এই প্রবন্ধটি “উন্নত জৈব প্রতিকার প্রযুক্তি এবং কৃত্রিম জৈব যৌগ (SOC) পুনর্ব্যবহার প্রক্রিয়া” শীর্ষক গবেষণা বিষয়টির অংশ। সমস্ত ১৪টি প্রবন্ধ দেখুন।
কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH), যেমন ন্যাপথালিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথালিন (মিথাইলন্যাপথালিন, ন্যাপথোইক অ্যাসিড, ১-ন্যাপথাইল-এন-মিথাইলকার্বামেট, ইত্যাদি), বিভিন্ন শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং জীবের জন্য জিনোটক্সিক, মিউটাজেনিক এবং/অথবা কার্সিনোজেনিক। এই সিন্থেটিক জৈব যৌগ (SOC) বা জেনোবায়োটিকস অগ্রাধিকার দূষক হিসাবে বিবেচিত হয় এবং বৈশ্বিক পরিবেশ ও জনস্বাস্থ্যের জন্য গুরুতর হুমকি সৃষ্টি করে। মানুষের কার্যকলাপের তীব্রতা (যেমন কয়লা গ্যাসীকরণ, তেল পরিশোধন, যানবাহনের নির্গমন এবং কৃষি প্রয়োগ) এই সর্বব্যাপী এবং স্থায়ী যৌগগুলির ঘনত্ব, পরিণতি এবং পরিবহন নির্ধারণ করে। ভৌত এবং রাসায়নিক পরিশোধন/অপসারণ পদ্ধতির পাশাপাশি, বায়োরিমিডিয়েশনের মতো সবুজ এবং পরিবেশবান্ধব প্রযুক্তি, যা POC-গুলিকে সম্পূর্ণরূপে ভেঙে ফেলতে বা অ-বিষাক্ত উপজাতে রূপান্তরিত করতে সক্ষম অণুজীব ব্যবহার করে, একটি নিরাপদ, সাশ্রয়ী এবং সম্ভাবনাময় বিকল্প হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। মাটির অণুজীবগোষ্ঠীতে থাকা প্রোটিওব্যাকটেরিয়া (সিউডোমোনাস, কোমামোনাস, বার্কহোল্ডেরিয়া এবং নিওস্ফিংগোব্যাকটেরিয়াম), ফার্মিকিউটস (ব্যাসিলাস ও পেনিব্যাসিলাস) এবং অ্যাক্টিনোব্যাকটেরিয়া (রোডোকক্কাস ও আর্থ্রোব্যাকটার) পর্বের অন্তর্গত বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতি নানা ধরনের জৈব যৌগকে ভেঙে ফেলার ক্ষমতা প্রদর্শন করেছে। বিপাকীয় গবেষণা, জিনোমিক্স এবং মেটাজিনোমিক বিশ্লেষণ এই সরল জীবরূপগুলোর মধ্যে বিদ্যমান ক্যাটাবলিক জটিলতা ও বৈচিত্র্য বুঝতে আমাদের সাহায্য করে, যা পরবর্তীতে কার্যকর জৈব-অবক্ষয়ের জন্য প্রয়োগ করা যেতে পারে। পিএএইচ-এর দীর্ঘস্থায়ী উপস্থিতির ফলে প্লাজমিড, ট্রান্সপোজন, ব্যাকটেরিওফাজ, জিনোমিক আইল্যান্ড এবং ইন্টিগ্রেটিভ কনজুগেটিভ এলিমেন্টের মতো জিনগত উপাদান ব্যবহার করে হরাইজন্টাল জিন ট্রান্সফারের মাধ্যমে নতুন ধরনের অবক্ষয় ফেনোটাইপের উদ্ভব ঘটেছে। সিস্টেমস বায়োলজি এবং নির্দিষ্ট আইসোলেট বা মডেল কমিউনিটির (কনসোর্টিয়া) জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং সমন্বিত প্রভাবের মাধ্যমে এই পিএএইচ-গুলোর ব্যাপক, দ্রুত এবং কার্যকর জৈব-প্রতিকার সম্ভব করে তুলতে পারে। এই পর্যালোচনায় আমরা ন্যাপথালিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথালিন বিয়োজনকারী ব্যাকটেরিয়ার বিভিন্ন বিপাকীয় পথ ও বৈচিত্র্য, জিনগত গঠন ও বৈচিত্র্য এবং কোষীয় প্রতিক্রিয়া/অভিযোজনের উপর আলোকপাত করেছি। এটি মাঠপর্যায়ে প্রয়োগ এবং কার্যকর জৈব প্রতিকারের জন্য স্ট্রেইন অপ্টিমাইজেশনের ক্ষেত্রে পরিবেশগত তথ্য সরবরাহ করবে।
শিল্পের (পেট্রোকেমিক্যাল, কৃষি, ঔষধশিল্প, বস্ত্রের রঞ্জক, প্রসাধনী ইত্যাদি) দ্রুত বিকাশ বিশ্ব অর্থনৈতিক সমৃদ্ধি এবং জীবনযাত্রার মান উন্নয়নে অবদান রেখেছে। এই দ্রুত বিকাশের ফলে বিপুল সংখ্যক কৃত্রিম জৈব যৌগ (SOCs) উৎপাদিত হয়েছে, যা বিভিন্ন পণ্য তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। এই বহিরাগত যৌগ বা SOC-গুলোর মধ্যে রয়েছে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAHs), কীটনাশক, আগাছানাশক, প্লাস্টিসাইজার, রঞ্জক, ঔষধ, অর্গানোফসফেট, অগ্নি প্রতিরোধক, উদ্বায়ী জৈব দ্রাবক ইত্যাদি। এগুলো বায়ুমণ্ডল, জলজ এবং স্থলজ বাস্তুতন্ত্রে নির্গত হয়, যেখানে এগুলো বহুমাত্রিক প্রভাব ফেলে এবং ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য ও জীবগোষ্ঠীর গঠন পরিবর্তনের মাধ্যমে বিভিন্ন জীবরূপের উপর ক্ষতিকর প্রভাব সৃষ্টি করে (Petrie et al., 2015; Bernhardt et al., 2017; Sarkar et al., 2020)। অনেক সুগন্ধযুক্ত দূষক পদার্থ বহু অক্ষত বাস্তুতন্ত্র/জৈববৈচিত্র্যের কেন্দ্রস্থল (যেমন প্রবাল প্রাচীর, আর্কটিক/অ্যান্টার্কটিক বরফ চাদর, উঁচু পর্বতের হ্রদ, গভীর সমুদ্রের তলদেশের পলি ইত্যাদি)-এর উপর তীব্র এবং ধ্বংসাত্মক প্রভাব ফেলে (জোন্স ২০১০; বেয়ার প্রমুখ ২০২০; নর্ডবর্গ প্রমুখ ২০২০)। সাম্প্রতিক ভূ-অণুজীববিজ্ঞান সংক্রান্ত গবেষণায় দেখা গেছে যে, কৃত্রিম কাঠামোর (নির্মিত পরিবেশ) (যেমন গ্রানাইট, পাথর, কাঠ এবং ধাতু দিয়ে তৈরি সাংস্কৃতিক ঐতিহ্য কেন্দ্র এবং স্মৃতিস্তম্ভ) পৃষ্ঠে কৃত্রিম জৈব পদার্থ (যেমন সুগন্ধযুক্ত দূষক) এবং তাদের উপজাতের জমা হওয়া তাদের ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে (গ্যাড ২০১৭; লিউ প্রমুখ ২০১৮)। মানুষের কার্যকলাপ বায়ু দূষণ এবং জলবায়ু পরিবর্তনের মাধ্যমে স্মৃতিস্তম্ভ এবং ভবনগুলির জৈবিক ক্ষয়কে তীব্রতর ও আরও খারাপ করতে পারে (লিউ প্রমুখ ২০২০)। এই জৈব দূষকগুলি বায়ুমণ্ডলের জলীয় বাষ্পের সাথে বিক্রিয়া করে কাঠামোর উপর জমা হয়, যা উপাদানটির ভৌত এবং রাসায়নিক ক্ষয় ঘটায়। জৈব-অবক্ষয়কে জীবন্ত প্রাণীর দ্বারা সৃষ্ট বস্তুর বাহ্যিক রূপ ও বৈশিষ্ট্যের এমন এক অনাকাঙ্ক্ষিত পরিবর্তন হিসেবে ব্যাপকভাবে স্বীকৃতি দেওয়া হয়, যা সেগুলোর সংরক্ষণকে প্রভাবিত করে (পোশন ও জ্যাটন, ১৯৬৭)। এই যৌগগুলোর পরবর্তী অণুজীবীয় ক্রিয়া (বিপাক) কাঠামোগত অখণ্ডতা, সংরক্ষণের কার্যকারিতা এবং সাংস্কৃতিক মূল্য হ্রাস করতে পারে (গ্যাড, ২০১৭; লিউ প্রমুখ, ২০১৮)। অন্যদিকে, কিছু ক্ষেত্রে, এই কাঠামোগুলোর সাথে অণুজীবের অভিযোজন এবং প্রতিক্রিয়া উপকারী বলে প্রমাণিত হয়েছে, কারণ তারা বায়োফিল্ম এবং অন্যান্য প্রতিরক্ষামূলক স্তর তৈরি করে যা ক্ষয়/বিয়োজনের হার কমিয়ে দেয় (মার্টিনো, ২০১৬)। অতএব, পাথর, ধাতু এবং কাঠের স্মৃতিস্তম্ভের জন্য কার্যকর দীর্ঘমেয়াদী টেকসই সংরক্ষণ কৌশল প্রণয়নের জন্য এই প্রক্রিয়ায় জড়িত মূল প্রক্রিয়াগুলো সম্পর্কে পুঙ্খানুপুঙ্খ ধারণা থাকা প্রয়োজন। প্রাকৃতিক প্রক্রিয়ার (ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়া, দাবানল, আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাত, উদ্ভিদ ও ব্যাকটেরিয়ার প্রতিক্রিয়া) তুলনায়, মানুষের কার্যকলাপের ফলে বাস্তুতন্ত্রে বিপুল পরিমাণে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) এবং অন্যান্য জৈব কার্বন (OC) নির্গত হয়। কৃষিক্ষেত্রে (কীটনাশক ও পেস্টিসাইড যেমন ডিডিটি, অ্যাট্রাজিন, কার্বারিল, পেন্টাক্লোরোফেনল ইত্যাদি), শিল্পে (অপরিশোধিত তেল, তেল স্লাজ/বর্জ্য, পেট্রোলিয়াম-জাত প্লাস্টিক, পিসিবি, প্লাস্টিসাইজার, ডিটারজেন্ট, জীবাণুনাশক, ফিউমিগ্যান্ট, সুগন্ধি এবং প্রিজারভেটিভ), ব্যক্তিগত পরিচর্যার পণ্যে (সানস্ক্রিন, জীবাণুনাশক, পোকামাকড় তাড়ানোর স্প্রে এবং পলিসাইক্লিক মাস্ক) এবং যুদ্ধাস্ত্রে (বিস্ফোরক যেমন ২,৪,৬-টিএনটি) ব্যবহৃত অনেক পিএএইচ (PAH) হলো সম্ভাব্য জেনোবায়োটিক যা গ্রহের স্বাস্থ্যের উপর প্রভাব ফেলতে পারে (স্রোগী, ২০০৭; ভামসি-কৃষ্ণা এবং ফালে, ২০০৮; পেট্রি প্রমুখ, ২০১৫)। এই তালিকায় পেট্রোলিয়াম-জাত যৌগ (জ্বালানি তেল, লুব্রিকেন্ট, অ্যাসফালটিন), উচ্চ আণবিক ওজনের বায়োপ্লাস্টিক এবং আয়নিক তরল অন্তর্ভুক্ত করে তালিকাটি আরও প্রসারিত করা যেতে পারে (আমদে প্রমুখ, ২০১৫)। সারণি ১-এ বিভিন্ন অ্যারোমেটিক দূষক এবং বিভিন্ন শিল্পে তাদের প্রয়োগ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, উদ্বায়ী জৈব যৌগ, সেইসাথে কার্বন ডাই অক্সাইড এবং অন্যান্য গ্রিনহাউস গ্যাসের মানবসৃষ্ট নির্গমন বাড়তে শুরু করেছে (ডভোরাক এট আল., ২০১৭)। তবে, মানবসৃষ্ট প্রভাব প্রাকৃতিক প্রভাবকে উল্লেখযোগ্যভাবে ছাড়িয়ে গেছে। এছাড়াও, আমরা দেখেছি যে বেশ কিছু এসওসি (SOC) অনেক পরিবেশে দীর্ঘস্থায়ী হয় এবং বায়োমের উপর প্রতিকূল প্রভাব ফেলে এমন উদীয়মান দূষক হিসাবে চিহ্নিত হয়েছে (চিত্র ১)। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থা (USEPA)-এর মতো পরিবেশ সংস্থাগুলি এই দূষকগুলির অনেকগুলিকে তাদের সাইটোটক্সিক, জেনোটক্সিক, মিউটাজেনিক এবং কার্সিনোজেনিক বৈশিষ্ট্যের কারণে তাদের অগ্রাধিকার তালিকায় অন্তর্ভুক্ত করেছে। অতএব, দূষিত বাস্তুতন্ত্র থেকে বর্জ্য শোধন/অপসারণের জন্য কঠোর নিষ্পত্তি বিধি এবং কার্যকর কৌশল প্রয়োজন। পাইরোলাইসিস, অক্সিডেটিভ থার্মাল ট্রিটমেন্ট, এয়ার এয়ারেশন, ল্যান্ডফিলিং, ইনসিনিরেশন ইত্যাদির মতো বিভিন্ন ভৌত ও রাসায়নিক শোধন পদ্ধতি অকার্যকর ও ব্যয়বহুল এবং ক্ষয়কারী, বিষাক্ত ও শোধন করা কঠিন এমন উপজাত তৈরি করে। বিশ্বব্যাপী পরিবেশগত সচেতনতা বৃদ্ধির সাথে সাথে, এই দূষক এবং এদের থেকে উদ্ভূত পদার্থসমূহকে (যেমন হ্যালোজেনেটেড, নাইট্রো, অ্যালকাইল এবং/অথবা মিথাইল) বিয়োজিত করতে সক্ষম অণুজীবগুলো ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করছে (ফেনেল এট আল., ২০০৪; হরিতাশ ও কৌশিক, ২০০৯; ফালে এট আল., ২০২০; সরকার এট আল., ২০২০; শোয়ানেমান এট আল., ২০২০)। অ্যারোমেটিক দূষক অপসারণের জন্য এই দেশীয় সম্ভাব্য অণুজীবগুলোকে এককভাবে বা মিশ্র কালচারে (কলোনি) ব্যবহারের ক্ষেত্রে পরিবেশগত সুরক্ষা, খরচ, দক্ষতা, কার্যকারিতা এবং স্থায়িত্বের দিক থেকে সুবিধা রয়েছে। গবেষকরা দূষক পরিশোধন/অপসারণের একটি সম্ভাবনাময় প্রযুক্তি হিসেবে মাইক্রোবিয়াল প্রক্রিয়াকে ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল রিডক্স পদ্ধতির সাথে একীভূত করার বিষয়টিও অন্বেষণ করছেন, যা বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম (বিইএস) নামে পরিচিত (হুয়াং এট আল., ২০১১)। এর উচ্চ কার্যকারিতা, স্বল্প ব্যয়, পরিবেশগত নিরাপত্তা, কক্ষ তাপমাত্রায় পরিচালনা, জৈব-উপযোগী উপকরণ এবং মূল্যবান উপজাত (যেমন, বিদ্যুৎ, জ্বালানি এবং রাসায়নিক পদার্থ) পুনরুদ্ধারের ক্ষমতার কারণে বিইএস (BES) প্রযুক্তি ক্রমবর্ধমান মনোযোগ আকর্ষণ করেছে (প্যান্ট এট আল., ২০১২; নাজারী এট আল., ২০২০)। হাই-থ্রুপুট জিনোম সিকোয়েন্সিং এবং ওমিক্স টুলস/পদ্ধতির আবির্ভাব বিভিন্ন ডিগ্রেডার অণুজীবের বিক্রিয়ার জেনেটিক রেগুলেশন, প্রোটিওমিক্স এবং ফ্লাক্সোমিক্স বিষয়ে প্রচুর নতুন তথ্য সরবরাহ করেছে। সিস্টেমস বায়োলজির সাথে এই টুলসগুলোর সমন্বয়, দক্ষ ও কার্যকর বায়োডিগ্রেডেশন অর্জনের জন্য অণুজীবের মধ্যে টার্গেট ক্যাটাবলিক পাথওয়ের নির্বাচন এবং সূক্ষ্ম সমন্বয় (অর্থাৎ, মেটাবলিক ডিজাইন) সম্পর্কে আমাদের বোঝাপড়াকে আরও উন্নত করেছে। উপযুক্ত প্রার্থী অণুজীব ব্যবহার করে কার্যকর বায়োরিমিডিয়েশন কৌশল ডিজাইন করার জন্য, আমাদের অণুজীবের জৈব-রাসায়নিক সম্ভাবনা, মেটাবলিক বৈচিত্র্য, জেনেটিক গঠন এবং বাস্তুসংস্থান (অটোইকোলজি/সিনেকোলজি) বুঝতে হবে।
