেবি) এর জিনোমিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে mcbACBDEF জিন কার্বারিলকে স্যালিসিলিক অ্যাসিডে রূপান্তরে জড়িত, তারপরে mcbIJKL স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তরে এবং mcbOQP জেন্টিসিক অ্যাসিডকে কেন্দ্রীয় কার্বন মধ্যবর্তী রূপান্তরে জড়িত (ফিউমারেট এবং পাইরুভেট, ত্রিবেদী এট আল।, ২০১৬) (চিত্র ৬)।
জানা গেছে যে সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বন (ন্যাপথলিন এবং স্যালিসিলিক অ্যাসিড সহ) এর অবক্ষয়ের সাথে জড়িত এনজাইমগুলি সংশ্লিষ্ট যৌগগুলির দ্বারা প্ররোচিত হতে পারে এবং গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো সরল কার্বন উৎস দ্বারা বাধাপ্রাপ্ত হতে পারে (শিংলার, ২০০৩; ফ্যাল এট আল।, ২০১৯, ২০২০)। ন্যাপথলিন এবং এর ডেরিভেটিভের বিভিন্ন বিপাকীয় পথের মধ্যে, ন্যাপথলিন এবং কার্বারিলের নিয়ন্ত্রক বৈশিষ্ট্যগুলি কিছুটা অধ্যয়ন করা হয়েছে। ন্যাপথলিনের জন্য, আপস্ট্রিম এবং ডাউনস্ট্রিম উভয় পথের জিনগুলি NahR দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা একটি LysR-টাইপ ট্রান্স-অ্যাক্টিং পজিটিভ রেগুলেটর। স্যালিসিলিক অ্যাসিড দ্বারা nah জিনের আবেশন এবং এর পরবর্তী উচ্চ-স্তরের প্রকাশের জন্য এটি প্রয়োজনীয় (ইয়েন এবং গানসালাস, ১৯৮২)। অধিকন্তু, গবেষণায় দেখা গেছে যে ন্যাপথলিন বিপাক (রামোস এট আল।, ১৯৯৭) জিনের ট্রান্সক্রিপশনাল অ্যাক্টিভেশনের জন্য ইন্টিগ্রেটিভ হোস্ট ফ্যাক্টর (IHF) এবং XylR (সিগমা ৫৪-নির্ভর ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর)ও গুরুত্বপূর্ণ। গবেষণায় দেখা গেছে যে ক্যাটেকোল মেটা-রিং খোলার পথের এনজাইম, যথা ক্যাটেকোল 2,3-ডাইঅক্সিজেনেস, ন্যাপথলিন এবং/অথবা স্যালিসিলিক অ্যাসিডের উপস্থিতিতে প্ররোচিত হয় (বাসু এট আল।, 2006)। গবেষণায় দেখা গেছে যে ক্যাটেকোল অর্থো-রিং খোলার পথের এনজাইম, যথা ক্যাটেকোল 1,2-ডাইঅক্সিজেনেস, বেনজোয়িক অ্যাসিড এবং সিস, সিস-মিউকোনেটের উপস্থিতিতে প্ররোচিত হয় (পারসেক এট আল।, 1994; টোভার এট আল।, 2001)।
C5pp স্ট্রেন-এ, পাঁচটি জিন, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR এবং mcbS, কার্বারিল অবক্ষয় নিয়ন্ত্রণের জন্য দায়ী ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটরদের LysR/TetR পরিবারের অন্তর্গত নিয়ন্ত্রকদের এনকোড করে। Burkholderia RP00725 (Trivedi et al., 2016) তে ফেনানথ্রিন বিপাকের সাথে জড়িত LysR-টাইপ নিয়ন্ত্রক PhnS (58% অ্যামিনো অ্যাসিড পরিচয়) এর সাথে সমজাতীয় জিন mcbG সবচেয়ে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত বলে প্রমাণিত হয়েছে। mcbH জিনটি মধ্যবর্তী পথের (স্যালিসিলিক অ্যাসিডের জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তর) সাথে জড়িত বলে প্রমাণিত হয়েছে এবং Pseudomonas এবং Burkholderia-তে LysR-টাইপ ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর NagR/DntR/NahR-এর অন্তর্গত। এই পরিবারের সদস্যরা অবক্ষয় জিনের প্রবর্তনের জন্য স্যালিসিলিক অ্যাসিডকে একটি নির্দিষ্ট প্রভাবক অণু হিসাবে স্বীকৃতি দেওয়ার কথা জানিয়েছেন বলে জানা গেছে। অন্যদিকে, LysR এবং TetR টাইপ ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটরের অন্তর্গত তিনটি জিন, mcbN, mcbR এবং mcbS, ডাউনস্ট্রিম পাথওয়েতে (জেনিটেসেট-সেন্ট্রাল কার্বন পাথওয়ে মেটাবোলাইটস) সনাক্ত করা হয়েছিল।