চিত্র ১। বিভিন্ন পরিবেশগত অবস্থা এবং জীবজগতকে প্রভাবিতকারী বিভিন্ন উপাদানের মধ্য দিয়ে স্বল্প-আণবিক PAH-এর উৎস ও গতিপথ। ড্যাশযুক্ত রেখাগুলো বাস্তুতন্ত্রের উপাদানগুলোর মধ্যকার পারস্পরিক ক্রিয়া নির্দেশ করে।
এই পর্যালোচনায়, আমরা বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া আইসোলেট দ্বারা ন্যাপথালিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথালিনের মতো সরল PAH-এর অবক্ষয় সম্পর্কিত তথ্য সংক্ষিপ্ত করার চেষ্টা করেছি, যার মধ্যে বিপাকীয় পথ ও বৈচিত্র্য, অবক্ষয়ে জড়িত এনজাইম, জিনের গঠন/পরিমাণ ও বৈচিত্র্য, কোষীয় প্রতিক্রিয়া এবং জৈব প্রতিকারের বিভিন্ন দিক অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। জৈব রাসায়নিক এবং আণবিক স্তরের জ্ঞান উপযুক্ত পোষক স্ট্রেইন শনাক্ত করতে এবং এই ধরনের অগ্রাধিকারপ্রাপ্ত দূষকগুলির কার্যকর জৈব প্রতিকারের জন্য তাদের পরবর্তী জিনগত প্রকৌশলে সহায়তা করবে। এটি কার্যকর জৈব প্রতিকারের জন্য স্থান-নির্দিষ্ট ব্যাকটেরিয়া কনসোর্টিয়া প্রতিষ্ঠার কৌশল তৈরিতে সাহায্য করবে।
বিপুল সংখ্যক বিষাক্ত এবং বিপজ্জনক অ্যারোমেটিক যৌগের (যা হাকেল সূত্র 4n + 2π ইলেকট্রন, n = 1, 2, 3, … মেনে চলে) উপস্থিতি বায়ু, মাটি, পলি এবং ভূপৃষ্ঠ ও ভূগর্ভস্থ জলের মতো বিভিন্ন পরিবেশগত মাধ্যমের জন্য একটি গুরুতর হুমকি সৃষ্টি করে (পুগলিসি এট আল., ২০০৭)। এই যৌগগুলিতে একক বেনজিন বলয় (মনোসাইক্লিক) অথবা একাধিক বেনজিন বলয় (পলিসাইক্লিক) রৈখিক, কৌণিক বা গুচ্ছ আকারে সজ্জিত থাকে এবং উচ্চ ঋণাত্মক রেজোন্যান্স শক্তি ও নিষ্ক্রিয়তার কারণে পরিবেশে স্থিতিশীলতা (স্থিতিশীলতা/অস্থিতিশীলতা) প্রদর্শন করে, যা তাদের হাইড্রোফোবিসিটি এবং বিজারিত অবস্থা দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায়। যখন অ্যারোমেটিক রিংটি মিথাইল (-CH3), কার্বক্সিল (-COOH), হাইড্রোক্সিল (-OH), বা সালফোনেট (-HSO3) গ্রুপ দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, তখন এটি আরও স্থিতিশীল হয়ে ওঠে, ম্যাক্রোমলিকিউলগুলির প্রতি এর আকর্ষণ বৃদ্ধি পায় এবং এটি জৈব ব্যবস্থায় জৈব-সঞ্চয়ী হয় (সিও এট আল., ২০০৯; ফালে এট আল., ২০২০)। কিছু কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (LMWAH), যেমন ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভসমূহ [মিথাইলন্যাপথালিন, ন্যাপথোইক অ্যাসিড, ন্যাপথালিনসালফোনেট, এবং ১-ন্যাপথাইল এন-মিথাইলকার্বামেট (কার্বারিল)], জিনোটক্সিক, মিউটাজেনিক, এবং/অথবা কার্সিনোজেনিক হিসেবে মার্কিন পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থা কর্তৃক অগ্রাধিকারপ্রাপ্ত জৈব দূষকের তালিকায় অন্তর্ভুক্ত হয়েছে (সার্নিগ্লিয়া, ১৯৮৪)। পরিবেশে এই শ্রেণীর নন-মিথাইল-অ্যালকোহলিক হাইড্রোকার্বন (NM-PAHs) নির্গমনের ফলে খাদ্য শৃঙ্খলের সকল স্তরে এই যৌগগুলির জৈব-সঞ্চয়ন ঘটতে পারে, যার ফলে বাস্তুতন্ত্রের স্বাস্থ্য প্রভাবিত হয় (Binkova et al., 2000; Srogi, 2007; Quinn et al., 2009)।
জীবজগতে PAH-এর উৎস ও গমনপথ প্রধানত বিভিন্ন বাস্তুতন্ত্রের উপাদান যেমন মাটি, ভূগর্ভস্থ জল, ভূপৃষ্ঠের জল, ফসল এবং বায়ুমণ্ডলের মধ্যে স্থানান্তর এবং মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটে থাকে (এরি ও অ্যাটকিনসন, ২০০৩)। চিত্র ১-এ বাস্তুতন্ত্রে বিভিন্ন স্বল্প আণবিক ওজনের PAH-এর মিথস্ক্রিয়া ও বণ্টন এবং জীবজগত/মানুষের সংস্পর্শে আসার পথ দেখানো হয়েছে। বায়ু দূষণের ফলে এবং যানবাহনের নির্গমন, শিল্পকারখানার নিষ্কাশিত গ্যাস (কয়লা গ্যাসীকরণ, দহন এবং কোক উৎপাদন)-এর স্থানান্তর (প্রবাহ) ও অধঃক্ষেপণের মাধ্যমে PAH বিভিন্ন পৃষ্ঠতলে জমা হয়। কৃত্রিম বস্ত্র, রঞ্জক ও রং উৎপাদন; কাঠ সংরক্ষণ; রাবার প্রক্রিয়াকরণ; সিমেন্ট উৎপাদন কার্যক্রম; কীটনাশক উৎপাদন; এবং কৃষি প্রয়োগের মতো শিল্প কার্যকলাপগুলি স্থলজ ও জলজ ব্যবস্থায় PAH-এর প্রধান উৎস (ব্যামফোর্থ ও সিঙ্গেলটন, ২০০৫; উইক প্রমুখ, ২০১১)। গবেষণায় দেখা গেছে যে বিদ্যুৎ কেন্দ্র, আবাসিক উষ্ণায়ন, বায়ু ও সড়ক যান চলাচলের চাপ এবং নির্মাণ কার্যক্রম থেকে নির্গমনের কারণে শহরতলি ও শহরাঞ্চলের মাটি, মহাসড়কের কাছাকাছি এলাকা এবং বড় শহরগুলিতে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) দ্বারা বেশি প্রভাবিত হয় (সুমন প্রমুখ, ২০১৬)। (২০০৮) দেখিয়েছে যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের লুইজিয়ানা অঙ্গরাজ্যের নিউ অরলিন্স শহরের রাস্তার কাছাকাছি মাটিতে PAH-এর পরিমাণ ৭১৮৯ μg/kg পর্যন্ত ছিল, যেখানে খোলা জায়গায় এর পরিমাণ ছিল মাত্র ২৪০৪ μg/kg। একইভাবে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের বেশ কয়েকটি শহরের কয়লা গ্যাসীকরণ কেন্দ্রের কাছাকাছি এলাকায় PAH-এর মাত্রা ৩০০ μg/kg পর্যন্ত বেশি পাওয়া গেছে (কানালি ও হারায়ামা, ২০০০; ব্যামফোর্থ ও সিঙ্গেলটন, ২০০৫)। দিল্লি (শর্মা প্রমুখ, ২০০৮), আগ্রা (দুবে প্রমুখ, ২০১৪), মুম্বাই (কুলকার্নি ও ভেঙ্কটরামন, ২০০০) এবং বিশাখাপত্তনম (কুলকার্নি প্রমুখ, ২০১৪)-এর মতো ভারতের বিভিন্ন শহরের মাটিতে পিএএইচ (PAH)-এর উচ্চ ঘনত্ব থাকার খবর পাওয়া গেছে। অ্যারোমেটিক যৌগগুলি মাটির কণা, জৈব পদার্থ এবং কাদামাটির খনিজে আরও সহজে শোষিত হয়, ফলে বাস্তুতন্ত্রে প্রধান কার্বন সিঙ্কে পরিণত হয় (স্রোগী, ২০০৭; পেং প্রমুখ, ২০০৮)। জলজ বাস্তুতন্ত্রে পিএএইচ-এর প্রধান উৎসগুলি হল বৃষ্টিপাত (আর্দ্র/শুকনো বৃষ্টিপাত এবং জলীয় বাষ্প), শহুরে প্রবাহ, বর্জ্য জলের নিষ্কাশন, ভূগর্ভস্থ জলের পুনঃপূরণ ইত্যাদি (স্রোগী, ২০০৭)। অনুমান করা হয় যে সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে প্রায় ৮০% পিএএইচ (PAH) বৃষ্টিপাত, পলি জমা এবং বর্জ্য নিষ্কাশন থেকে আসে (মোতেলে-মাসেই এট আল., ২০০৬; স্রোগী, ২০০৭)। ভূপৃষ্ঠের জলে বা কঠিন বর্জ্য নিষ্কাশন স্থান থেকে নিঃসৃত তরলে পিএএইচ-এর উচ্চ ঘনত্ব অবশেষে ভূগর্ভস্থ জলে প্রবেশ করে, যা জনস্বাস্থ্যের জন্য একটি বড় হুমকি সৃষ্টি করে, কারণ দক্ষিণ এবং দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার ৭০% এরও বেশি মানুষ ভূগর্ভস্থ জল পান করে (দত্তগুপ্ত এট আল., ২০১৯)। ভারতের পশ্চিমবঙ্গ থেকে সংগৃহীত নদী (৩২) এবং ভূগর্ভস্থ জলের (২৩৫) বিশ্লেষণের উপর দত্তগুপ্ত এট আল. (২০২০) দ্বারা পরিচালিত একটি সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে, আনুমানিক ৫৩% শহুরে বাসিন্দা এবং ৪৪% গ্রামীণ বাসিন্দা (মোট ২ কোটি বাসিন্দা) ন্যাপথালিন (৪.৯–১০.৬ μg/L) এবং এর ডেরিভেটিভের সংস্পর্শে আসতে পারেন। ভূমির ভিন্ন ভিন্ন ব্যবহার এবং ভূগর্ভস্থ জল উত্তোলন বৃদ্ধিকে ভূগর্ভে কম আণবিক ওজনের পিএএইচ-এর উল্লম্ব পরিবহন (অ্যাডভেকশন) নিয়ন্ত্রণের প্রধান কারণ হিসেবে বিবেচনা করা হয়। কৃষি থেকে আসা জলপ্রবাহ, পৌর ও শিল্প বর্জ্য জলের নিঃসরণ এবং কঠিন বর্জ্য/আবর্জনা নিঃসরণ নদী অববাহিকা ও ভূগর্ভস্থ পলিতে পিএএইচ দ্বারা প্রভাবিত হতে দেখা গেছে। বায়ুমণ্ডলীয় বৃষ্টিপাত পিএএইচ দূষণকে আরও বাড়িয়ে তোলে। বিশ্বজুড়ে বিভিন্ন নদী/জলবিভাজিকায়, যেমন ফ্রেজার নদী, লুয়ান নদী, ডেনসো নদী, মিসৌরি নদী, অ্যানাকোস্টিয়া নদী, এব্রো নদী এবং ডেলাওয়্যার নদীতে পিএএইচ এবং তাদের অ্যালকাইল ডেরিভেটিভের (মোট ৫১টি) উচ্চ ঘনত্বের উপস্থিতি পাওয়া গেছে (Yunker et al., 2002; Motelay-Massei et al., 2006; Li et al., 2010; Amoako et al., 2011; Kim et al., 2018)। গঙ্গা নদী অববাহিকার তলানিতে ন্যাপথালিন এবং ফিনানথ্রিনকে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ হিসেবে পাওয়া গেছে (৭০% নমুনায় শনাক্ত করা হয়েছে) (দত্তগুপ্ত প্রমুখ, ২০১৯)। অধিকন্তু, গবেষণায় দেখা গেছে যে পানীয় জলের ক্লোরিনেশন আরও বিষাক্ত অক্সিজেনযুক্ত এবং ক্লোরিনযুক্ত পিএএইচ (PAH) তৈরি করতে পারে (মানোলি ও সামারা, ১৯৯৯)। দূষিত মাটি, ভূগর্ভস্থ জল এবং বৃষ্টিপাত থেকে উদ্ভিদ কর্তৃক শোষণের ফলে শস্য, ফল এবং শাকসবজিতে পিএএইচ জমা হয় (ফিসমেস প্রমুখ, ২০০২)। মাছ, ঝিনুক, শামুক এবং চিংড়ির মতো অনেক জলজ প্রাণী দূষিত খাদ্য ও সমুদ্রের জল গ্রহণের মাধ্যমে, সেইসাথে তাদের কলা এবং ত্বকের মাধ্যমে পিএএইচ দ্বারা দূষিত হয় (ম্যাকে ও ফ্রেজার, ২০০০)। গ্রিলিং, রোস্টিং, স্মোকিং, ফ্রাইং, শুকানো, বেকিং এবং কাঠকয়লার রান্নার মতো রান্নার/প্রক্রিয়াজাতকরণ পদ্ধতিও খাদ্যে উল্লেখযোগ্য পরিমাণে পিএএইচ তৈরি করতে পারে। এটি মূলত ধূমপানের উপকরণের পছন্দ, ফেনোলিক/অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের পরিমাণ, রান্নার পদ্ধতি, হিটারের ধরন, আর্দ্রতার পরিমাণ, অক্সিজেন সরবরাহ এবং দহন তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে (গুইয়েন এট আল., ২০০০; গোমেস এট আল., ২০১৩)। দুধেও বিভিন্ন ঘনত্বে (০.৭৫–২.১ মিলিগ্রাম/লিটার) পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) শনাক্ত করা হয়েছে (গিরেলি এট আল., ২০১৪)। খাদ্যে এই PAH-গুলির সঞ্চয় খাদ্যের ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপরও নির্ভর করে, যেখানে এদের বিষাক্ত প্রভাব শারীরবৃত্তীয় কার্যাবলী, বিপাকীয় কার্যকলাপ, শোষণ, বিতরণ এবং দেহে বণ্টনের সাথে সম্পর্কিত (মেচিনি এট আল., ২০১১)।
পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH)-এর বিষাক্ততা এবং ক্ষতিকর প্রভাব অনেক আগে থেকেই জানা আছে (চেরনিগ্লিয়া, ১৯৮৪)। কম আণবিক ওজনের পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (LMW-PAH) (দুই থেকে তিনটি বলয়) ডিএনএ, আরএনএ এবং প্রোটিনের মতো বিভিন্ন ম্যাক্রোমলিকিউলের সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ হতে পারে এবং এটি ক্যান্সার সৃষ্টিকারী (সান্তারেলি এট আল., ২০০৮)। এদের হাইড্রোফোবিক প্রকৃতির কারণে, এরা লিপিড মেমব্রেন দ্বারা পৃথক থাকে। মানুষের দেহে, সাইটোক্রোম P450 মনোঅক্সিজিনেজ এনজাইম PAH-কে জারিত করে ইপোক্সাইডে পরিণত করে, যার মধ্যে কিছু অত্যন্ত সক্রিয় (যেমন, বেডিওল ইপোক্সাইড) এবং যা স্বাভাবিক কোষকে ম্যালিগন্যান্ট কোষে রূপান্তরিত করতে পারে (মার্সটন এট আল., ২০০১)। এছাড়াও, PAH-এর রূপান্তরজাত পদার্থ যেমন কুইনোন, ফেনল, ইপোক্সাইড, ডাইওল ইত্যাদি মূল যৌগের চেয়ে বেশি বিষাক্ত। কিছু PAH এবং তাদের বিপাকীয় মধ্যবর্তী পদার্থগুলো বিপাকের হরমোন ও বিভিন্ন এনজাইমকে প্রভাবিত করতে পারে, যার ফলে বৃদ্ধি, কেন্দ্রীয় স্নায়ুতন্ত্র, প্রজনন এবং রোগ প্রতিরোধ ব্যবস্থা প্রতিকূলভাবে প্রভাবিত হয় (শ্বেতা ও ফালে, ২০০৫; ভামসি-কৃষ্ণ প্রমুখ, ২০০৬; উস্টিং প্রমুখ, ২০০৮)। স্বল্প আণবিক ওজনের PAH-এর স্বল্পমেয়াদী সংস্পর্শে হাঁপানি রোগীদের ফুসফুসের কার্যকারিতা হ্রাস ও থ্রম্বোসিস হতে পারে এবং ত্বক, ফুসফুস, মূত্রাশয় ও পরিপাকতন্ত্রের ক্যান্সারের ঝুঁকি বাড়তে পারে বলে জানা গেছে (ওলসন প্রমুখ, ২০১০; ডিগস প্রমুখ, ২০১১)। প্রাণীদের উপর করা গবেষণায় আরও দেখা গেছে যে, PAH-এর সংস্পর্শে প্রজনন কার্যকারিতা ও বিকাশ প্রতিকূলভাবে প্রভাবিত হতে পারে এবং এর ফলে ছানি, কিডনি ও লিভারের ক্ষতি এবং জন্ডিস হতে পারে। PAH-এর বিভিন্ন জৈব-রূপান্তরজাত পদার্থ যেমন ডাইওল, ইপোক্সাইড, কুইনোন এবং মুক্ত মূলক (ক্যাটায়ন) ডিএনএ অ্যাডডাক্ট গঠন করতে পারে বলে দেখা গেছে। স্থিতিশীল অ্যাডডাক্ট ডিএনএ প্রতিলিপিকরণ প্রক্রিয়াকে পরিবর্তন করতে পারে বলে দেখা গেছে, অন্যদিকে অস্থিতিশীল অ্যাডডাক্ট ডিএনএ-কে ডিপিউরিনেট করতে পারে (প্রধানত অ্যাডেনিন এবং কখনও কখনও গুয়ানিনে); উভয়ই এমন ত্রুটি তৈরি করতে পারে যা মিউটেশনের দিকে পরিচালিত করে (শ্বাইগার্ট এট আল. ২০০১)। এছাড়াও, কুইনোন (বেঞ্জো-/প্যান-) রিঅ্যাক্টিভ অক্সিজেন স্পিসিস (ROS) তৈরি করতে পারে, যা ডিএনএ এবং অন্যান্য ম্যাক্রোমলিকিউলের মারাত্মক ক্ষতি করে, ফলে টিস্যুর কার্যকারিতা/জীবিতাবস্থাকে প্রভাবিত করে (ইওয়া এবং ডানুটা ২০১৭)। পাইরিন, বাইফিনাইল এবং ন্যাপথালিনের স্বল্প ঘনত্বের দীর্ঘস্থায়ী সংস্পর্শে পরীক্ষামূলক প্রাণীদের মধ্যে ক্যান্সার হতে পারে বলে জানা গেছে (ডিগস এট আল. ২০১২)। এদের মারাত্মক বিষাক্ততার কারণে, প্রভাবিত/দূষিত স্থান থেকে এই PAH-গুলির পরিষ্কারকরণ/অপসারণ একটি অগ্রাধিকার।
দূষিত স্থান বা পরিবেশ থেকে পিএএইচ (PAH) অপসারণের জন্য বিভিন্ন ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছে। দহন, ডিক্লোরিনেশন, ইউভি অক্সিডেশন, ফিক্সেশন এবং সলভেন্ট এক্সট্র্যাকশনের মতো প্রক্রিয়াগুলির অনেক অসুবিধা রয়েছে, যার মধ্যে বিষাক্ত উপজাতের সৃষ্টি, প্রক্রিয়ার জটিলতা, নিরাপত্তা ও নিয়ন্ত্রক সমস্যা, কম কার্যকারিতা এবং উচ্চ ব্যয় অন্যতম। তবে, মাইক্রোবিয়াল বায়োডিগ্রেডেশন (যাকে বায়োরিমিডিয়েশন বলা হয়) একটি সম্ভাবনাময় বিকল্প পদ্ধতি, যেখানে বিশুদ্ধ কালচার বা কলোনি আকারে অণুজীব ব্যবহার করা হয়। ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতির তুলনায় এই প্রক্রিয়াটি পরিবেশবান্ধব, অনাক্রমণাত্মক, সাশ্রয়ী এবং টেকসই। জৈব প্রতিকার ক্ষতিগ্রস্ত স্থানে (ইন সিটু) অথবা বিশেষভাবে প্রস্তুতকৃত স্থানে (এক্স সিটু) করা যেতে পারে এবং এই কারণে এটিকে প্রচলিত ভৌত ও রাসায়নিক পদ্ধতির চেয়ে একটি অধিক টেকসই প্রতিকার পদ্ধতি হিসেবে বিবেচনা করা হয় (জুহাজ ও নাইডু, ২০০০; আন্দ্রেওনি ও জিয়ানফ্রেডা, ২০০৭; মেঘরাজ প্রমুখ, ২০১১; ফালে প্রমুখ, ২০২০; সরকার প্রমুখ, ২০২০)।
অ্যারোমেটিক দূষকগুলির অবক্ষয়ে জড়িত অণুজীবীয় বিপাকীয় ধাপগুলি বোঝা বাস্তুতান্ত্রিক ও পরিবেশগত স্থিতিশীলতার জন্য ব্যাপক বৈজ্ঞানিক ও অর্থনৈতিক তাৎপর্য বহন করে। বিশ্বব্যাপী পলল এবং জৈব যৌগে (যেমন, তেল, প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লা, অর্থাৎ জীবাশ্ম জ্বালানি) আনুমানিক ২.১×১০¹⁸ গ্রাম কার্বন (C) সঞ্চিত রয়েছে, যা বৈশ্বিক কার্বন চক্রে একটি উল্লেখযোগ্য অবদান রাখে। তবে, দ্রুত শিল্পায়ন, জীবাশ্ম জ্বালানি উত্তোলন এবং মানুষের কার্যকলাপ এই লিথোস্ফিয়ারিক কার্বন ভান্ডারগুলিকে নিঃশেষ করে দিচ্ছে, যার ফলে প্রতি বছর আনুমানিক ৫.৫×১০¹⁵ গ্রাম জৈব কার্বন (দূষক হিসেবে) বায়ুমণ্ডলে নির্গত হচ্ছে (গোনজালেজ-গায়া এট আল., ২০১৯)। এই জৈব কার্বনের বেশিরভাগই পলল জমা, পরিবহন এবং প্রবাহের মাধ্যমে স্থলজ ও সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রে প্রবেশ করে। এছাড়াও, জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে উদ্ভূত নতুন কৃত্রিম দূষক, যেমন প্লাস্টিক, প্লাস্টিসাইজার এবং প্লাস্টিক স্টেবিলাইজার (থ্যালেট এবং তাদের আইসোমার), সামুদ্রিক, মাটি এবং জলজ বাস্তুতন্ত্র ও তাদের জীবজগতকে মারাত্মকভাবে দূষিত করছে, যার ফলে বৈশ্বিক জলবায়ু ঝুঁকি আরও বাড়ছে। উত্তর আমেরিকা ও দক্ষিণ-পূর্ব এশিয়ার মধ্যবর্তী প্রশান্ত মহাসাগরে পলিইথিলিন টেরেফথালেট (PET) থেকে উদ্ভূত বিভিন্ন ধরণের মাইক্রোপ্লাস্টিক, ন্যানোপ্লাস্টিক, প্লাস্টিকের টুকরো এবং তাদের বিষাক্ত মনোমারজাত পদার্থ জমা হয়ে "গ্রেট প্যাসিফিক গারবেজ প্যাচ" গঠন করেছে, যা সামুদ্রিক জীবনের ক্ষতি করছে (নিউয়েল এট আল., ২০২০)। বৈজ্ঞানিক গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে, কোনো ভৌত বা রাসায়নিক পদ্ধতিতে এই ধরনের দূষক/বর্জ্য অপসারণ করা সম্ভব নয়। এই প্রেক্ষাপটে, সবচেয়ে উপকারী অণুজীব হলো তারাই যারা দূষক পদার্থকে জারণ প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কার্বন ডাইঅক্সাইড, রাসায়নিক শক্তি এবং অন্যান্য অ-বিষাক্ত উপজাত পদার্থে রূপান্তরিত করতে সক্ষম, যা অবশেষে অন্যান্য পুষ্টিচক্র প্রক্রিয়ায় (H, O, N, S, P, Fe, ইত্যাদি) প্রবেশ করে। সুতরাং, অ্যারোমেটিক দূষকের খনিজকরণ এবং এর পরিবেশগত নিয়ন্ত্রণের অণুজীবীয় বাস্তুশারীরবিদ্যা বোঝা অণুজীবীয় কার্বন চক্র, নেট কার্বন বাজেট এবং ভবিষ্যতের জলবায়ু ঝুঁকি মূল্যায়নের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পরিবেশ থেকে এই ধরনের যৌগ অপসারণের জরুরি প্রয়োজনের পরিপ্রেক্ষিতে, পরিচ্ছন্ন প্রযুক্তির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে বিভিন্ন পরিবেশ-বান্ধব শিল্পের উদ্ভব ঘটেছে। বিকল্পভাবে, বাস্তুতন্ত্রে জমা হওয়া শিল্প বর্জ্য/বর্জ্য রাসায়নিকের সদ্ব্যবহার (অর্থাৎ বর্জ্য থেকে সম্পদ পদ্ধতি) চক্রাকার অর্থনীতি এবং টেকসই উন্নয়ন লক্ষ্যমাত্রার অন্যতম স্তম্ভ হিসেবে বিবেচিত হয় (ক্লোজ এট আল., ২০১২)। অতএব, এই ধরনের অ্যারোমেটিক দূষকগুলির কার্যকর অপসারণ এবং জৈব প্রতিকারের জন্য এই সম্ভাব্য অবক্ষয়কারী উপাদানগুলির বিপাকীয়, এনজাইমেটিক এবং জেনেটিক দিকগুলি বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
বিভিন্ন অ্যারোমেটিক দূষকের মধ্যে, আমরা ন্যাপথালিন এবং প্রতিস্থাপিত ন্যাপথালিনের মতো কম আণবিক ওজনের পিএএইচ (PAH)-এর প্রতি বিশেষ মনোযোগ দিই। এই যৌগগুলি পেট্রোলিয়াম-জাত জ্বালানি, টেক্সটাইল ডাই, ভোগ্যপণ্য, কীটনাশক (মথবল এবং পোকামাকড় তাড়ানোর স্প্রে), প্লাস্টিসাইজার এবং ট্যানিনের প্রধান উপাদান এবং তাই অনেক বাস্তুতন্ত্রে ব্যাপকভাবে বিস্তৃত (Preuss et al., 2003)। সাম্প্রতিক প্রতিবেদনগুলি অ্যাকুইফারের তলানি, ভূগর্ভস্থ জল এবং ভূগর্ভস্থ মাটি, ভ্যাডোজোন এবং নদীর তলদেশে ন্যাপথালিনের ঘনত্ব বৃদ্ধির উপর আলোকপাত করে, যা পরিবেশে এর জৈব-সঞ্চয়নের ইঙ্গিত দেয় (Duttagupta et al., 2019, 2020)। সারণি ২-এ ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলির ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, প্রয়োগ এবং স্বাস্থ্যগত প্রভাবগুলির সারসংক্ষেপ দেওয়া হয়েছে। অন্যান্য উচ্চ-আণবিক-ওজনের পিএএইচ-এর তুলনায়, ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলি কম হাইড্রোফোবিক, বেশি পানিতে দ্রবণীয় এবং বাস্তুতন্ত্রে ব্যাপকভাবে বিস্তৃত, তাই পিএএইচ-এর বিপাক, বংশগতি এবং বিপাকীয় বৈচিত্র্য অধ্যয়নের জন্য এগুলিকে প্রায়শই মডেল সাবস্ট্রেট হিসাবে ব্যবহার করা হয়। বিপুল সংখ্যক অণুজীব ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলিকে বিপাক করতে সক্ষম, এবং তাদের বিপাকীয় পথ, এনজাইম এবং নিয়ন্ত্রক বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে বিস্তারিত তথ্য পাওয়া যায় (মল্লিক এট আল., ২০১১; ফালে এট আল., ২০১৯, ২০২০)। এছাড়াও, ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলিকে তাদের উচ্চ প্রাচুর্য এবং জৈব-উপলভ্যতার কারণে পরিবেশ দূষণ মূল্যায়নের জন্য প্রোটোটাইপ যৌগ হিসাবে মনোনীত করা হয়েছে। মার্কিন পরিবেশ সুরক্ষা সংস্থার অনুমান অনুযায়ী, সিগারেটের ধোঁয়া থেকে প্রতি ঘনমিটারে ন্যাপথালিনের গড় মাত্রা ৫.১৯ মাইক্রোগ্রাম (যা মূলত অসম্পূর্ণ দহনের ফলে হয়) এবং পার্শ্বপ্রবাহের ধোঁয়া থেকে এর মাত্রা ৭.৮ থেকে ৪৬ মাইক্রোগ্রাম পর্যন্ত হয়, যেখানে ক্রিওসোট এবং ন্যাপথালিনের সংস্পর্শে আসার মাত্রা ১০০ থেকে ১০,০০০ গুণ বেশি (প্রিউস এট আল. ২০০৩)। বিশেষ করে ন্যাপথালিনের প্রজাতি, অঞ্চল এবং লিঙ্গ-নির্দিষ্ট শ্বাসতন্ত্রের বিষাক্ততা এবং ক্যান্সার সৃষ্টিকারী ক্ষমতা রয়েছে বলে জানা গেছে। প্রাণীদের উপর গবেষণার উপর ভিত্তি করে, আন্তর্জাতিক ক্যান্সার গবেষণা সংস্থা (IARC) ন্যাপথালিনকে একটি “সম্ভাব্য মানব ক্যান্সার সৃষ্টিকারী পদার্থ” (গ্রুপ ২বি)¹ হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করেছে। প্রতিস্থাপিত ন্যাপথালিনের সংস্পর্শে আসা, যা মূলত শ্বাসগ্রহণ বা প্যারেন্টেরাল (মুখে) গ্রহণের মাধ্যমে ঘটে, তা ইঁদুরের ফুসফুসের টিস্যুর ক্ষতি করে এবং ফুসফুসের টিউমারের ঘটনা বৃদ্ধি করে (ন্যাশনাল টক্সিকোলজি প্রোগ্রাম ২)। তীব্র পার্শ্বপ্রতিক্রিয়াগুলোর মধ্যে রয়েছে বমি বমি ভাব, বমি, পেটে ব্যথা, ডায়রিয়া, মাথাব্যথা, বিভ্রান্তি, অতিরিক্ত ঘাম, জ্বর, হৃৎস্পন্দন বৃদ্ধি (ট্যাকিকার্ডিয়া) ইত্যাদি। অন্যদিকে, ব্রড-স্পেকট্রাম কার্বামেট কীটনাশক কার্বারিল (১-ন্যাফথাইল এন-মিথাইলকার্বামেট) জলজ অমেরুদণ্ডী প্রাণী, উভচর প্রাণী, মৌমাছি এবং মানুষের জন্য বিষাক্ত বলে জানা গেছে এবং এটি অ্যাসিটাইলকোলিনেস্টারেজকে বাধা দিয়ে পক্ষাঘাত ঘটায় বলে দেখা গেছে (স্মুলডার্স এট আল., ২০০৩; বুলেন এবং ডিস্টেল, ২০১১)। অতএব, দূষিত পরিবেশে জৈব প্রতিকার কৌশল বিকাশের জন্য অণুজীবীয় অবক্ষয়, জিনগত নিয়ন্ত্রণ, এনজাইমীয় এবং কোষীয় বিক্রিয়ার প্রক্রিয়াগুলো বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
সারণি ২. ন্যাপথালিন ও এর উপজাতসমূহের ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, ব্যবহার, শনাক্তকরণ পদ্ধতি এবং সংশ্লিষ্ট রোগসমূহ সম্পর্কে বিস্তারিত তথ্য।
দূষিত পরিবেশে, হাইড্রোফোবিক এবং লাইপোফিলিক অ্যারোমেটিক দূষক পদার্থসমূহ পরিবেশগত মাইক্রোবায়োম (গোষ্ঠী)-এর উপর বিভিন্ন ধরনের কোষীয় প্রভাব ফেলতে পারে, যেমন ঝিল্লির তরলতা ও ভেদ্যতার পরিবর্তন, লিপিড দ্বিস্তর স্ফীতি, শক্তি স্থানান্তরে ব্যাঘাত (ইলেকট্রন পরিবহন শৃঙ্খল/প্রোটন চালিকা শক্তি), এবং ঝিল্লি-সংলগ্ন প্রোটিনের কার্যকলাপ (সিক্কেমা প্রমুখ, ১৯৯৫)। এছাড়াও, ক্যাটেকল এবং কুইনোনের মতো কিছু দ্রবণীয় মধ্যবর্তী পদার্থ রিঅ্যাক্টিভ অক্সিজেন স্পিসিস (ROS) তৈরি করে এবং ডিএনএ ও প্রোটিনের সাথে সংযুক্ত যৌগ (অ্যাডডাক্ট) গঠন করে (পেনিং প্রমুখ, ১৯৯৯)। সুতরাং, বাস্তুতন্ত্রে এই ধরনের যৌগের প্রাচুর্য অণুজীব গোষ্ঠীর উপর নির্বাচনী চাপ সৃষ্টি করে, যাতে তারা বিভিন্ন শারীরবৃত্তীয় স্তরে, যেমন—গ্রহণ/পরিবহন, অন্তঃকোষীয় রূপান্তর, আত্তীকরণ/ব্যবহার এবং বিভাজনে, দক্ষ বিয়োজক হয়ে ওঠে।