প্রোক্যারিওটসে, প্লাজমিড, ট্রান্সপোজন, প্রোফেজ, জিনোমিক আইল্যান্ড এবং ইন্টিগ্রেটিভ কনজুগেটিভ এলিমেন্ট (ICE) এর মাধ্যমে অনুভূমিক জিন স্থানান্তর প্রক্রিয়া (অধিগ্রহণ, বিনিময়, বা স্থানান্তর) ব্যাকটেরিয়ার জিনোমে প্লাস্টিসিটির প্রধান কারণ, যার ফলে নির্দিষ্ট ফাংশন/বৈশিষ্ট্যের লাভ বা ক্ষতি হয়। এটি ব্যাকটেরিয়াকে বিভিন্ন পরিবেশগত অবস্থার সাথে দ্রুত খাপ খাইয়ে নিতে সাহায্য করে, যা হোস্টকে সম্ভাব্য অভিযোজিত বিপাকীয় সুবিধা প্রদান করে, যেমন সুগন্ধযুক্ত যৌগের অবক্ষয়। বিপাকীয় পরিবর্তনগুলি প্রায়শই অবক্ষয় অপেরন, তাদের নিয়ন্ত্রক প্রক্রিয়া এবং এনজাইমের নির্দিষ্টতাগুলির সূক্ষ্ম-সুরকরণের মাধ্যমে অর্জন করা হয়, যা বিস্তৃত পরিসরের সুগন্ধযুক্ত যৌগের অবক্ষয়কে সহজতর করে (নোজিরি এট আল।, ২০০৪; ফ্যালে এট আল।, ২০১৯, ২০২০)। ন্যাপথলিন অবক্ষয়ের জন্য জিন ক্যাসেটগুলি বিভিন্ন ধরণের চলমান উপাদান যেমন প্লাজমিড (কঞ্জুগেটিভ এবং নন-কঞ্জুগেটিভ), ট্রান্সপোজন, জিনোম, আইসিই এবং বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির সংমিশ্রণে অবস্থিত বলে পাওয়া গেছে (চিত্র ৫)। Pseudomonas G7-তে, প্লাজমিড NAH7-এর nah এবং sal operons একই অভিমুখে প্রতিলিপি করা হয়েছে এবং একটি ত্রুটিপূর্ণ ট্রান্সপোসনের অংশ যার জন্য ট্রান্সপোসেস Tn4653 গতিশীলকরণের প্রয়োজন হয় (Sota et al., 2006)। Pseudomonas স্ট্রেইন NCIB9816-4-তে, জিনটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড pDTG1-এ দুটি অপেরন (প্রায় 15 kb দূরে) হিসাবে পাওয়া গেছে যা বিপরীত দিকে প্রতিলিপি করা হয়েছিল (Dennis and Zylstra, 2004)। Pseudomonas putida স্ট্রেইন AK5-তে, নন-কঞ্জুগেটিভ প্লাজমিড pAK5 জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে ন্যাপথলিন অবক্ষয়ের জন্য দায়ী এনজাইমকে এনকোড করে (Izmalkova et al., 2013)। সিউডোমোনাস স্ট্রেইন PMD-1-এ, nah অপেরন ক্রোমোজোমের উপর অবস্থিত, যেখানে sal অপেরন কনজুগেটিভ প্লাজমিড pMWD-1-এ অবস্থিত (Zuniga et al., 1981)। তবে, Pseudomonas stutzeri AN10-এ, সমস্ত ন্যাপথলিন অবক্ষয় জিন (nah এবং sal অপেরন) ক্রোমোজোমের উপর অবস্থিত এবং সম্ভবত ট্রান্সপোজিশন, রিকম্বিনেশন এবং পুনর্বিন্যাস ইভেন্টের মাধ্যমে নিয়োগ করা হয় (Bosch et al., 2000)। Pseudomonas sp. CSV86-তে, nah এবং sal অপেরনগুলি ICE (ICECSV86) আকারে জিনোমে অবস্থিত। কাঠামোটি tRNAGly দ্বারা সুরক্ষিত, তারপরে সরাসরি পুনরাবৃত্তি নির্দেশ করে যা পুনর্মিলন/সংযুক্তি স্থানগুলি (attR এবং attL) নির্দেশ করে এবং tRNAGly এর উভয় প্রান্তে অবস্থিত একটি ফেজ-সদৃশ ইন্টিগ্রেস, এইভাবে কাঠামোগতভাবে ICEclc উপাদানের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ (ক্লোরোকেটচল অবক্ষয়ের জন্য Pseudomonas knackmusii-তে ICEclcB13)। জানা গেছে যে ICE-তে জিনগুলি অত্যন্ত কম স্থানান্তর ফ্রিকোয়েন্সি (10-8) সহ সংযোজন দ্বারা স্থানান্তরিত হতে পারে, যার ফলে গ্রহীতার কাছে অবক্ষয়ের বৈশিষ্ট্য স্থানান্তরিত হয় (Basu and Phale, 2008; Phale et al., 2019)।