রাইবোসোমাল ডেটাবেস প্রজেক্ট-II (RDP-II) অনুসন্ধান করে দেখা গেছে যে ন্যাপথালিন বা এর ডেরিভেটিভ দ্বারা দূষিত মিডিয়া বা এনরিচমেন্ট কালচার থেকে মোট 926 টি ব্যাকটেরিয়ার প্রজাতি বিচ্ছিন্ন করা হয়েছে। প্রোটিওব্যাকটেরিয়া গোষ্ঠীর প্রতিনিধির সংখ্যা সর্বাধিক ছিল (n = 755), তারপরে ছিল ফার্মিকিউটস (52), ব্যাকটেরয়েডেস (43), অ্যাক্টিনোব্যাকটেরিয়া (39), টেনেরিকিউটস (10) এবং অশ্রেণীবদ্ধ ব্যাকটেরিয়া (8) (চিত্র 2)। γ-প্রোটিওব্যাকটেরিয়ার (সিউডোমোনাডেলস এবং জ্যান্থোমোনাডেলস) প্রতিনিধিরা উচ্চ G+C কন্টেন্ট (54%) সহ সমস্ত গ্রাম-নেগেটিভ গোষ্ঠীর মধ্যে প্রাধান্য বিস্তার করেছিল, যেখানে ক্লোস্ট্রিডিয়ালস এবং ব্যাসিলেস (30%) ছিল কম G+C কন্টেন্ট সহ গ্রাম-পজিটিভ গোষ্ঠী। বিভিন্ন দূষিত বাস্তুতন্ত্র (কয়লার আলকাতরা, পেট্রোলিয়াম, অপরিশোধিত তেল, স্লাজ, তেল নিঃসরণ, বর্জ্য জল, জৈব বর্জ্য এবং ল্যান্ডফিল) এবং অক্ষত বাস্তুতন্ত্রে (মাটি, নদী, পলি এবং ভূগর্ভস্থ জল) সিউডোমোনাস (সর্বাধিক সংখ্যক, ৩৩৮ প্রজাতি) ন্যাপথালিন এবং এর মিথাইল ডেরিভেটিভগুলিকে ভেঙে ফেলতে সক্ষম বলে জানা গেছে (চিত্র ২)। অধিকন্তু, এই অঞ্চলগুলির কয়েকটির এনরিচমেন্ট স্টাডি এবং মেটাজিনোমিক বিশ্লেষণ থেকে জানা গেছে যে অ-চাষকৃত লেজিওনেলা এবং ক্লস্ট্রিডিয়াম প্রজাতিরও ভাঙন ক্ষমতা থাকতে পারে, যা নতুন পথ এবং বিপাকীয় বৈচিত্র্য অধ্যয়নের জন্য এই ব্যাকটেরিয়াগুলিকে চাষ করার প্রয়োজনীয়তা নির্দেশ করে।
চিত্র ২. ন্যাপথালিন ও ন্যাপথালিনজাত পদার্থ দ্বারা দূষিত পরিবেশে ব্যাকটেরিয়া প্রতিনিধিদের শ্রেণিবিন্যাসগত বৈচিত্র্য এবং বাস্তুতান্ত্রিক বণ্টন।
বিভিন্ন অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন-বিয়োজক অণুজীবের মধ্যে অধিকাংশই কার্বন ও শক্তির একমাত্র উৎস হিসেবে ন্যাপথালিনকে বিয়োজিত করতে সক্ষম। সিউডোমোনাস প্রজাতির ক্ষেত্রে ন্যাপথালিন বিপাকের সাথে জড়িত ঘটনাক্রম বর্ণনা করা হয়েছে। (স্ট্রেন: NCIB 9816-4, G7, AK-5, PMD-1 এবং CSV86), Pseudomonas stutzeri AN10, Pseudomonas fluorescens PC20 এবং অন্যান্য স্ট্রেইন (ND6 এবং AS1) (মহাজন প্রমুখ, ১৯৯৪; রেসনিক প্রমুখ, ১৯৯৬; অ্যানউইলার প্রমুখ, ২০০০; বসু প্রমুখ, ২০০৩; ডেনিস এবং জাইলস্ট্রা, ২০০৪; সোটা প্রমুখ, ২০০৬; বিপাক একটি বহু-উপাদানযুক্ত ডাইঅক্সিজিনেজ [ন্যাপথালিন ডাইঅক্সিজিনেজ (NDO), একটি রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজিনেজ] দ্বারা শুরু হয় যা অন্য সাবস্ট্রেট হিসাবে আণবিক অক্সিজেন ব্যবহার করে ন্যাপথালিনের একটি অ্যারোমেটিক রিং-এর জারণকে অনুঘটক করে, ন্যাপথালিনকে সিস-ন্যাপথালিনডাইঅলে রূপান্তরিত করে (চিত্র ৩)। সিস-ডাইহাইড্রোডাইঅল রূপান্তরিত হয় একটি ডিহাইড্রোজিনেজ দ্বারা ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিন। একটি রিং-বিভাজক ডাইঅক্সিজিনেজ, ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিন ডাইঅক্সিজিনেজ (12DHNDO), ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিনকে ২-হাইড্রোক্সিক্রোমেন-২-কার্বক্সিলিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে। এনজাইমেটিক সিস-ট্রান্স আইসোমারাইজেশনের ফলে ট্রান্স-ও-হাইড্রোক্সিবেঞ্জিলিডিনপাইরুভেট উৎপন্ন হয়, যা হাইড্রেটেজ অ্যালডোলেজ দ্বারা বিভাজিত হয়ে স্যালিসাইলিক অ্যালডিহাইড এবং পাইরুভেট তৈরি করে। জৈব অ্যাসিড পাইরুভেট ছিল ন্যাপথ্যালিনের কার্বন কঙ্কাল থেকে উদ্ভূত প্রথম C3 যৌগ এবং এটি কেন্দ্রীয় কার্বন পথে চালিত হয়েছিল। এছাড়াও, NAD+-নির্ভর স্যালিসাইলঅ্যালডিহাইড ডিহাইড্রোজিনেজ স্যালিসাইলঅ্যালডিহাইডকে স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে। এই পর্যায়ের বিপাককে ন্যাপথ্যালিন অবক্ষয়ের "উচ্চ পথ" বলা হয়। এই পথটি বেশিরভাগ ন্যাপথ্যালিন-অবক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়ার মধ্যে খুব সাধারণ। তবে, কয়েকটি ব্যতিক্রম রয়েছে; উদাহরণস্বরূপ, থার্মোফিলিক ব্যাসিলাস। হ্যামবার্গি ২-তে, ন্যাপথালিন ২,৩-ডাইঅক্সিজিনেজ দ্বারা ন্যাপথালিনের অবক্ষয় শুরু হয় এবং এর ফলে ২,৩-ডাইহাইড্রক্সিন্যাপথ্যালিন গঠিত হয় (অ্যানউইলার এট আল., ২০০০)।
চিত্র ৩। ন্যাপথালিন, মিথাইলন্যাপথালিন, ন্যাপথোইক অ্যাসিড এবং কার্বারিলের অবক্ষয়ের পথসমূহ। বৃত্তাকার সংখ্যাগুলো ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভসমূহকে ক্রমানুসারে পরবর্তী উৎপাদে রূপান্তরের জন্য দায়ী এনজাইমসমূহকে নির্দেশ করে। ১ — ন্যাপথালিন ডাইঅক্সিজিনেজ (NDO); ২, সিস-ডাইহাইড্রোডাইওল ডিহাইড্রোজিনেজ; ৩, ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাপথালিন ডাইঅক্সিজিনেজ; ৪, ২-হাইড্রোক্সিক্রোমেন-২-কার্বক্সিলিক অ্যাসিড আইসোমারেজ; ৫, ট্রান্স-ও-হাইড্রোক্সিবেঞ্জিলিডিনপাইরুভেট হাইড্রেটেজ অ্যালডোলেজ; ৬, স্যালিসাইলডিহাইড ডিহাইড্রোজিনেজ; ৭, স্যালিসাইলেট ১-হাইড্রোক্সিলেজ; ৮, ক্যাটেকল ২,৩-ডাইঅক্সিজিনেজ (C23DO); ৯, ২-হাইড্রোক্সিমিউকোনেট সেমিঅ্যালডিহাইড ডিহাইড্রোজিনেজ; ১০, ২-অক্সোপেন্ট-৪-ইনোয়েট হাইড্রেটেজ; ১১, ৪-হাইড্রক্সি-২-অক্সোপেন্টানোয়েট অ্যালডোলেজ; ১২, অ্যাসিটালডিহাইড ডিহাইড্রোজিনেজ; ১৩, ক্যাটেকল-১,২-ডাইঅক্সিজিনেজ (C12DO); ১৪, মিউকোনেট সাইক্লোআইসোমারেজ; ১৫, মিউকোনোল্যাকটোন ডেল্টা-আইসোমারেজ; ১৬, β-কিটোঅ্যাডিপেটেনোল্যাকটোন হাইড্রোলেজ; ১৭, β-কিটোঅ্যাডিপেট সাক্সিনাইল-কোএ ট্রান্সফারেজ; ১৮, β-কিটোঅ্যাডিপেট-কোএ থায়োলেজ; ১৯, সাক্সিনাইল-কোএ: অ্যাসিটাইল-কোএ সাক্সিনাইলট্রান্সফারেজ; ২০, স্যালিসাইলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ; ২১, জেন্টিসেট ১,২-ডাইঅক্সিজিনেজ (GDO); ২২, ম্যালিলপাইরুভেট আইসোমারেজ; ২৩, ফিউমারিলপাইরুভেট হাইড্রোলেজ; ২৪, মিথাইলন্যাপথালিন হাইড্রোক্সিলেজ (এনডিও); ২৫, হাইড্রোক্সিমিথাইলন্যাপথালিন ডিহাইড্রোজিনেজ; ২৬, ন্যাপথ্যালডিহাইড ডিহাইড্রোজিনেজ; ২৭, ৩-ফর্মাইলস্যালিসাইলিক অ্যাসিড অক্সিডেজ; ২৮, হাইড্রোক্সিআইসোফথালেট ডিকার্বক্সিলেজ; ২৯, কার্বারিল হাইড্রোলেজ (সিএইচ); ৩০, ১-ন্যাপথল-২-হাইড্রোক্সিলেজ।
জীব এবং তার জিনগত গঠনের উপর নির্ভর করে, উৎপন্ন স্যালিসাইলিক অ্যাসিড পরবর্তীতে হয় স্যালিসাইলেট ১-হাইড্রোক্সিলেজ (S1H) ব্যবহার করে ক্যাটেকল পথের মাধ্যমে অথবা স্যালিসাইলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ (S5H) ব্যবহার করে জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে বিপাকিত হয় (চিত্র ৩)। যেহেতু ন্যাপথালিন বিপাকে স্যালিসাইলিক অ্যাসিড হলো প্রধান মধ্যবর্তী যৌগ (উচ্চতর পথ), তাই স্যালিসাইলিক অ্যাসিড থেকে TCA মধ্যবর্তী যৌগ পর্যন্ত ধাপগুলোকে প্রায়শই নিম্নতর পথ বলা হয় এবং জিনগুলো একটিমাত্র অপেরনে সংগঠিত থাকে। এটি সাধারণত দেখা যায় যে উচ্চতর পথের অপেরন (nah) এবং নিম্নতর পথের অপেরন (sal)-এর জিনগুলো সাধারণ নিয়ন্ত্রক ফ্যাক্টর দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়; উদাহরণস্বরূপ, NahR এবং স্যালিসাইলিক অ্যাসিড ইনডিউসার হিসেবে কাজ করে, যা উভয় অপেরনকে ন্যাপথালিনের সম্পূর্ণ বিপাক করতে সক্ষম করে (Phale et al., 2019, 2020)।
এছাড়াও, ক্যাটেকল ২,৩-ডাইঅক্সিজিনেজ (C23DO) (Yen et al., 1988) দ্বারা মেটা পথের মাধ্যমে ক্যাটেকল চক্রাকারে বিভাজিত হয়ে ২-হাইড্রক্সিমিউকোনেট সেমিঅ্যালডিহাইডে পরিণত হয় এবং পরবর্তীতে ২-হাইড্রক্সিমিউকোনেট সেমিঅ্যালডিহাইড হাইড্রোলেজ দ্বারা হাইড্রোলাইজড হয়ে ২-হাইড্রক্সিপেন্ট-২,৪-ডাইএনোইক অ্যাসিড গঠন করে। এরপর ২-হাইড্রক্সিপেন্ট-২,৪-ডাইএনোয়েট একটি হাইড্রেটেজ (২-অক্সোপেন্ট-৪-এনোয়েট হাইড্রেটেজ) এবং একটি অ্যালডোলেজ (৪-হাইড্রক্সি-২-অক্সোপেন্টানোয়েট অ্যালডোলেজ) দ্বারা পাইরুভেট ও অ্যাসিটালডিহাইডে রূপান্তরিত হয় এবং তারপর কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)। বিকল্পভাবে, ক্যাটেকল ১,২-অক্সিজিনেজ (C12DO) দ্বারা অর্থো পথের মাধ্যমে ক্যাটেকল চক্রাকারে বিভাজিত হয়ে সিস,সিস-মিউকোনেটে পরিণত হয়। মিউকোনেট সাইক্লোআইসোমারেজ, মিউকোনোল্যাকটোন আইসোমারেজ এবং β-কিটোঅ্যাডিপেট-নোল্যাকটোন হাইড্রোলেজ সিস,সিস-মিউকোনেটকে ৩-অক্সোয়াডিপেটে রূপান্তরিত করে, যা সাক্সিনাইল-কোএ এবং অ্যাসিটাইল-কোএ-এর মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে (নোজাকি প্রমুখ, ১৯৬৮) (চিত্র ৩)।
জেন্টিসেট (২,৫-ডাইহাইড্রোক্সিবেনজোয়েট) পথে, জেন্টিসেট ১,২-ডাইঅক্সিজিনেজ (GDO) দ্বারা অ্যারোমেটিক বলয়টি ভেঙে ম্যালিলপাইরুভেট তৈরি হয়। এই উৎপাদটি সরাসরি হাইড্রোলাইজড হয়ে পাইরুভেট ও ম্যালেট তৈরি করতে পারে, অথবা এটি আইসোমারাইজড হয়ে ফিউমারিলপাইরুভেট গঠন করতে পারে, যা পরবর্তীতে হাইড্রোলাইজড হয়ে পাইরুভেট ও ফিউমারেট তৈরি করে (লার্কিন ও ডে, ১৯৮৬)। এই বিকল্প পথ বেছে নেওয়ার বিষয়টি গ্রাম-নেগেটিভ এবং গ্রাম-পজিটিভ উভয় ব্যাকটেরিয়ার ক্ষেত্রেই জৈব-রাসায়নিক এবং জিনগত পর্যায়ে পরিলক্ষিত হয়েছে (মোরাস্কি প্রমুখ, ১৯৯৭; হোয়াইট প্রমুখ, ১৯৯৭)। গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়া (সিউডোমোনাস) স্যালিসাইলিক অ্যাসিড ব্যবহার করতে পছন্দ করে, যা ন্যাপথালিন বিপাকের একটি উদ্দীপক এবং স্যালিসাইলেট ১-হাইড্রোক্সিলেজ ব্যবহার করে এটিকে ডিকার্বক্সিলেশন করে ক্যাটেকোলে পরিণত করে (গিবসন ও সুব্রামানিয়ান, ১৯৮৪)। অপরদিকে, গ্রাম-পজিটিভ ব্যাকটেরিয়া (রোডোকক্কাস)-তে স্যালিসাইলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে, অপরদিকে ন্যাপথালিন জিনের ট্রান্সক্রিপশনের উপর স্যালিসাইলিক অ্যাসিডের কোনো আবশ্যিক প্রভাব নেই (গ্রান্ড এট আল., ১৯৯২) (চিত্র ৩)।
জানা গেছে যে Pseudomonas CSV86, Oceanobacterium NCE312, Marinhomonas naphthotrophicus, Sphingomonas paucimobilis 2322, Vibrio cyclotrophus, Pseudomonas fluorescens LP6a, Pseudomonas এবং Mycobacterium প্রজাতির মতো কিছু প্রজাতি মনোমিথাইলন্যাপথালিন বা ডাইমিথাইলন্যাপথালিনকে বিয়োজিত করতে পারে (Dean-Raymond and Bartha, 1975; Cane and Williams, 1982; Mahajan et al., 1994; Dutta et al., 1998; Hedlund et al., 1999)। এদের মধ্যে, Pseudomonas sp. CSV86-এর ১-মিথাইলন্যাপথালিন এবং ২-মিথাইলন্যাপথালিন বিয়োজন পথটি জৈব-রাসায়নিক এবং এনজাইমীয় পর্যায়ে স্পষ্টভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে (Mahajan et al., 1994)। ১-মিথাইলন্যাপথালিন দুটি পথে বিপাকিত হয়। প্রথমত, অ্যারোমেটিক রিং (মিথাইলন্যাপথালিনের প্রতিস্থাপনবিহীন রিং) হাইড্রোক্সিলেটেড হয়ে সিস-১,২-ডাইহাইড্রোক্সি-১,২-ডাইহাইড্রো-৮-মিথাইলন্যাপথালিন গঠন করে, যা পরবর্তীতে জারিত হয়ে মিথাইল স্যালিসাইলেট এবং মিথাইলক্যাটেকল তৈরি করে এবং রিং বিভাজনের পর কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)। এই পথটিকে “কার্বন উৎস পথ” বলা হয়। দ্বিতীয় “বিষমুক্তকরণ পথে”, মিথাইল গ্রুপটি NDO দ্বারা হাইড্রোক্সিলেটেড হয়ে ১-হাইড্রোক্সিমিথাইলন্যাপথালিন গঠন করতে পারে, যা পরবর্তীতে জারিত হয়ে ১-ন্যাফথোইক অ্যাসিডে পরিণত হয় এবং একটি ডেড-এন্ড প্রোডাক্ট হিসেবে কালচার মিডিয়ামে নিঃসৃত হয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে, CSV86 স্ট্রেইনটি একমাত্র কার্বন ও শক্তির উৎস হিসেবে ১- এবং ২-ন্যাফথোইক অ্যাসিড ব্যবহার করে বৃদ্ধি পেতে অক্ষম, যা এর বিষমুক্তকরণ পথকে নিশ্চিত করে (মহাজন প্রমুখ, ১৯৯৪; বসু প্রমুখ, ২০০৩)। ২-মিথাইলন্যাপথালিনে, হাইড্রোক্সিলেজ এনজাইমের মাধ্যমে মিথাইল গ্রুপটির হাইড্রোক্সিলেশন ঘটে এবং এর ফলে ২-হাইড্রোক্সিমিথাইলন্যাপথালিন গঠিত হয়। এছাড়াও, ন্যাফথালিন বলয়ের প্রতিস্থাপনবিহীন রিংটির রিং হাইড্রোক্সিলেশন ঘটে একটি ডাইহাইড্রোডায়োল তৈরি হয়, যা একাধিক এনজাইম-অনুঘটকীয় বিক্রিয়ার মাধ্যমে জারিত হয়ে ৪-হাইড্রোক্সিমিথাইলক্যাটেকলে পরিণত হয় এবং মেটা-রিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে। একইভাবে, S. paucimobilis 2322 নামক স্ট্রেইনটি ২-মিথাইলন্যাপথালিনকে হাইড্রোক্সিলেট করার জন্য NDO ব্যবহার করে বলে জানা গেছে, যা পরবর্তীতে জারিত হয়ে মিথাইল স্যালিসাইলেট এবং মিথাইলক্যাটেকল গঠন করে (দত্ত প্রমুখ, ১৯৯৮)।
ন্যাফথোইক অ্যাসিড (প্রতিস্থাপিত/অপ্রতিস্থাপিত) হলো মিথাইলন্যাপথালিন, ফিনানথ্রিন এবং অ্যানথ্রাসিনের অবক্ষয়ের সময় গঠিত বিষমুক্তকরণ/জৈব রূপান্তরের উপজাত, যা ব্যবহৃত কালচার মাধ্যমে নির্গত হয়। জানা গেছে যে, মাটি থেকে পৃথকীকৃত স্টেনোট্রোফোমোনাস মাল্টোফিলিয়া CSV89 ১-ন্যাফথোইক অ্যাসিডকে কার্বন উৎস হিসেবে বিপাক করতে সক্ষম (Phale et al., 1995)। এই বিপাক প্রক্রিয়া শুরু হয় অ্যারোমেটিক বলয়ের ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের মাধ্যমে, যা ১,২-ডাইহাইড্রোক্সি-৮-কার্বক্সিন্যাফথালিন তৈরি করে। ফলস্বরূপ ডাইঅলটি ২-হাইড্রোক্সি-৩-কার্বক্সিবেঞ্জিলিডিনপাইরুভেট, ৩-ফর্মাইলস্যালিসাইলিক অ্যাসিড, ২-হাইড্রোক্সিআইসোফথালিক অ্যাসিড এবং স্যালিসাইলিক অ্যাসিডের মধ্য দিয়ে জারিত হয়ে ক্যাটেকলে পরিণত হয় এবং মেটা-রিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)।
কার্বারিল হলো একটি ন্যাপথাইল কার্বামেট কীটনাশক। ১৯৭০-এর দশকে ভারতে সবুজ বিপ্লবের পর থেকে, রাসায়নিক সার ও কীটনাশকের ব্যবহারের ফলে কৃষি-সংক্রান্ত বিভিন্ন উৎস থেকে পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH) নির্গমন বৃদ্ধি পেয়েছে (পিঙ্গালি, ২০১২; দত্তগুপ্ত প্রমুখ, ২০২০)। ভারতে মোট আবাদি জমির আনুমানিক ৫৫% (৮৫,৭২২,০০০ হেক্টর) রাসায়নিক কীটনাশক দ্বারা শোধন করা হয়। গত পাঁচ বছরে (২০১৫-২০২০), ভারতীয় কৃষি খাতে বার্ষিক গড়ে ৫৫,০০০ থেকে ৬০,০০০ টন কীটনাশক ব্যবহৃত হয়েছে (সমবায় ও কৃষক কল্যাণ বিভাগ, কৃষি মন্ত্রণালয়, ভারত সরকার, আগস্ট ২০২০)। উত্তর ও মধ্য গাঙ্গেয় সমভূমিতে (যে রাজ্যগুলিতে জনসংখ্যা ও জনঘনত্ব সর্বোচ্চ), ফসলে কীটনাশকের ব্যবহার ব্যাপক, যেখানে কীটনাশকের ব্যবহারই প্রধান। কার্বারিল (১-ন্যাফথাইল-এন-মিথাইলকার্বামেট) হলো একটি ব্রড-স্পেকট্রাম, মাঝারি থেকে উচ্চ বিষাক্ত কার্বামেট কীটনাশক যা ভারতীয় কৃষিতে গড়ে ১০০-১১০ টন হারে ব্যবহৃত হয়। এটি সাধারণত সেভিন ট্রেড নামে বিক্রি হয় এবং বিভিন্ন ফসলের (ভুট্টা, সয়াবিন, তুলা, ফল ও সবজি) ক্ষতিকারক পোকামাকড় (জাবপোকা, লাল পিঁপড়া, মাছি, মাকড়সা এবং অন্যান্য অনেক বহিরাঙ্গনের কীট) নিয়ন্ত্রণে ব্যবহৃত হয়। কিছু অণুজীব যেমন সিউডোমোনাস (NCIB 12042, 12043, C4, C5, C6, C7, Pseudomonas putida XWY-1), রোডোকক্কাস (NCIB 12038), স্ফিঙ্গোব্যাকটেরিয়াম এসপিপি. (CF06), বার্কহোল্ডেরিয়া (C3), মাইক্রোকক্কাস এবং আর্থ্রোব্যাকটারও অন্যান্য কীট নিয়ন্ত্রণে ব্যবহার করা যেতে পারে। জানা গেছে যে RC100 কার্বারিলকে ভেঙে ফেলতে পারে (Larkin and Day, 1986; Chapalamadugu and Chaudhry, 1991; Hayatsu et al., 1999; Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2017)। Pseudomonas sp. স্ট্রেইন C4, C5 এবং C6-এর মৃত্তিকা থেকে বিচ্ছিন্ন নমুনায় কার্বারিলের ভাঙন প্রক্রিয়াটি জৈব-রাসায়নিক, এনজাইমেটিক এবং জিনগত স্তরে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে (Swetha and Phale, 2005; Trivedi et al., 2016) (চিত্র ৩)। এই বিপাকীয় প্রক্রিয়াটি কার্বারিল হাইড্রোলেজ (CH) দ্বারা এস্টার বন্ধনীর হাইড্রোলাইসিসের মাধ্যমে শুরু হয়, যার ফলে ১-ন্যাফথল, মিথাইলঅ্যামিন এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড তৈরি হয়। এরপর ১-ন্যাফথল হাইড্রোক্সিলেজ (১-NH) দ্বারা ১-ন্যাফথল ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাফথালিনে রূপান্তরিত হয়, যা পরবর্তীতে স্যালিসাইলেট এবং জেন্টিসেটের মাধ্যমে সেন্ট্রাল কার্বন পাথওয়েতে বিপাকিত হয়। কিছু কার্বারিল-বিয়োজক ব্যাকটেরিয়া ক্যাটেকল অর্থো রিং-এর বিভাজনের মাধ্যমে এটিকে স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে বিপাক করে বলে জানা গেছে (লার্কিন ও ডে, ১৯৮৬; চাপালামাদুগু ও চৌধুরী, ১৯৯১)। উল্লেখযোগ্যভাবে, ন্যাফথালিন-বিয়োজক ব্যাকটেরিয়া প্রধানত ক্যাটেকল পাথওয়ের মাধ্যমে স্যালিসাইলিক অ্যাসিড বিপাক করে, যেখানে কার্বারিল-বিয়োজক ব্যাকটেরিয়া জেন্টিসেট পাথওয়ের মাধ্যমে স্যালিসাইলিক অ্যাসিড বিপাক করতে পছন্দ করে।
ন্যাপথালিনসালফোনিক অ্যাসিড/ডাইসালফোনিক অ্যাসিড এবং ন্যাপথাইলঅ্যামাইনসালফোনিক অ্যাসিড ডেরিভেটিভসমূহ অ্যাজো ডাই, ওয়েটিং এজেন্ট, ডিসপারসেন্ট ইত্যাদি উৎপাদনে মধ্যবর্তী যৌগ হিসেবে ব্যবহৃত হতে পারে। যদিও এই যৌগগুলো মানুষের জন্য স্বল্প বিষাক্ত, সাইটোটক্সিসিটি মূল্যায়নে দেখা গেছে যে এগুলো মাছ, ড্যাফনিয়া এবং শৈবালের জন্য প্রাণঘাতী (গ্রেইম এট আল., ১৯৯৪)। সিউডোমোনাস (Pseudomonas) গণের প্রতিনিধিরা (স্ট্রেইন A3, C22) সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপযুক্ত অ্যারোমেটিক রিং-এর ডাবল হাইড্রক্সিলেশনের মাধ্যমে মেটাবলিজম শুরু করে বলে জানা গেছে, যা একটি ডাইহাইড্রোডাইওল তৈরি করে এবং পরবর্তীতে সালফাইট গ্রুপের স্বতঃস্ফূর্ত বিভাজনের মাধ্যমে ১,২-ডাইহাইড্রক্সিন্যাপথালিনে রূপান্তরিত হয় (ব্রিলন এট আল., ১৯৮১)। ফলস্বরূপ প্রাপ্ত ১,২-ডাইহাইড্রক্সিন্যাপথালিন ক্লাসিক্যাল ন্যাপথালিন পথ, অর্থাৎ ক্যাটেকল বা জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে ক্যাটাবোলাইজড হয় (চিত্র ৪)। দেখা গেছে যে অ্যামিনোন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিড এবং হাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিড পরিপূরক ক্যাটাবলিক পথসহ মিশ্র ব্যাকটেরিয়াল কনসোর্টিয়া দ্বারা সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত হতে পারে (নর্টেম্যান এট আল., ১৯৮৬)। দেখা গেছে যে কনসোর্টিয়ার একটি সদস্য ১,২-ডাইঅক্সিজেনেশনের মাধ্যমে অ্যামিনোন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিড বা হাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিনসালফোনিক অ্যাসিডকে ডি-সালফিউরাইজ করে, যেখানে অ্যামিনোস্যালিসাইলেট বা হাইড্রোক্সিস্যালিসাইলেট একটি ডেড-এন্ড মেটাবোলাইট হিসাবে কালচার মিডিয়ামে নির্গত হয় এবং পরবর্তীতে কনসোর্টিয়ার অন্যান্য সদস্যরা তা গ্রহণ করে। ন্যাপথ্যালিনডাইসালফোনিক অ্যাসিড তুলনামূলকভাবে পোলার কিন্তু সহজে বায়োডিগ্রেডেবল নয় এবং তাই এটি বিভিন্ন পথের মাধ্যমে মেটাবলাইজড হতে পারে। প্রথম ডি-সালফিউরাইজেশনটি অ্যারোমেটিক রিং এবং সালফোনিক অ্যাসিড গ্রুপের রিজিওসিলেক্টিভ ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের সময় ঘটে; স্যালিসাইলিক অ্যাসিড ৫-হাইড্রোক্সিলেজ দ্বারা ৫-সালফোস্যালিসাইলিক অ্যাসিডের হাইড্রোক্সিলেশনের সময় দ্বিতীয় ডিসালফারাইজেশন ঘটে, যার ফলে জেন্টিসিক অ্যাসিড তৈরি হয় এবং এটি সেন্ট্রাল কার্বন পাথওয়েতে প্রবেশ করে (ব্রিলন এট আল., ১৯৮১) (চিত্র ৪)। ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের জন্য দায়ী এনজাইমগুলো ন্যাপথালিন সালফোনেট বিপাকের জন্যও দায়ী (ব্রিলন এট আল., ১৯৮১; কেক এট আল., ২০০৬)।
চিত্র ৪। ন্যাপথালিন সালফোনেট অবক্ষয়ের বিপাকীয় পথসমূহ। বৃত্তগুলোর ভেতরের সংখ্যাগুলো ন্যাপথাইল সালফোনেট বিপাকের জন্য দায়ী এনজাইমগুলোকে নির্দেশ করে, যা চিত্র ৩-এ বর্ণিত এনজাইমগুলোর অনুরূপ/অভিন্ন।
কম আণবিক ওজনের পিএএইচ (LMW-PAHs) হলো বিজারণযোগ্য, হাইড্রোফোবিক এবং স্বল্প দ্রবণীয়, এবং তাই প্রাকৃতিক ভাঙ্গন/অবক্ষয়ের জন্য সংবেদনশীল নয়। তবে, বায়বীয় অণুজীব আণবিক অক্সিজেন (O2) শোষণ করে একে জারিত করতে সক্ষম। এই এনজাইমগুলো প্রধানত অক্সিডোরেডাক্টেজ শ্রেণীর অন্তর্গত এবং অ্যারোমেটিক রিং হাইড্রোক্সিলেশন (মনো- বা ডাইহাইড্রোক্সিলেশন), ডিহাইড্রোজেনেশন এবং অ্যারোমেটিক রিং বিভাজনের মতো বিভিন্ন বিক্রিয়া সম্পাদন করতে পারে। এই বিক্রিয়াগুলো থেকে প্রাপ্ত উৎপাদগুলো উচ্চতর জারণ অবস্থায় থাকে এবং কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মাধ্যমে আরও সহজে বিপাকিত হয় (Phale et al., 2020)। অবক্ষয় পথের এনজাইমগুলো ইন্ডুসিবেল বা প্রবর্তনযোগ্য বলে জানা গেছে। যখন কোষগুলো গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো সরল কার্বন উৎসে জন্মানো হয়, তখন এই এনজাইমগুলোর কার্যকলাপ খুব কম বা নগণ্য থাকে। সারণি ৩-এ ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলোর বিপাকের সাথে জড়িত বিভিন্ন এনজাইম (অক্সিজিনেজ, হাইড্রোলেজ, ডিহাইড্রোজিনেজ, অক্সিডেজ, ইত্যাদি) সংক্ষিপ্তভাবে তুলে ধরা হয়েছে।
সারণি ৩. ন্যাপথালিন ও এর উপজাতসমূহের বিয়োজনের জন্য দায়ী এনজাইমসমূহের জৈব-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য।