কার্বারিলের অবক্ষয়ের জন্য দায়ী বেশিরভাগ জিন প্লাজমিডের উপর অবস্থিত। আর্থ্রোব্যাক্টর sp. RC100-এ তিনটি প্লাজমিড (pRC1, pRC2 এবং pRC300) থাকে যার মধ্যে দুটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড, pRC1 এবং pRC2, কার্বারিলকে জেন্টিসেটে রূপান্তরকারী এনজাইমগুলিকে এনকোড করে। অন্যদিকে, জেন্টিসেটকে কেন্দ্রীয় কার্বন বিপাকে রূপান্তরিত করার সাথে জড়িত এনজাইমগুলি ক্রোমোজোমে অবস্থিত (হায়াতসু এট আল।, 1999)। রাইজোবিয়াম গণের ব্যাকটেরিয়া। কার্বারিলকে 1-ন্যাপথলে রূপান্তর করার জন্য ব্যবহৃত স্ট্রেন AC100-তে প্লাজমিড pAC200 থাকে, যা সন্নিবেশ উপাদান-সদৃশ ক্রম (istA এবং istB) দ্বারা বেষ্টিত Tnceh ট্রান্সপোসনের অংশ হিসাবে CH এনকোডিং cehA জিন বহন করে (হাশিমোটো এট আল।, 2002)। স্ফিংগোমোনাস স্ট্রেন CF06-তে, কার্বারিল ডিগ্রেডেশন জিন পাঁচটি প্লাজমিডে উপস্থিত বলে মনে করা হয়: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, এবং pCF05। এই প্লাজমিডগুলির DNA হোমোলজি উচ্চ, যা জিন ডুপ্লিকেশন ঘটনার অস্তিত্ব নির্দেশ করে (ফেং এট আল।, 1997)। দুটি সিউডোমোনাস প্রজাতির সমন্বয়ে গঠিত একটি কার্বারিল-ডিগ্রেডিং সিম্বিওন্টে, স্ট্রেন 50581-এ একটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড pCD1 (50 kb) থাকে যা mcd কার্বারিল হাইড্রোলেজ জিনকে এনকোড করে, যেখানে স্ট্রেন 50552-এর কনজুগেটিভ প্লাজমিড একটি 1-ন্যাপথল-ডিগ্রেডিং এনজাইমকে এনকোড করে (চাপালামাদুগু এবং চৌধুরী, 1991)। অ্যাক্রোমোব্যাক্টর স্ট্রেন WM111-তে, mcd ফুরাডান হাইড্রোলেজ জিন 100 kb প্লাজমিড (pPDL11) এর উপর অবস্থিত। বিভিন্ন ভৌগোলিক অঞ্চলের বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়ার বিভিন্ন প্লাজমিডে (১০০, ১০৫, ১১৫ অথবা ১২৪ কেবি) এই জিনটি উপস্থিত থাকতে দেখা গেছে (পারেখ এট আল।, ১৯৯৫)। সিউডোমোনাস স্পেসিফিকেশনে, কার্বারিল অবক্ষয়ের জন্য দায়ী সমস্ত জিন ৭৬.৩ কেবি ক্রম বিস্তৃত একটি জিনোমে অবস্থিত (ত্রিবেদী এট আল।, ২০১৬)। জিনোম বিশ্লেষণে (৬.১৫ এমবি) ৪২টি এমজিই এবং ৩৬টি জিইআই-এর উপস্থিতি প্রকাশ পেয়েছে, যার মধ্যে ১৭টি এমজিই সুপারকন্টিগ এ (৭৬.৩ কেবি) তে অবস্থিত ছিল যার গড় অসমমিতিক জি+সি কন্টেন্ট (৫৪-৬০ মোল%) ছিল, যা সম্ভাব্য অনুভূমিক জিন স্থানান্তর ঘটনাগুলি নির্দেশ করে (ত্রিবেদী এট আল।, ২০১৬)। পি. পুটিডা এক্সডব্লিউওয়াই-১ কার্বারিল-ক্ষয়কারী জিনের অনুরূপ বিন্যাস প্রদর্শন করে, তবে এই জিনগুলি একটি প্লাজমিডের উপর অবস্থিত (ঝু এট আল., ২০১৯)।
জৈব রাসায়নিক এবং জিনোমিক স্তরে বিপাকীয় দক্ষতা ছাড়াও, অণুজীবগুলি অন্যান্য বৈশিষ্ট্য বা প্রতিক্রিয়াও প্রদর্শন করে যেমন কেমোট্যাক্সিস, কোষ পৃষ্ঠের পরিবর্তন বৈশিষ্ট্য, কম্পার্টমেন্টালাইজেশন, অগ্রাধিকারমূলক ব্যবহার, জৈব-সারফ্যাক্ট্যান্ট উৎপাদন ইত্যাদি, যা তাদের দূষিত পরিবেশে সুগন্ধযুক্ত দূষণকারীগুলিকে আরও দক্ষতার সাথে বিপাক করতে সহায়তা করে (চিত্র 7)।
চিত্র ৭। বিদেশী দূষণকারী যৌগগুলির দক্ষ জৈব অবক্ষয়ের জন্য আদর্শ সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বন-ক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়ার বিভিন্ন কোষীয় প্রতিক্রিয়া কৌশল।
কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়াগুলিকে ভিন্নধর্মী দূষিত বাস্তুতন্ত্রে জৈব দূষণকারীর অবক্ষয় বৃদ্ধিকারী কারণ হিসাবে বিবেচনা করা হয়। (২০০২) দেখিয়েছে যে সিউডোমোনাস sp. G7 থেকে ন্যাপথলিনের কেমোট্যাক্সিস জলজ ব্যবস্থায় ন্যাপথলিনের অবক্ষয়ের হার বাড়িয়েছে। বন্য-প্রকারের স্ট্রেন G7 কেমোট্যাক্সিস-ঘাটতিযুক্ত মিউট্যান্ট স্ট্রেনের তুলনায় ন্যাপথলিনকে অনেক দ্রুত অবক্ষয় করেছে। NahY প্রোটিন (মেমব্রেন টপোলজি সহ 538 অ্যামিনো অ্যাসিড) NAH7 প্লাজমিডের মেটাক্লেভেজ পাথওয়ে জিনের সাথে সহ-প্রতিলিপি করা হয়েছে এবং কেমোট্যাক্সিস ট্রান্সডিউসারগুলির মতো, এই প্রোটিনটি ন্যাপথলিনের অবক্ষয়ের জন্য কেমোরিসেপ্টর হিসাবে কাজ করে বলে মনে হয় (গ্রিম এবং হারউড 1997)। হ্যানসেল এট আল. (২০০৯) এর আরেকটি গবেষণায় দেখা গেছে যে প্রোটিনটি কেমোট্যাক্টিক, তবে এর অবক্ষয়ের হার বেশি। (২০১১) গ্যাসীয় ন্যাপথলিনের প্রতি সিউডোমোনাস (পি. পুটিডা) এর কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়া প্রদর্শন করেছে, যেখানে গ্যাস পর্যায়ের বিস্তারের ফলে কোষগুলিতে ন্যাপথলিনের একটি স্থির প্রবাহ ঘটে, যা কোষের কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করে। গবেষকরা এই কেমোট্যাকটিক আচরণকে কাজে লাগিয়ে এমন জীবাণু তৈরি করেছেন যা অবক্ষয়ের হার বৃদ্ধি করবে। গবেষণায় দেখা গেছে যে কেমোসেন্সরি পথগুলি কোষ বিভাজন, কোষ চক্র নিয়ন্ত্রণ এবং জৈবফিল্ম গঠনের মতো অন্যান্য কোষীয় কার্যাবলীও নিয়ন্ত্রণ করে, যার ফলে অবক্ষয়ের হার নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করে। যাইহোক, দক্ষ অবক্ষয়ের জন্য এই সম্পত্তি (কেমোট্যাক্সিস) ব্যবহার করা বেশ কয়েকটি বাধা দ্বারা বাধাগ্রস্ত হয়। প্রধান বাধাগুলি হল: (ক) বিভিন্ন প্যারালোগাস রিসেপ্টর একই যৌগ/লিগ্যান্ড চিনতে পারে; (খ) বিকল্প রিসেপ্টরের অস্তিত্ব, অর্থাৎ, শক্তিবহুল ট্রপিজম; (গ) একই রিসেপ্টর পরিবারের সংবেদনশীল ডোমেনে উল্লেখযোগ্য ক্রম পার্থক্য; এবং (ঘ) প্রধান ব্যাকটেরিয়া সেন্সর প্রোটিন সম্পর্কে তথ্যের অভাব (ওরটেগা এট আল., ২০১৭; মার্টিন-মোরা এট আল., ২০১৮)। কখনও কখনও, অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের জৈব অবক্ষয় একাধিক বিপাক/মধ্যবর্তী বিপাক তৈরি করে, যা এক গ্রুপের ব্যাকটেরিয়ার জন্য কেমোট্যাকটিক হতে পারে কিন্তু অন্যদের জন্য বিকর্ষণকারী, প্রক্রিয়াটিকে আরও জটিল করে তোলে। রাসায়নিক রিসেপ্টরগুলির সাথে লিগ্যান্ডগুলির (সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বন) মিথস্ক্রিয়া সনাক্ত করার জন্য, আমরা সিউডোমোনাস পুটিডা এবং এসচেরিচিয়া কোলির সেন্সর এবং সিগন্যালিং ডোমেনগুলিকে ফিউজ করে হাইব্রিড সেন্সর প্রোটিন (PcaY, McfR, এবং NahY) তৈরি করেছি, যা যথাক্রমে অ্যারোমেটিক অ্যাসিড, TCA ইন্টারমিডিয়েট এবং ন্যাপথলিনের জন্য রিসেপ্টরগুলিকে লক্ষ্য করে (Luu et al., 2019)।
ন্যাপথলিন এবং অন্যান্য পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs) এর প্রভাবে, ব্যাকটেরিয়া পর্দার গঠন এবং অণুজীবের অখণ্ডতা উল্লেখযোগ্য পরিবর্তনের মধ্য দিয়ে যায়। গবেষণায় দেখা গেছে যে ন্যাপথলিন হাইড্রোফোবিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে অ্যাসিল শৃঙ্খলের মিথস্ক্রিয়ায় হস্তক্ষেপ করে, যার ফলে ঝিল্লির ফোলাভাব এবং তরলতা বৃদ্ধি পায় (Sikkema et al., 1995)। এই ক্ষতিকারক প্রভাব মোকাবেলা করার জন্য, ব্যাকটেরিয়া আইসো/অ্যান্টিসো ব্রাঞ্চড-চেইন ফ্যাটি অ্যাসিডের মধ্যে অনুপাত এবং ফ্যাটি অ্যাসিড গঠন পরিবর্তন করে এবং সিস-অসম্পৃক্ত ফ্যাটি অ্যাসিডগুলিকে সংশ্লিষ্ট ট্রান্স-আইসোমারে আইসোমারাইজ করে ঝিল্লির তরলতা নিয়ন্ত্রণ করে (Heipieper and de Bont, 1994)। ন্যাপথলিন চিকিৎসায় জন্মানো সিউডোমোনাস স্টুটজেরিতে, স্যাচুরেটেড থেকে আনস্যাচুরেটেড ফ্যাটি অ্যাসিড অনুপাত 1.1 থেকে 2.1 এ বৃদ্ধি পেয়েছে, যেখানে সিউডোমোনাস JS150-এ এই অনুপাত 7.5 থেকে 12.0 এ বৃদ্ধি পেয়েছে (Mrozik et al., 2004)। ন্যাপথলিনে জন্মানোর সময়, অ্যাক্রোমোব্যাক্টর KA 3-5 কোষগুলি ন্যাপথলিন স্ফটিকের চারপাশে কোষের একত্রিতকরণ প্রদর্শন করে এবং কোষের পৃষ্ঠের চার্জ হ্রাস পায় (-22.5 