রেডিওআইসোটোপ গবেষণা (¹⁸O₂) থেকে দেখা গেছে যে, অক্সিজেনেস এনজাইমের মাধ্যমে অ্যারোমেটিক বলয়ে আণবিক O₂-এর সংযোজনই কোনো যৌগের পরবর্তী জৈব-অবক্ষয় সক্রিয় করার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ধাপ (হায়াইশি প্রমুখ, ১৯৫৫; মেসন প্রমুখ, ১৯৫৫)। আণবিক অক্সিজেন (O₂) থেকে একটি অক্সিজেন পরমাণু (O) সাবস্ট্রেটে যুক্ত হওয়ার প্রক্রিয়াটি অন্তঃস্থ বা বহিঃস্থ মনোঅক্সিজেনেস (যাদের হাইড্রোক্সিলেসও বলা হয়) দ্বারা শুরু হয়। আরেকটি অক্সিজেন পরমাণু বিজারিত হয়ে পানিতে পরিণত হয়। বহিঃস্থ মনোঅক্সিজেনেস NADH বা NADPH দ্বারা ফ্ল্যাভিনকে বিজারিত করে, অন্যদিকে অন্তঃস্থ মনোঅক্সিজেনেসের ক্ষেত্রে ফ্ল্যাভিন সাবস্ট্রেট দ্বারা বিজারিত হয়। হাইড্রোক্সিলেশনের অবস্থানের কারণে উৎপাদ গঠনে বৈচিত্র্য দেখা যায়। উদাহরণস্বরূপ, স্যালিসাইলেট ১-হাইড্রোক্সিলেস স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে C1 অবস্থানে হাইড্রোক্সিলেট করে ক্যাটেকল তৈরি করে। অপরদিকে, বহু-উপাদানবিশিষ্ট স্যালিসাইলেট ৫-হাইড্রোক্সিলেজ (যাতে রিডাক্টেজ, ফেরিডক্সিন এবং অক্সিজেনেস সাবইউনিট থাকে) স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে C5 অবস্থানে হাইড্রোক্সিলেট করে জেন্টিসিক অ্যাসিড গঠন করে (ইয়ামামোটো প্রমুখ, ১৯৬৫)।
ডাইঅক্সিজিনেজ সাবস্ট্রেটে দুটি O2 পরমাণু যুক্ত করে। উৎপন্ন পদার্থের উপর নির্ভর করে, এদেরকে রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজিনেজ এবং রিং ক্লিভিং ডাইঅক্সিজিনেজ—এই দুই ভাগে ভাগ করা হয়। রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজিনেজ অ্যারোমেটিক সাবস্ট্রেটকে সিস-ডাইহাইড্রোডায়োলে (যেমন, ন্যাপথালিন) রূপান্তরিত করে এবং ব্যাকটেরিয়ার মধ্যে এদের ব্যাপক উপস্থিতি দেখা যায়। এখন পর্যন্ত দেখা গেছে যে, রিং হাইড্রোক্সিলেটিং ডাইঅক্সিজিনেজযুক্ত জীব বিভিন্ন অ্যারোমেটিক কার্বন উৎসের উপর বৃদ্ধি পেতে সক্ষম, এবং এই এনজাইমগুলোকে NDO (ন্যাপথালিন), টলুইন ডাইঅক্সিজিনেজ (TDO, টলুইন) এবং বাইফিনাইল ডাইঅক্সিজিনেজ (BPDO, বাইফিনাইল) হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। NDO এবং BPDO উভয়ই বিভিন্ন পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের (টলুইন, নাইট্রোটলুইন, জাইলিন, ইথাইলবেনজিন, ন্যাপথালিন, বাইফিনাইল, ফ্লুরিন, ইন্ডোল, মিথাইলন্যাপথালিন, ন্যাপথালিনসালফোনেট, ফিনানথ্রিন, অ্যানথ্রাসিন, অ্যাসিটোফেনন, ইত্যাদি) দ্বৈত জারণ এবং পার্শ্ব শৃঙ্খল হাইড্রক্সিলেশনকে অনুঘটক করতে পারে (বয়েড ও শেল্ড্রেক, ১৯৯৮; ফালে প্রমুখ, ২০২০)। NDO একটি বহু-উপাদান ব্যবস্থা যা একটি অক্সিডোরেডাক্টেজ, একটি ফেরিডক্সিন এবং একটি সক্রিয় স্থান-যুক্ত অক্সিজেনেস উপাদান নিয়ে গঠিত (গিবসন ও সুব্রামনিয়ান, ১৯৮৪; রেসনিক প্রমুখ, ১৯৯৬)। NDO-এর অনুঘটকীয় এককটি একটি বৃহৎ α সাবইউনিট এবং একটি ক্ষুদ্র β সাবইউনিট নিয়ে গঠিত, যা একটি α3β3 বিন্যাসে সজ্জিত থাকে। NDO অক্সিজেনেস নামক একটি বৃহৎ পরিবারের অন্তর্গত এবং এর α-সাবইউনিটে একটি রিস্কে সাইট [2Fe-2S] ও একটি মনোনিউক্লিয়ার নন-হিম আয়রন থাকে, যা NDO-এর সাবস্ট্রেট স্পেসিফিসিটি নির্ধারণ করে (প্যারালেস এট আল., ১৯৯৮)। সাধারণত, একটি ক্যাটালিটিক চক্রে, পাইরিডিন নিউক্লিওটাইডের বিজারণ থেকে প্রাপ্ত দুটি ইলেকট্রন একটি রিডাক্টেজ, একটি ফেরিডক্সিন এবং একটি রিস্কে সাইটের মাধ্যমে সক্রিয় স্থানের Fe(II) আয়নে স্থানান্তরিত হয়। এই বিজারক সমতুল্যগুলো আণবিক অক্সিজেনকে সক্রিয় করে, যা সাবস্ট্রেটের ডাইহাইড্রোক্সিলেশনের জন্য একটি পূর্বশর্ত (ফেরারো এট আল., ২০০৫)। আজ পর্যন্ত, বিভিন্ন স্ট্রেইন থেকে মাত্র কয়েকটি NDO-কে বিশুদ্ধ করা হয়েছে এবং বিস্তারিতভাবে তাদের বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়েছে এবং ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের সাথে জড়িত পথগুলোর জেনেটিক নিয়ন্ত্রণ বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে (রেসনিক এট আল., ১৯৯৬; প্যারালেস এট আল., ১৯৯৮; কার্লসন এট আল., ২০০৩)। রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজিনেজ (এন্ডো- বা অর্থো-রিং-ক্লিভিং এনজাইম এবং এক্সোডাইওল- বা মেটা-রিং-ক্লিভিং এনজাইম) হাইড্রোক্সিলেটেড অ্যারোমেটিক যৌগের উপর কাজ করে। উদাহরণস্বরূপ, অর্থো-রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজিনেজ হলো ক্যাটেকল-১,২-ডাইঅক্সিজিনেজ, অপরদিকে মেটা-রিং-ক্লিভিং ডাইঅক্সিজিনেজ হলো ক্যাটেকল-২,৩-ডাইঅক্সিজিনেজ (কোজিমা প্রমুখ, ১৯৬১; নোজাকি প্রমুখ, ১৯৬৮)। বিভিন্ন অক্সিজেনেজ ছাড়াও, বিভিন্ন ডিহাইড্রোজিনেজ রয়েছে যা অ্যারোমেটিক ডাইহাইড্রোডাইওল, অ্যালকোহল এবং অ্যালডিহাইডের ডিহাইড্রোজিনেশনের জন্য দায়ী এবং ইলেকট্রন গ্রাহক হিসেবে NAD+/NADP+ ব্যবহার করে, যা বিপাকের সাথে জড়িত কিছু গুরুত্বপূর্ণ এনজাইম (গিবসন ও সুব্রামানিয়ান, ১৯৮৪; শ ও হারায়ামা, ১৯৯০; ফাহলে প্রমুখ, ২০২০)।
হাইড্রোলেস (এস্টারেস, অ্যামিডেস) এর মতো এনজাইমগুলি হলো দ্বিতীয় গুরুত্বপূর্ণ শ্রেণীর এনজাইম যা সমযোজী বন্ধন ভাঙতে জল ব্যবহার করে এবং বিস্তৃত সাবস্ট্রেট নির্দিষ্টতা প্রদর্শন করে। কার্বারিল হাইড্রোলেস এবং অন্যান্য হাইড্রোলেসগুলিকে গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়ার সদস্যদের পেরিপ্লাজম (ট্রান্সমেমব্রেন)-এর উপাদান হিসেবে বিবেচনা করা হয় (কামিনী এট আল., ২০১৮)। কার্বারিলে অ্যামাইড এবং এস্টার উভয় বন্ধনই থাকে; তাই, এটি এস্টারেস বা অ্যামিডেস দ্বারা হাইড্রোলাইজড হয়ে ১-ন্যাফথল তৈরি করতে পারে। রাইজোবিয়াম রাইজোবিয়াম স্ট্রেইন AC10023 এবং আর্থ্রোব্যাক্টার স্ট্রেইন RC100-এ কার্বারিল যথাক্রমে এস্টারেস এবং অ্যামিডেস হিসেবে কাজ করে বলে জানা গেছে। আর্থ্রোব্যাক্টার স্ট্রেইন RC100-এ কার্বারিল অ্যামিডেস হিসেবেও কাজ করে। দেখা গেছে যে RC100 চারটি এন-মিথাইলকার্বামেট শ্রেণীর কীটনাশক, যেমন কার্বারিল, মেথোমিল, মেফেনামিক অ্যাসিড এবং XMC-কে হাইড্রোলাইজ করে (হায়াৎসু প্রমুখ, ২০০১)। জানা গেছে যে সিউডোমোনাস স্প. C5pp-তে থাকা CH কার্বারিল (১০০% সক্রিয়তা) এবং ১-ন্যাফথাইল অ্যাসিটেট (৩৬% সক্রিয়তা)-এর উপর কাজ করতে পারে, কিন্তু ১-ন্যাফথাইলঅ্যাসিটামাইডের উপর নয়, যা নির্দেশ করে যে এটি একটি এস্টারেজ (ত্রিভেদী প্রমুখ, ২০১৬)।
জৈব-রাসায়নিক গবেষণা, এনজাইম নিয়ন্ত্রণের ধরণ এবং জিনগত বিশ্লেষণ থেকে দেখা গেছে যে ন্যাপথালিন অবক্ষয়কারী জিনগুলো দুটি প্ররোচনযোগ্য নিয়ন্ত্রক একক বা “অপেরন” নিয়ে গঠিত: nah (“আপস্ট্রিম পাথওয়ে”, যা ন্যাপথালিনকে স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে) এবং sal (“ডাউনস্ট্রিম পাথওয়ে”, যা স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে ক্যাটেকোলের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন পাথওয়েতে রূপান্তরিত করে)। স্যালিসাইলিক অ্যাসিড এবং এর সদৃশ যৌগগুলো প্ররোচক হিসেবে কাজ করতে পারে (শামসুজ্জামান ও বার্নসলি, ১৯৭৪)। গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের উপস্থিতিতে অপেরনটি দমন করা হয়। চিত্র ৫-এ ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের সম্পূর্ণ জিনগত বিন্যাস (অপেরন আকারে) দেখানো হয়েছে। nah জিনের বেশ কয়েকটি নামযুক্ত রূপ/আকৃতি (ndo/pah/dox) বর্ণনা করা হয়েছে এবং দেখা গেছে যে সমস্ত সিউডোমোনাস প্রজাতির মধ্যে এদের উচ্চ ক্রম সাদৃশ্য (৯০%) রয়েছে (আব্বাসিয়ান প্রমুখ, ২০১৬)। ন্যাপথালিন আপস্ট্রিম পাথওয়ের জিনগুলো সাধারণত একটি সমন্বিত ক্রমে সাজানো থাকে, যেমনটি চিত্র ৫ক-তে দেখানো হয়েছে। nahQ নামক আরেকটি জিনও ন্যাপথালিন বিপাকের সাথে জড়িত বলে জানা গেছে এবং এটি সাধারণত nahC ও nahE-এর মধ্যে অবস্থিত ছিল, কিন্তু এর প্রকৃত কার্যকারিতা এখনও স্পষ্ট করা বাকি। একইভাবে, ন্যাপথালিন-সংবেদনশীল কেমোট্যাক্সিসের জন্য দায়ী nahY জিনটি কিছু সদস্যের ক্ষেত্রে nah অপেরনের দূরবর্তী প্রান্তে পাওয়া গেছে। Ralstonia sp.-তে, গ্লুটাথায়ন এস-ট্রান্সফারেজ (gsh) এনকোডকারী U2 জিনটি nahAa ও nahAb-এর মধ্যে অবস্থিত পাওয়া গেছে, কিন্তু এটি ন্যাপথালিন ব্যবহারের বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করেনি (Zylstra et al., 1997)।
চিত্র ৫. ব্যাকটেরিয়া প্রজাতিসমূহের মধ্যে ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের সময় পরিলক্ষিত জিনগত গঠন ও বৈচিত্র্য; (A) উচ্চতর ন্যাপথালিন পথ, ন্যাপথালিনের বিপাকের মাধ্যমে স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে রূপান্তর; (B) নিম্নতর ন্যাপথালিন পথ, ক্যাটেকোলের মাধ্যমে স্যালিসাইলিক অ্যাসিড থেকে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে রূপান্তর; (C) জেন্টিসেটের মাধ্যমে স্যালিসাইলিক অ্যাসিড থেকে কেন্দ্রীয় কার্বন পথে রূপান্তর।
“নিম্নতর পথ” (sal অপেরন) সাধারণত nahGTHINLMOKJ দ্বারা গঠিত এবং এটি ক্যাটেকল মেটারিং ক্লিভেজ পথের মাধ্যমে স্যালিসাইলেটকে পাইরুভেট ও অ্যাসিটালডিহাইডে রূপান্তরিত করে। nahG জিনটি (যা স্যালিসাইলেট হাইড্রোক্সিলেজ এনকোড করে) অপেরনটির প্রক্সিমাল প্রান্তে সংরক্ষিত অবস্থায় পাওয়া গেছে (চিত্র ৫বি)। অন্যান্য ন্যাপথালিন-বিয়োজক স্ট্রেইনের তুলনায়, P. putida CSV86-এ nah এবং sal অপেরন দুটি ট্যান্ডেম এবং খুব ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত (প্রায় ৭.৫ কিলোবেস)। কিছু গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়া, যেমন Ralstonia sp. U2, Polaromonas naphthalenivorans CJ2, এবং P. putida AK5-এ, ন্যাপথালিন জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে (sgp/nag অপেরনের আকারে) একটি কেন্দ্রীয় কার্বন মেটাবোলাইট হিসেবে বিপাকিত হয়। জিন ক্যাসেটটি সাধারণত nagAaGHAbAcAdBFCQEDJI আকারে প্রকাশ করা হয়, যেখানে nagR (যা একটি LysR-ধরণের নিয়ন্ত্রক এনকোড করে) উপরের প্রান্তে অবস্থিত (চিত্র 5C)।
কার্বারিল ১-ন্যাফথল, ১,২-ডাইহাইড্রক্সিন্যাফথ্যালিন, স্যালিসাইলিক অ্যাসিড এবং জেন্টিসিক অ্যাসিডের বিপাকের মাধ্যমে কেন্দ্রীয় কার্বন চক্রে প্রবেশ করে (চিত্র ৩)। জিনগত এবং বিপাকীয় গবেষণার উপর ভিত্তি করে, এই পথটিকে “আপস্ট্রিম” (কার্বারিলের স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে রূপান্তর), “মিডল” (স্যালিসাইলিক অ্যাসিডের জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তর), এবং “ডাউনস্ট্রিম” (জেন্টিসিক অ্যাসিডের কেন্দ্রীয় কার্বন পথের মধ্যবর্তী পদার্থে রূপান্তর) - এই তিনটি ভাগে ভাগ করার প্রস্তাব করা হয়েছে (সিং প্রমুখ, ২০১৩)। C5pp-এর জিনোমিক বিশ্লেষণ (সুপারকন্টিগ A, ৭৬.৩ kb) থেকে দেখা যায় যে, mcbACBDEF জিনটি কার্বারিলকে স্যালিসাইলিক অ্যাসিডে রূপান্তরে, mcbIJKL জিনটি স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তরে এবং mcbOQP জিনটি জেন্টিসিক অ্যাসিডকে কেন্দ্রীয় কার্বন মধ্যবর্তী যৌগে (ফিউমারেট এবং পাইরুভেট, ত্রিবেদী প্রমুখ, ২০১৬) রূপান্তরে জড়িত (চিত্র ৬)।