থেকে -2.5 mV) সাইটোপ্লাজমিক ঘনীভবন এবং ভ্যাকুওলাইজেশনের সাথে, যা কোষের গঠন এবং কোষের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলিতে পরিবর্তন নির্দেশ করে (মহাপাত্র এবং অন্যান্য, 2019)। যদিও কোষীয়/পৃষ্ঠের পরিবর্তনগুলি সুগন্ধযুক্ত দূষণকারী পদার্থের আরও ভাল শোষণের সাথে সরাসরি সম্পর্কিত, প্রাসঙ্গিক জৈব-প্রকৌশল কৌশলগুলি পুরোপুরি অপ্টিমাইজ করা হয়নি। জৈবিক প্রক্রিয়াগুলিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য কোষের আকৃতির হেরফের খুব কমই ব্যবহার করা হয়েছে (ভোল্ক এবং নিকেল, 2018)। কোষ বিভাজনকে প্রভাবিত করে এমন জিন মুছে ফেলা কোষের আকারবিদ্যায় পরিবর্তন ঘটায়। কোষ বিভাজনকে প্রভাবিত করে এমন জিন মুছে ফেলা কোষের আকারবিদ্যায় পরিবর্তন ঘটায়। ব্যাসিলাস সাবটিলিসে, কোষ সেপ্টাম প্রোটিন SepF সেপ্টাম গঠনে জড়িত বলে দেখানো হয়েছে এবং কোষ বিভাজনের পরবর্তী ধাপগুলির জন্য প্রয়োজনীয়, তবে এটি একটি অপরিহার্য জিন নয়। ব্যাসিলাস সাবটিলিসে পেপটাইড গ্লাইক্যান হাইড্রোলেস এনকোডিং জিন মুছে ফেলার ফলে কোষের প্রসারণ ঘটে, নির্দিষ্ট বৃদ্ধির হার বৃদ্ধি পায় এবং এনজাইম উৎপাদন ক্ষমতা উন্নত হয় (কুই এট আল।, ২০১৮)।
সিউডোমোনাস স্ট্রেন C5pp এবং C7 এর কার্যকর অবক্ষয় অর্জনের জন্য কার্বারিল অবক্ষয় পথের বিভাগীকরণের প্রস্তাব করা হয়েছে (কামিনী এট আল।, ২০১৮)। প্রস্তাব করা হয়েছে যে কার্বারিলকে বাইরের ঝিল্লির সেপ্টাম এবং/অথবা ডিফিউজিবল পোরিনের মাধ্যমে পেরিপ্লাজমিক স্থানে পরিবহন করা হয়। CH হল একটি পেরিপ্লাজমিক এনজাইম যা কার্বারিলের হাইড্রোলাইসিসকে 1-ন্যাফথলে অনুঘটক করে, যা আরও স্থিতিশীল, আরও হাইড্রোফোবিক এবং আরও বিষাক্ত। CH পেরিপ্লাজমে স্থানীয়করণ করা হয় এবং কার্বারিলের প্রতি কম আকর্ষণ থাকে, ফলে 1-ন্যাফথলের গঠন নিয়ন্ত্রণ করে, যার ফলে কোষে এর জমা হওয়া রোধ হয় এবং কোষে এর বিষাক্ততা হ্রাস পায় (কামিনী এট আল।, ২০১৮)। ফলস্বরূপ 1-ন্যাফথল বিভাজন এবং/অথবা বিস্তারের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ ঝিল্লি জুড়ে সাইটোপ্লাজমে স্থানান্তরিত হয় এবং তারপরে কেন্দ্রীয় কার্বন পথের আরও বিপাকের জন্য উচ্চ-সম্পর্কিত এনজাইম 1NH দ্বারা 1,2-ডাইহাইড্রোক্সিনাফথালিনে হাইড্রোক্সিলেটেড করা হয়।
যদিও অণুজীবের জিনগত এবং বিপাকীয় ক্ষমতা রয়েছে জেনোবায়োটিক কার্বন উৎসকে হ্রাস করার জন্য, তাদের ব্যবহারের শ্রেণিবিন্যাস কাঠামো (অর্থাৎ, জটিল কার্বন উৎসের চেয়ে সরল উৎসের অগ্রাধিকারমূলক ব্যবহার) জৈব অবক্ষয়ের ক্ষেত্রে একটি প্রধান বাধা। সরল কার্বন উৎসের উপস্থিতি এবং ব্যবহার জিন এনকোডিং এনজাইমগুলিকে হ্রাস করে যা জটিল/অ-পছন্দের কার্বন উৎস যেমন PAHs কে হ্রাস করে। একটি সুপরিচিত উদাহরণ হল যে যখন গ্লুকোজ এবং ল্যাকটোজকে Escherichia coli-তে একসাথে খাওয়ানো হয়, তখন ল্যাকটোজ (Jacob and Monod, 1965) এর চেয়ে গ্লুকোজ বেশি দক্ষতার সাথে ব্যবহার করা হয়। Pseudomonas কার্বন উৎস হিসাবে বিভিন্ন ধরণের PAHs এবং জেনোবায়োটিক যৌগকে হ্রাস করে বলে জানা গেছে। Pseudomonas-এ কার্বন উৎস ব্যবহারের শ্রেণিবিন্যাস হল জৈব অ্যাসিড > গ্লুকোজ > সুগন্ধযুক্ত যৌগ (Hylemon and Phibbs, 1972; Collier et al., 1996)। তবে, একটি ব্যতিক্রম আছে। মজার বিষয় হল, Pseudomonas sp. CSV86 একটি অনন্য শ্রেণিবিন্যাস কাঠামো প্রদর্শন করে যা গ্লুকোজের পরিবর্তে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (বেনজোয়িক অ্যাসিড, ন্যাপথলিন, ইত্যাদি) ব্যবহার করে এবং জৈব অ্যাসিডের সাথে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন সহ-বিপাক করে (বাসু এট আল।