জানা গেছে যে, অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের (ন্যাপথালিন এবং স্যালিসাইলিক অ্যাসিড সহ) অবক্ষয়ের সাথে জড়িত এনজাইমগুলি সংশ্লিষ্ট যৌগ দ্বারা উদ্দীপিত হতে পারে এবং গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো সাধারণ কার্বন উৎস দ্বারা বাধাপ্রাপ্ত হতে পারে (Shingler, 2003; Phale et al., 2019, 2020)। ন্যাপথালিন এবং এর ডেরিভেটিভগুলির বিভিন্ন বিপাকীয় পথের মধ্যে, ন্যাপথালিন এবং কার্বারিলের নিয়ন্ত্রক বৈশিষ্ট্যগুলি কিছুটা অধ্যয়ন করা হয়েছে। ন্যাপথালিনের ক্ষেত্রে, আপস্ট্রিম এবং ডাউনস্ট্রিম উভয় পথের জিনগুলি NahR দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা একটি LysR-ধরণের ট্রান্স-অ্যাক্টিং পজিটিভ রেগুলেটর। স্যালিসাইলিক অ্যাসিড দ্বারা nah জিনের উদ্দীপনা এবং এর পরবর্তী উচ্চ-স্তরের এক্সপ্রেশনের জন্য এটি প্রয়োজন (Yen and Gunsalus, 1982)। এছাড়াও, গবেষণায় দেখা গেছে যে ন্যাপথালিন বিপাকের ক্ষেত্রে জিনের ট্রান্সক্রিপশনাল অ্যাক্টিভেশনের জন্য ইন্টিগ্রেটিভ হোস্ট ফ্যাক্টর (IHF) এবং XylR (সিগমা ৫৪-নির্ভর ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর) অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ (Ramos et al., 1997)। গবেষণায় দেখা গেছে যে ক্যাটেকল মেটা-রিং ওপেনিং পাথওয়ের এনজাইম, বিশেষত ক্যাটেকল ২,৩-ডাইঅক্সিজিনেজ, ন্যাপথালিন এবং/অথবা স্যালিসাইলিক অ্যাসিডের উপস্থিতিতে ইন্ডুসড হয় (Basu et al., 2006)। গবেষণায় আরও দেখা গেছে যে ক্যাটেকল অর্থো-রিং ওপেনিং পাথওয়ের এনজাইম, বিশেষত ক্যাটেকল ১,২-ডাইঅক্সিজিনেজ, বেনজোয়িক অ্যাসিড এবং সিস,সিস-মিউকোনেটের উপস্থিতিতে ইন্ডুসড হয় (Parsek et al., 1994; Tover et al., 2001)।
C5pp স্ট্রেইনে, mcbG, mcbH, mcbN, mcbR এবং mcbS—এই পাঁচটি জিন কার্বারিল অবক্ষয় নিয়ন্ত্রণের জন্য দায়ী LysR/TetR পরিবারের ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর এনকোড করে। সমজাতীয় জিন mcbG-কে বার্কহোল্ডেরিয়া RP00725-এর ফিনানথ্রিন মেটাবলিজমে জড়িত LysR-টাইপ রেগুলেটর PhnS-এর (৫৮% অ্যামিনো অ্যাসিড আইডেন্টিটি) সাথে সবচেয়ে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত বলে পাওয়া গেছে (ত্রিভেদী এট আল., ২০১৬)। mcbH জিনটি ইন্টারমিডিয়েট পাথওয়েতে (স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে জেন্টিসিক অ্যাসিডে রূপান্তর) জড়িত বলে পাওয়া গেছে এবং এটি সিউডোমোনাস ও বার্কহোল্ডেরিয়ার LysR-টাইপ ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর NagR/DntR/NahR-এর অন্তর্গত। এই পরিবারের সদস্যরা অবক্ষয়কারী জিনগুলোকে প্ররোচিত করার জন্য স্যালিসাইলিক অ্যাসিডকে একটি নির্দিষ্ট ইফেক্টর অণু হিসেবে শনাক্ত করে বলে জানা গেছে। অন্যদিকে, ডাউনস্ট্রিম পাথওয়েতে (জেন্টিসেট-সেন্ট্রাল কার্বন পাথওয়ে মেটাবোলাইটস) LysR এবং TetR ধরনের ট্রান্সক্রিপশনাল রেগুলেটর অন্তর্গত mcbN, mcbR এবং mcbS নামক তিনটি জিন শনাক্ত করা হয়েছিল।
প্রোক্যারিওটদের ক্ষেত্রে, প্লাজমিড, ট্রান্সপোজন, প্রোফাজ, জিনোমিক আইল্যান্ড এবং ইন্টিগ্রেটিভ কনজুগেটিভ এলিমেন্টস (ICE)-এর মাধ্যমে হরাইজন্টাল জিন ট্রান্সফার প্রক্রিয়া (অধিগ্রহণ, বিনিময় বা স্থানান্তর) ব্যাকটেরিয়ার জিনোমের প্লাস্টিসিটির প্রধান কারণ, যা নির্দিষ্ট কার্যকারিতা/বৈশিষ্ট্যের অর্জন বা ক্ষতির দিকে পরিচালিত করে। এটি ব্যাকটেরিয়াকে বিভিন্ন পরিবেশগত অবস্থার সাথে দ্রুত খাপ খাইয়ে নিতে সাহায্য করে এবং পোষককে সম্ভাব্য অভিযোজনমূলক বিপাকীয় সুবিধা প্রদান করে, যেমন অ্যারোমেটিক যৌগের অবক্ষয়। বিপাকীয় পরিবর্তনগুলি প্রায়শই ডিগ্রেডেশন অপেরন, তাদের নিয়ন্ত্রক প্রক্রিয়া এবং এনজাইমের নির্দিষ্টতার সূক্ষ্ম সমন্বয়ের মাধ্যমে সাধিত হয়, যা আরও বিস্তৃত পরিসরের অ্যারোমেটিক যৌগের অবক্ষয়কে সহজতর করে (নোজিরি এট আল., ২০০৪; ফালে এট আল., ২০১৯, ২০২০)। ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের জন্য জিন ক্যাসেটগুলি বিভিন্ন ধরণের মোবাইল এলিমেন্টে অবস্থিত থাকতে দেখা গেছে, যেমন প্লাজমিড (কনজুগেটিভ এবং নন-কনজুগেটিভ), ট্রান্সপোজন, জিনোম, ICE এবং বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া প্রজাতির সংমিশ্রণ (চিত্র ৫)। সিউডোমোনাস G7-এ, NAH7 প্লাজমিডের nah এবং sal অপেরনগুলো একই দিকে প্রতিলিপিত হয় এবং একটি ত্রুটিপূর্ণ ট্রান্সপোসনের অংশ, যার সচলতার জন্য ট্রান্সপোসেজ Tn4653 প্রয়োজন হয় (সোটা এট আল., ২০০৬)। সিউডোমোনাস স্ট্রেইন NCIB9816-4-এ, জিনটি pDTG1 নামক কনজুগেটিভ প্লাজমিডে দুটি অপেরন (প্রায় ১৫ কিলোবেস দূরে) হিসেবে পাওয়া গিয়েছিল, যেগুলো বিপরীত দিকে প্রতিলিপিত হয়েছিল (ডেনিস এবং জাইলস্ট্রা, ২০০৪)। সিউডোমোনাস পুটিডা স্ট্রেইন AK5-এ, pAK5 নামক নন-কনজুগেটিভ প্লাজমিডটি জেন্টিসেট পথের মাধ্যমে ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের জন্য দায়ী এনজাইমকে এনকোড করে (ইজমালকোভা এট আল., ২০১৩)। সিউডোমোনাস স্ট্রেইন PMD-1-এ, nah অপেরনটি ক্রোমোজোমে অবস্থিত, অপরদিকে sal অপেরনটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড pMWD-1-এ অবস্থিত (জুনিগা এট আল., ১৯৮১)। তবে, সিউডোমোনাস স্টুটজেরি AN10-এ, ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের সমস্ত জিন (nah এবং sal অপেরন) ক্রোমোজোমে অবস্থিত এবং সম্ভবত ট্রান্সপোজিশন, রিকম্বিনেশন এবং রিঅ্যারেঞ্জমেন্ট প্রক্রিয়ার মাধ্যমে যুক্ত হয় (বশ এট আল., ২০০০)। সিউডোমোনাস স্প. CSV86-এ, nah এবং sal অপেরনগুলো জিনোমে ICE (ICECSV86) আকারে অবস্থিত। এই গঠনটি tRNAGly দ্বারা সুরক্ষিত, যার পরে রিকম্বিনেশন/সংযুক্তি স্থান (attR এবং attL) নির্দেশক ডিরেক্ট রিপিট এবং tRNAGly-এর উভয় প্রান্তে অবস্থিত একটি ফাজ-সদৃশ ইন্টিগ্রেজের উপস্থিতি থাকে। ফলে, এটি গঠনগতভাবে ICEclc এলিমেন্টের (ক্লোরোক্যাটেকল অবক্ষয়ের জন্য Pseudomonas knackmusii-তে ICEclcB13) অনুরূপ। জানা গেছে যে, ICE-তে থাকা জিনগুলো অত্যন্ত কম স্থানান্তর হার (10-8) সহ কনজুগেশনের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হতে পারে, যার ফলে প্রাপকের মধ্যে অবক্ষয় বৈশিষ্ট্য স্থানান্তরিত হয় (Basu and Phale, 2008; Phale et al., 2019)।
কার্বারিল অবক্ষয়ের জন্য দায়ী বেশিরভাগ জিন প্লাজমিডে অবস্থিত। আর্থ্রোব্যাক্টার স্পিসিস RC100-এ তিনটি প্লাজমিড (pRC1, pRC2 এবং pRC300) থাকে, যার মধ্যে দুটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড, pRC1 এবং pRC2, কার্বারিলকে জেন্টিসেটে রূপান্তরকারী এনজাইম এনকোড করে। অন্যদিকে, জেন্টিসেটকে কেন্দ্রীয় কার্বন মেটাবোলাইটে রূপান্তরকারী এনজাইমগুলো ক্রোমোজোমে অবস্থিত (হায়াৎসু এট আল., ১৯৯৯)। রাইজোবিয়াম গণের ব্যাকটেরিয়া। কার্বারিলকে ১-ন্যাফথলে রূপান্তরের জন্য ব্যবহৃত স্ট্রেইন AC100-এ pAC200 প্লাজমিড থাকে, যা Tnceh ট্রান্সপোসনের অংশ হিসেবে CH এনকোডকারী cehA জিন বহন করে এবং এটি ইনসারশন এলিমেন্ট-সদৃশ সিকোয়েন্স (istA এবং istB) দ্বারা পরিবেষ্টিত থাকে (হাশিমোতো এট আল., ২০০২)। স্পিংগোমোনাস স্ট্রেইন CF06-এ, কার্বারিল অবক্ষয়কারী জিনটি পাঁচটি প্লাজমিডে উপস্থিত বলে মনে করা হয়: pCF01, pCF02, pCF03, pCF04, এবং pCF05। এই প্লাজমিডগুলির ডিএনএ হোমোলজি উচ্চ, যা একটি জিন ডুপ্লিকেশন ঘটনার অস্তিত্ব নির্দেশ করে (ফেং এট আল., ১৯৯৭)। দুটি সিউডোমোনাস প্রজাতি দ্বারা গঠিত একটি কার্বারিল-অবক্ষয়কারী সিম্বায়োন্টে, স্ট্রেইন ৫০৫৮১-এ একটি কনজুগেটিভ প্লাজমিড pCD1 (৫০ কেবি) থাকে যা mcd কার্বারিল হাইড্রোলেজ জিন এনকোড করে, যেখানে স্ট্রেইন ৫০৫৫২-এর কনজুগেটিভ প্লাজমিডটি একটি ১-ন্যাফথল-অবক্ষয়কারী এনজাইম এনকোড করে (চাপালামাদুগু এবং চৌধুরী, ১৯৯১)। অ্যাক্রোমোব্যাক্টার স্ট্রেইন WM111-এ, mcd ফুরাডান হাইড্রোলেজ জিনটি একটি ১০০ কেবি প্লাজমিডে (pPDL11) অবস্থিত। এই জিনটি বিভিন্ন ভৌগোলিক অঞ্চলের বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়ার মধ্যে বিভিন্ন প্লাজমিডে (১০০, ১০৫, ১১৫ বা ১২৪ কেবি) উপস্থিত থাকতে দেখা গেছে (পারেখ প্রমুখ, ১৯৯৫)। সিউডোমোনাস স্প. C5pp-তে, কার্বারিল অবক্ষয়ের জন্য দায়ী সমস্ত জিন ৭৬.৩ কেবি সিকোয়েন্স জুড়ে বিস্তৃত একটি জিনোমে অবস্থিত (ত্রিভেদী প্রমুখ, ২০১৬)। জিনোম বিশ্লেষণে (৬.১৫ এমবি) ৪২টি MGE এবং ৩৬টি GEI-এর উপস্থিতি প্রকাশ পেয়েছে, যার মধ্যে ১৭টি MGE সুপারকন্টিগ A (৭৬.৩ কেবি)-তে অবস্থিত ছিল এবং এগুলোর গড় অপ্রতিসম G+C পরিমাণ ছিল (৫৪-৬০ মোল%), যা সম্ভাব্য হরাইজন্টাল জিন ট্রান্সফার ঘটনার ইঙ্গিত দেয় (ত্রিভেদী প্রমুখ, ২০১৬)। পি. পুটিডা XWY-1 কার্বারিল-অবক্ষয়কারী জিনগুলোর একটি অনুরূপ বিন্যাস প্রদর্শন করে, কিন্তু এই জিনগুলো একটি প্লাজমিডে অবস্থিত (ঝু প্রমুখ, ২০১৯)।
জৈব-রাসায়নিক এবং জিনোমিক স্তরে বিপাকীয় দক্ষতার পাশাপাশি, অণুজীবগুলি অন্যান্য বৈশিষ্ট্য বা প্রতিক্রিয়াও প্রদর্শন করে, যেমন কেমোট্যাক্সিস, কোষ পৃষ্ঠের পরিবর্তন বৈশিষ্ট্য, বিভাজন, অগ্রাধিকারমূলক ব্যবহার, বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট উৎপাদন ইত্যাদি, যা তাদের দূষিত পরিবেশে অ্যারোমেটিক দূষকগুলিকে আরও দক্ষতার সাথে বিপাক করতে সহায়তা করে (চিত্র ৭)।
চিত্র ৭। বহিরাগত দূষণকারী যৌগসমূহের কার্যকর জৈব-অবক্ষয়ের জন্য আদর্শ অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন-অবক্ষয়কারী ব্যাকটেরিয়ার বিভিন্ন কোষীয় সাড়াদান কৌশল।