, ২০০৬)। এই ব্যাকটেরিয়ায়, গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো দ্বিতীয় কার্বন উৎসের উপস্থিতিতেও অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের অবক্ষয় এবং পরিবহনের জন্য জিনগুলি হ্রাস পায় না। গ্লুকোজ এবং অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন মাধ্যমে জন্মানোর সময়, দেখা গেছে যে গ্লুকোজ পরিবহন এবং বিপাকের জন্য জিনগুলি হ্রাস পায়, প্রথম লগ পর্যায়ে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন ব্যবহার করা হয়েছিল এবং দ্বিতীয় লগ পর্যায়ে গ্লুকোজ ব্যবহার করা হয়েছিল (বাসু এট আল।, ২০০৬; চৌধুরী এট আল।, ২০১৭)। অন্যদিকে, জৈব অ্যাসিডের উপস্থিতি অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন বিপাকের প্রকাশকে প্রভাবিত করেনি, তাই এই ব্যাকটেরিয়াটি জৈব অবক্ষয় গবেষণার জন্য একটি প্রার্থী স্ট্রেন হবে বলে আশা করা হচ্ছে (ফালে এট আল।, ২০২০)।
এটা সুপরিচিত যে হাইড্রোকার্বন জৈব রূপান্তর অণুজীবের মধ্যে অক্সিডেটিভ স্ট্রেস এবং অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট এনজাইমের আপরেগুলেশন সৃষ্টি করতে পারে। স্থির পর্যায়ের কোষে এবং বিষাক্ত যৌগের উপস্থিতিতে অদক্ষ ন্যাপথলিন জৈব অবক্ষয় প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতির (ROS) গঠনের দিকে পরিচালিত করে (Kang et al. 2006)। যেহেতু ন্যাপথলিন-অবক্ষয়কারী এনজাইমগুলিতে আয়রন-সালফার ক্লাস্টার থাকে, তাই অক্সিডেটিভ স্ট্রেসের অধীনে, হিমে থাকা আয়রন এবং আয়রন-সালফার প্রোটিন জারিত হবে, যার ফলে প্রোটিন নিষ্ক্রিয় হবে। ফেরেডক্সিন-NADP+ রিডাক্টেস (Fpr), সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ (SOD) এর সাথে, NADP+/NADPH এবং ফেরেডক্সিন বা ফ্ল্যাভোডক্সিনের দুটি অণুর মধ্যে বিপরীতমুখী রেডক্স বিক্রিয়ার মধ্যস্থতা করে, যার ফলে ROS পরিষ্কার করা হয় এবং অক্সিডেটিভ স্ট্রেসের অধীনে আয়রন-সালফার কেন্দ্র পুনরুদ্ধার করা হয় (Li et al. 2006)। জানা গেছে যে সিউডোমোনাস-এ Fpr এবং SodA (SOD) উভয়ই অক্সিডেটিভ স্ট্রেস দ্বারা প্ররোচিত হতে পারে এবং ন্যাপথলিন-যুক্ত অবস্থার অধীনে বৃদ্ধির সময় চারটি সিউডোমোনাস স্ট্রেনে (O1, W1, As1, এবং G1) SOD এবং ক্যাটালেস কার্যকলাপ বৃদ্ধি লক্ষ্য করা গেছে (Kang et al., 2006)। গবেষণায় দেখা গেছে যে অ্যাসকরবিক অ্যাসিড বা ফেরাস আয়রন (Fe2+) এর মতো অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট যোগ করলে ন্যাপথলিনের বৃদ্ধির হার বৃদ্ধি পেতে পারে। যখন রোডোকোকাস এরিথ্রোপোলিস ন্যাপথলিন মাধ্যমে বৃদ্ধি পায়, তখন অক্সিডেটিভ স্ট্রেস-সম্পর্কিত সাইটোক্রোম P450 জিনের ট্রান্সক্রিপশন যার মধ্যে রয়েছে sodA (Fe/Mn সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ), sodC (Cu/Zn সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ), এবং recA বৃদ্ধি পায় (Sazykin et al., 2019)। ন্যাপথলিনে সংস্কৃত সিউডোমোনাস কোষের তুলনামূলক পরিমাণগত প্রোটিওমিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে জারণ চাপ প্রতিক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত বিভিন্ন প্রোটিনের আপরেগুলেশন হল চাপ মোকাবেলার একটি কৌশল (হার্বস্ট এট আল., ২০১৩)।
হাইড্রোফোবিক কার্বন উৎসের প্রভাবে অণুজীবগুলি জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট তৈরি করে বলে জানা গেছে। এই সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি হল উভচর পৃষ্ঠ সক্রিয় যৌগ যা তেল-জল বা বায়ু-জল ইন্টারফেসে সমষ্টি তৈরি করতে পারে। এটি ছদ্ম-দ্রবণীয়করণকে উৎসাহিত করে এবং সুগন্ধযুক্ত হাইড্রোকার্বনের শোষণকে সহজতর করে, যার ফলে দক্ষ জৈব অবক্ষয় ঘটে (রহমান এট আল।, ২০০২)। এই বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে, বিভিন্ন শিল্পে জৈবসারফ্যাক্ট্যান্টগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ব্যাকটেরিয়া সংস্কৃতিতে রাসায়নিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট বা জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট যুক্ত করা হাইড্রোকার্বন অবক্ষয়ের দক্ষতা এবং হারকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। জৈবসারফ্যাক্ট্যান্টগুলির মধ্যে, সিউডোমোনাস অ্যারুগিনোসা দ্বারা উত্পাদিত র‍্যামনোলিপিডগুলি ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন এবং বৈশিষ্ট্যযুক্ত করা হয়েছে (হিসাতসুকা এট আল।, ১৯৭১; রহমান এট আল।, ২০০২)। অতিরিক্তভাবে, অন্যান্য ধরণের জৈবসারফ্যাক্ট্যান্টের মধ্যে রয়েছে লাইপোপেপটাইড (সিউডোমোনাস ফ্লুরোসেন্স থেকে মিউসিন), ইমালসিফায়ার 378 (সিউডোমোনাস ফ্লুরোসেন্স থেকে) (রোজেনবার্গ এবং রন, 1999), রোডোকোকাস থেকে ট্রেহ্যালোস ডিস্যাকারাইড লিপিড (রামডাহল, 1985), ব্যাসিলাস থেকে লাইকেনিন (সরস্বতী এবং হলবার্গ, 2002), এবং ব্যাসিলাস সাবটিলিস (সিগমুন্ড এবং ওয়াগনার, 1991) থেকে সার্ফ্যাক্ট্যান্ট এবং ব্যাসিলাস অ্যামাইললিকফেসিয়েন্স (ঝি এবং অন্যান্য, 2017)। এই শক্তিশালী সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি পৃষ্ঠের টান 72 ডাইন/সেমি থেকে 30 ডাইন/সেমি এর কম করতে দেখা গেছে, যা হাইড্রোকার্বন শোষণকে আরও ভালো করে তোলে। জানা গেছে যে, ন্যাপথলিন এবং মিথাইলনাফথালিন মিডিয়াতে জন্মানোর সময় সিউডোমোনাস, ব্যাসিলাস, রোডোকোকাস, বার্কহোল্ডেরিয়া এবং অন্যান্য ব্যাকটেরিয়া প্রজাতি বিভিন্ন র‍্যামনোলিপিড এবং গ্লাইকোলিপিড-ভিত্তিক জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট তৈরি করতে পারে (কাঙ্গা এট আল।, ১৯৯৭; পুন্টাস এট আল।, ২০০৫)। ন্যাপথোইক অ্যাসিডের মতো সুগন্ধযুক্ত যৌগগুলিতে জন্মানোর সময় সিউডোমোনাস ম্যাল্টোফিলিয়া CSV89 বহির্কোষীয় জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট বায়োসার-Pm তৈরি করতে পারে (ফেল এট আল।, ১৯৯৫)। বায়োসার-Pm গঠনের গতিবিদ্যা দেখিয়েছে যে এর সংশ্লেষণ একটি বৃদ্ধি এবং pH-নির্ভর প্রক্রিয়া। দেখা গেছে যে নিরপেক্ষ pH-এ কোষ দ্বারা উৎপাদিত Biosur-Pm-এর পরিমাণ pH 8.5-এর চেয়ে বেশি ছিল। pH 8.5-এ জন্মানো কোষগুলি বেশি হাইড্রোফোবিক ছিল এবং pH 7.0-এ জন্মানো কোষগুলির তুলনায় সুগন্ধযুক্ত এবং অ্যালিফ্যাটিক যৌগগুলির প্রতি তাদের আকর্ষণ বেশি ছিল। রোডোকোকাস spp-তে। N6, উচ্চ কার্বন থেকে নাইট্রোজেন (C:N) অনুপাত এবং লোহার সীমাবদ্ধতা বহির্কোষীয় জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট উৎপাদনের জন্য সর্বোত্তম অবস্থা (Mutalik et al., 2008)। স্ট্রেন এবং গাঁজনকে সর্বোত্তম করে জৈবসারফ্যাক্ট্যান্ট (সারফ্যাক্টিন) এর জৈব সংশ্লেষণ উন্নত করার চেষ্টা করা হয়েছে। তবে, কালচার মাধ্যমের সার্ফ্যাক্ট্যান্টের টাইটার কম (1.0 গ্রাম/লি), যা বৃহৎ আকারের উৎপাদনের জন্য একটি চ্যালেঞ্জ তৈরি করে (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019)। অতএব, এর জৈব সংশ্লেষণ উন্নত করার জন্য জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছে। তবে, অপেরনের বৃহৎ আকার (~25 kb) এবং কোরাম সেন্সিং সিস্টেমের জটিল জৈবসংশ্লেষণ নিয়ন্ত্রণের কারণে এর ইঞ্জিনিয়ারিং পরিবর্তন কঠিন (Jiao et al., 2017; Wu et al., 2019)। ব্যাসিলাস ব্যাকটেরিয়াতে বেশ কিছু জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পরিবর্তন করা হয়েছে, যার লক্ষ্য মূলত প্রোমোটার (srfA operon) প্রতিস্থাপন করে সার্ফ্যাক্টিন উৎপাদন বৃদ্ধি করা, সার্ফ্যাক্টিন রপ্তানি প্রোটিন YerP এবং নিয়ন্ত্রক কারণ ComX এবং PhrC-এর অতিরিক্ত প্রকাশ করা (Jiao et al., 2017)। যাইহোক, এই জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতিগুলি কেবল এক বা কয়েকটি জেনেটিক পরিবর্তন অর্জন করেছে এবং এখনও বাণিজ্যিক উৎপাদনে পৌঁছায়নি। অতএব, জ্ঞান-ভিত্তিক অপ্টিমাইজেশন পদ্ধতিগুলির আরও অধ্যয়ন প্রয়োজন।
PAH জৈব অবক্ষয় গবেষণা মূলত স্ট্যান্ডার্ড ল্যাবরেটরি অবস্থার অধীনে পরিচালিত হয়। তবে, দূষিত স্থানে বা দূষিত পরিবেশে, অনেক অজৈবিক এবং জৈবিক কারণ (তাপমাত্রা, pH, অক্সিজেন, পুষ্টির প্রাপ্যতা, সাবস্ট্রেট জৈব উপলভ্যতা, অন্যান্য জেনোবায়োটিক, শেষ-পণ্য প্রতিরোধ, ইত্যাদি) অণুজীবের অবক্ষয় ক্ষমতা পরিবর্তন এবং প্রভাবিত করতে দেখা গেছে।
তাপমাত্রা PAH জৈব অবক্ষয়ের উপর উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে দ্রবীভূত অক্সিজেনের ঘনত্ব হ্রাস পায়, যা বায়বীয় অণুজীবের বিপাককে প্রভাবিত করে, কারণ হাইড্রোক্সিলেশন বা রিং ক্লিভেজ বিক্রিয়া পরিচালনাকারী অক্সিজেনেসের জন্য আণবিক অক্সিজেনের একটি স্তর হিসাবে তাদের প্রয়োজন হয়। এটি প্রায়শই লক্ষ্য করা যায় যে উচ্চ তাপমাত্রা মূল PAH গুলিকে আরও বিষাক্ত যৌগে রূপান্তরিত করে, যার ফলে জৈব অবক্ষয় বাধাগ্রস্ত হয় (মুলার এট আল., 1998)।
লক্ষ্য করা গেছে যে অনেক PAH দূষিত স্থানে pH মান অত্যন্ত বেশি থাকে, যেমন অ্যাসিড খনি নিষ্কাশন দূষিত স্থান (pH 1–4) এবং ক্ষারীয় লিচেট (pH 8–12) দ্বারা দূষিত প্রাকৃতিক গ্যাস/কয়লা গ্যাসীকরণ স্থান। এই অবস্থাগুলি জৈব অবক্ষয় প্রক্রিয়াকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করতে পারে। অতএব, জৈবিক সংস্কারের জন্য অণুজীব ব্যবহার করার আগে, ক্ষারীয় মাটির জন্য অ্যামোনিয়াম সালফেট বা অ্যামোনিয়াম নাইট্রেটের মতো উপযুক্ত রাসায়নিক (মাঝারি থেকে খুব কম জারণ-হ্রাস সম্ভাবনা সহ) যোগ করে pH সামঞ্জস্য করার পরামর্শ দেওয়া হয় অথবা অ্যাসিডিক স্থানের জন্য ক্যালসিয়াম কার্বনেট বা ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট দিয়ে চুন প্রয়োগ করা উচিত (Bowlen et al. 1995; Gupta and Sar 2020)।
আক্রান্ত স্থানে অক্সিজেন সরবরাহ PAH জৈব অবক্ষয়ের হার সীমিতকারী ফ্যাক্টর। পরিবেশের রেডক্স অবস্থার কারণে, ইন-সিটু জৈব-রিমিডিয়েশন প্রক্রিয়াগুলিতে সাধারণত বাহ্যিক উৎস থেকে অক্সিজেন প্রবর্তনের প্রয়োজন হয় (টিলিং, এয়ার স্পার্গিং এবং রাসায়নিক সংযোজন) (পার্ডিয়েক এট আল।, ১৯৯২)। ওডেনক্রাঞ্জ এট আল। (১৯৯৬) দেখিয়েছেন যে দূষিত জলাধারে ম্যাগনেসিয়াম পারক্সাইড (অক্সিজেন নিঃসরণকারী যৌগ) যোগ করলে BTEX যৌগ কার্যকরভাবে জৈব-রিমিডিয়েশন করতে পারে। আরেকটি গবেষণায় সোডিয়াম নাইট্রেট ইনজেকশন করে এবং কার্যকর জৈব-রিমিডিয়েশন অর্জনের জন্য নিষ্কাশন কূপ নির্মাণ করে দূষিত জলাধারে ফেনল এবং BTEX-এর ইন-সিটু অবক্ষয় তদন্ত করা হয়েছে (বেউলি এবং ওয়েব, ২০০১)।