অসমসত্ত্বভাবে দূষিত বাস্তুতন্ত্রে জৈব দূষকের অবক্ষয় বৃদ্ধিকারী উপাদান হিসেবে কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়াগুলোকে বিবেচনা করা হয়। (২০০২) দেখিয়েছিল যে, জলজ ব্যবস্থায় ন্যাপথালিনের প্রতি সিউডোমোনাস স্প. G7-এর কেমোট্যাক্সিস ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের হার বাড়িয়ে দেয়। ওয়াইল্ড-টাইপ স্ট্রেইন G7 একটি কেমোট্যাক্সিস-বিহীন মিউট্যান্ট স্ট্রেইনের চেয়ে অনেক দ্রুত ন্যাপথালিন অবক্ষয় করে। NahY প্রোটিনটি (মেমব্রেন টপোলজি সহ ৫৩৮টি অ্যামিনো অ্যাসিড) NAH7 প্লাজমিডে মেটাক্লিভেজ পাথওয়ে জিনের সাথে সহ-অনুলিখিত হতে দেখা গেছে, এবং কেমোট্যাক্সিস ট্রান্সডিউসারের মতো, এই প্রোটিনটি ন্যাপথালিন অবক্ষয়ের জন্য একটি কেমোরিসেপ্টর হিসেবে কাজ করে বলে মনে হয় (গ্রিম এবং হারউড ১৯৯৭)। হ্যানসেল এট আল. (২০০৯)-এর আরেকটি গবেষণায় দেখা গেছে যে প্রোটিনটি কেমোট্যাকটিক, কিন্তু এর অবক্ষয়ের হার বেশি। (২০১১) গ্যাসীয় ন্যাপথালিনের প্রতি সিউডোমোনাস (পি. পুটিডা)-এর একটি কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়া প্রদর্শন করেন, যেখানে গ্যাসীয় দশার ব্যাপনের ফলে কোষগুলিতে ন্যাপথালিনের একটি স্থির প্রবাহ সৃষ্টি হয়, যা কোষগুলির কেমোট্যাকটিক প্রতিক্রিয়াকে নিয়ন্ত্রণ করে। গবেষকরা এই কেমোট্যাকটিক আচরণকে কাজে লাগিয়ে এমন অণুজীব তৈরি করেন যা অবক্ষয়ের হারকে বৃদ্ধি করবে। গবেষণায় দেখা গেছে যে কেমোসেন্সরি পথগুলি কোষ বিভাজন, কোষ চক্র নিয়ন্ত্রণ এবং বায়োফিল্ম গঠনের মতো অন্যান্য কোষীয় কার্যাবলীও নিয়ন্ত্রণ করে, যার ফলে অবক্ষয়ের হার নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করে। তবে, কার্যকর অবক্ষয়ের জন্য এই বৈশিষ্ট্যকে (কেমোট্যাক্সিস) কাজে লাগানোর ক্ষেত্রে বেশ কিছু প্রতিবন্ধকতা রয়েছে। প্রধান বাধাগুলি হলো: (ক) বিভিন্ন প্যারালোগাস রিসেপ্টর একই যৌগ/লিগ্যান্ডকে শনাক্ত করে; (খ) বিকল্প রিসেপ্টরের অস্তিত্ব, অর্থাৎ, এনার্জেটিক ট্রপিজম; (গ) একই রিসেপ্টর পরিবারের সংবেদী ডোমেইনগুলির মধ্যে উল্লেখযোগ্য সিকোয়েন্সগত পার্থক্য; এবং (ঘ) প্রধান ব্যাকটেরিয়াল সেন্সর প্রোটিন সম্পর্কে তথ্যের অভাব (অর্তেগা এট আল., ২০১৭; মার্টিন-মোরা এট আল., ২০১৮)। কখনও কখনও, অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের জৈব-অবক্ষয়ের ফলে একাধিক মেটাবোলাইট/মধ্যবর্তী পদার্থ উৎপন্ন হয়, যা একদল ব্যাকটেরিয়ার জন্য কেমোট্যাকটিক হলেও অন্যদের জন্য বিকর্ষক হতে পারে, যা প্রক্রিয়াটিকে আরও জটিল করে তোলে। রাসায়নিক রিসেপ্টরের সাথে লিগ্যান্ডের (অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন) মিথস্ক্রিয়া শনাক্ত করার জন্য, আমরা সিউডোমোনাস পুটিডা এবং এসচেরিকিয়া কোলাই-এর সেন্সর এবং সিগন্যালিং ডোমেনগুলিকে ফিউজ করে হাইব্রিড সেন্সর প্রোটিন (PcaY, McfR, এবং NahY) তৈরি করেছি, যা যথাক্রমে অ্যারোমেটিক অ্যাসিড, টিসিএ মধ্যবর্তী পদার্থ এবং ন্যাপথালিনের রিসেপ্টরকে লক্ষ্য করে (Luu et al., 2019)।
ন্যাপথালিন এবং অন্যান্য পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (PAH)-এর প্রভাবে ব্যাকটেরিয়ার ঝিল্লির গঠন এবং অণুজীবের অখণ্ডতায় উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন ঘটে। গবেষণায় দেখা গেছে যে, ন্যাপথালিন হাইড্রোফোবিক মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে অ্যাসাইল চেইনের পারস্পরিক ক্রিয়ায় বাধা সৃষ্টি করে, যার ফলে ঝিল্লির স্ফীতি এবং তরলতা বৃদ্ধি পায় (সিক্কেমা এট আল., ১৯৯৫)। এই ক্ষতিকর প্রভাব মোকাবেলা করার জন্য, ব্যাকটেরিয়া আইসো/অ্যান্টিআইসো শাখাযুক্ত ফ্যাটি অ্যাসিডের অনুপাত এবং ফ্যাটি অ্যাসিডের গঠন পরিবর্তন করে এবং সিস-অসম্পৃক্ত ফ্যাটি অ্যাসিডকে সংশ্লিষ্ট ট্রান্স-আইসোমারে রূপান্তরিত করে ঝিল্লির তরলতা নিয়ন্ত্রণ করে (হেইপিপার এবং ডি বন্ট, ১৯৯৪)। ন্যাপথালিন প্রয়োগে বর্ধিত সিউডোমোনাস স্টুটজেরি-তে সম্পৃক্ত থেকে অসম্পৃক্ত ফ্যাটি অ্যাসিডের অনুপাত ১.১ থেকে বেড়ে ২.১ হয়েছিল, যেখানে সিউডোমোনাস জেএস১৫০-তে এই অনুপাত ৭.৫ থেকে বেড়ে ১২.০ হয়েছিল (ম্রোজিক এট আল., ২০০৪)। ন্যাপথালিনের উপর জন্মানোর সময়, অ্যাক্রোমোব্যাক্টার কেএএস ৩-৫ কোষগুলো ন্যাপথালিন স্ফটিকের চারপাশে একত্রিত হয় এবং কোষের পৃষ্ঠের চার্জ কমে যায় (-২২.৫ থেকে -২.৫ mV), যার সাথে সাইটোপ্লাজমের ঘনীভবন এবং ভ্যাকুওলাইজেশন ঘটে, যা কোষের গঠন এবং কোষের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যের পরিবর্তন নির্দেশ করে (মোহাপাত্র প্রমুখ, ২০১৯)। যদিও কোষীয়/পৃষ্ঠের পরিবর্তনগুলো অ্যারোমেটিক দূষকগুলোর উন্নততর শোষণের সাথে সরাসরি জড়িত, প্রাসঙ্গিক জৈব-প্রকৌশল কৌশলগুলো এখনও পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে অপ্টিমাইজ করা হয়নি। জৈবিক প্রক্রিয়াগুলোকে অপ্টিমাইজ করার জন্য কোষের আকৃতির পরিবর্তন খুব কমই ব্যবহৃত হয়েছে (ভলকে এবং নিকেল, ২০১৮)। কোষ বিভাজনকে প্রভাবিত করে এমন জিনের বিলোপ কোষের আকারগত পরিবর্তন ঘটায়। ব্যাসিলাস সাবটিলিসে, কোষ বিভাজক প্রোটিন SepF বিভাজক গঠনে জড়িত বলে দেখানো হয়েছে এবং এটি কোষ বিভাজনের পরবর্তী ধাপগুলোর জন্য প্রয়োজনীয়, কিন্তু এটি একটি অপরিহার্য জিন নয়। ব্যাসিলাস সাবটিলিসে পেপটাইড গ্লাইক্যান হাইড্রোলেস এনকোডিংকারী জিন অপসারণের ফলে কোষের দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি, নির্দিষ্ট বৃদ্ধির হার বৃদ্ধি এবং এনজাইম উৎপাদন ক্ষমতা উন্নত হয়েছে (কুই এট আল., ২০১৮)।
সিউডোমোনাস স্ট্রেইন C5pp এবং C7-এর কার্যকর অবক্ষয় অর্জনের জন্য কার্বারিল অবক্ষয় পথের বিভাজন প্রস্তাব করা হয়েছে (কামিনী এট আল., ২০১৮)। প্রস্তাব করা হয়েছে যে কার্বারিল বাইরের ঝিল্লির সেপটাম এবং/অথবা ব্যাপনযোগ্য পোরিনের মাধ্যমে পেরিপ্লাজমিক স্পেসে পরিবাহিত হয়। CH হলো একটি পেরিপ্লাজমিক এনজাইম যা কার্বারিলের হাইড্রোলাইসিস ঘটিয়ে ১-ন্যাফথল তৈরি করে, যা অধিক স্থিতিশীল, অধিক হাইড্রোফোবিক এবং অধিক বিষাক্ত। CH পেরিপ্লাজমে অবস্থান করে এবং কার্বারিলের প্রতি এর আকর্ষণ কম, ফলে এটি ১-ন্যাফথলের গঠন নিয়ন্ত্রণ করে, যার ফলে কোষে এর জমা হওয়া প্রতিরোধ করে এবং কোষের প্রতি এর বিষাক্ততা হ্রাস করে (কামিনী এট আল., ২০১৮)। ফলস্বরূপ উৎপন্ন ১-ন্যাফথল পার্টিশনিং এবং/অথবা ব্যাপনের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ ঝিল্লি অতিক্রম করে সাইটোপ্লাজমে পরিবাহিত হয় এবং তারপর কেন্দ্রীয় কার্বন পথে পরবর্তী বিপাকের জন্য উচ্চ-আকর্ষণযুক্ত এনজাইম 1NH দ্বারা হাইড্রোক্সিলেটেড হয়ে ১,২-ডাইহাইড্রোক্সিন্যাপথ্যালিনে পরিণত হয়।
যদিও অণুজীবদের বহিরাগত কার্বন উৎসকে ভেঙে ফেলার জন্য জিনগত এবং বিপাকীয় ক্ষমতা রয়েছে, তবে তাদের ব্যবহারের ক্রমিক কাঠামো (অর্থাৎ, জটিল কার্বন উৎসের চেয়ে সরল কার্বন উৎসের অগ্রাধিকারমূলক ব্যবহার) জৈব-অবক্ষয়ের ক্ষেত্রে একটি প্রধান বাধা। সরল কার্বন উৎসের উপস্থিতি এবং ব্যবহার, PAH-এর মতো জটিল/অবাঞ্ছিত কার্বন উৎসকে ভেঙে ফেলার জন্য এনজাইম এনকোডকারী জিনগুলোকে ডাউনরেগুলেট করে। একটি সুপরিচিত উদাহরণ হলো, যখন এসচেরিকিয়া কোলাইকে গ্লুকোজ এবং ল্যাকটোজ একসাথে খাওয়ানো হয়, তখন ল্যাকটোজের চেয়ে গ্লুকোজ বেশি দক্ষতার সাথে ব্যবহৃত হয় (জ্যাকব এবং মনোড, ১৯৬৫)। সিউডোমোনাস বিভিন্ন ধরনের PAH এবং বহিরাগত যৌগকে কার্বন উৎস হিসেবে ভেঙে ফেলতে পারে বলে জানা গেছে। সিউডোমোনাসে কার্বন উৎস ব্যবহারের ক্রম হলো জৈব অ্যাসিড > গ্লুকোজ > অ্যারোমেটিক যৌগ (হাইলেমন এবং ফিবস, ১৯৭২; কলিয়ার এট আল।, ১৯৯৬)। তবে, এর একটি ব্যতিক্রম আছে। মজার বিষয় হলো, সিউডোমোনাস স্পিসিস... CSV86 একটি অনন্য স্তরক্রমিক কাঠামো প্রদর্শন করে যা গ্লুকোজের পরিবর্তে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (বেনজোয়িক অ্যাসিড, ন্যাপথালিন, ইত্যাদি) অগ্রাধিকারমূলকভাবে ব্যবহার করে এবং জৈব অ্যাসিডের সাথে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের সহ-বিপাক ঘটায় (বাসু প্রমুখ, ২০০৬)। এই ব্যাকটেরিয়ায়, গ্লুকোজ বা জৈব অ্যাসিডের মতো দ্বিতীয় কোনো কার্বন উৎসের উপস্থিতিতেও অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের অবক্ষয় এবং পরিবহনের জন্য দায়ী জিনগুলো ডাউনরেগুলেটেড হয় না। যখন গ্লুকোজ এবং অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনযুক্ত মাধ্যমে এদের বৃদ্ধি ঘটানো হয়, তখন দেখা যায় যে গ্লুকোজ পরিবহন এবং বিপাকের জন্য দায়ী জিনগুলো ডাউনরেগুলেটেড হয়েছে, প্রথম লগ ফেজে অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন ব্যবহৃত হয়েছে এবং দ্বিতীয় লগ ফেজে গ্লুকোজ ব্যবহৃত হয়েছে (বাসু প্রমুখ, ২০০৬; চৌধুরী প্রমুখ, ২০১৭)। অন্যদিকে, জৈব অ্যাসিডের উপস্থিতি অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন বিপাকের প্রকাশকে প্রভাবিত করেনি, তাই এই ব্যাকটেরিয়াটি জৈব-অবক্ষয় গবেষণার জন্য একটি সম্ভাব্য স্ট্রেইন হিসেবে বিবেচিত হতে পারে (ফালে প্রমুখ, ২০২০)।
এটা সুবিদিত যে, হাইড্রোকার্বনের জৈব-রূপান্তর অণুজীবের মধ্যে জারণ চাপ (oxidative stress) এবং অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট এনজাইমের সক্রিয়তা বৃদ্ধি (upregulation) ঘটাতে পারে। স্থির দশার কোষে এবং বিষাক্ত যৌগের উপস্থিতিতে ন্যাপথালিনের অদক্ষ জৈব-অবক্ষয় রিঅ্যাক্টিভ অক্সিজেন স্পিসিস (ROS) তৈরি করে (Kang et al. 2006)। যেহেতু ন্যাপথালিন-অবক্ষয়কারী এনজাইমগুলিতে আয়রন-সালফার গুচ্ছ থাকে, তাই জারণ চাপের অধীনে হিম (heme) এবং আয়রন-সালফার প্রোটিনের আয়রন জারিত হয়ে প্রোটিন নিষ্ক্রিয় করে দেয়। ফেরিডক্সিন-NADP+ রিডাক্টেজ (Fpr), সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ (SOD)-এর সাথে মিলে NADP+/NADPH এবং ফেরিডক্সিন বা ফ্ল্যাভোডক্সিনের দুটি অণুর মধ্যে উভমুখী জারণ-বিজারণ বিক্রিয়া ঘটায়, যার ফলে জারণ চাপের অধীনে ROS অপসারিত হয় এবং আয়রন-সালফার কেন্দ্রটি পুনরুদ্ধার হয় (Li et al. 2006)। জানা গেছে যে সিউডোমোনাসে Fpr এবং SodA (SOD) উভয়ই জারণ চাপের দ্বারা উদ্দীপ্ত হতে পারে, এবং ন্যাপথালিন যুক্ত পরিবেশে বৃদ্ধির সময় চারটি সিউডোমোনাস স্ট্রেইনে (O1, W1, As1, এবং G1) SOD এবং ক্যাটারেজ কার্যকলাপ বৃদ্ধি লক্ষ্য করা গেছে (Kang et al., 2006)। গবেষণায় দেখা গেছে যে অ্যাসকরবিক অ্যাসিড বা ফেরাস আয়রন (Fe2+) এর মতো অ্যান্টিঅক্সিডেন্ট যোগ করলে ন্যাপথালিন মাধ্যমে বৃদ্ধির হার বাড়তে পারে। যখন রোডোকক্কাস এরিথ্রোপলিস ন্যাপথালিন মাধ্যমে বৃদ্ধি পায়, তখন sodA (Fe/Mn সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ), sodC (Cu/Zn সুপারঅক্সাইড ডিসমিউটেজ), এবং recA সহ জারণ চাপ-সম্পর্কিত সাইটোক্রোম P450 জিনের ট্রান্সক্রিপশন বৃদ্ধি পায় (Sazykin et al., 2019)। ন্যাপথালিনে কালচার করা সিউডোমোনাস কোষের তুলনামূলক পরিমাণগত প্রোটিওমিক বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে, জারণ চাপ প্রতিক্রিয়ার সাথে সম্পর্কিত বিভিন্ন প্রোটিনের আপরেগুলেশন হলো একটি চাপ মোকাবেলার কৌশল (হার্বস্ট এট আল., ২০১৩)।
হাইড্রোফোবিক কার্বন উৎসের প্রভাবে অণুজীবরা বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট উৎপাদন করে বলে জানা গেছে। এই সারফ্যাক্ট্যান্টগুলো হলো উভমুখী (অ্যাম্ফিফিলিক) পৃষ্ঠ-সক্রিয় যৌগ যা তেল-পানি বা বায়ু-পানির সংযোগস্থলে পুঞ্জীভূত হতে পারে। এটি ছদ্ম-দ্রবণকে উৎসাহিত করে এবং অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বনের অধিশোষণকে সহজতর করে, যার ফলে কার্যকর জৈব-অবক্ষয় ঘটে (রহমান প্রমুখ, ২০০২)। এই বৈশিষ্ট্যগুলোর কারণে, বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট বিভিন্ন শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ব্যাকটেরিয়ার কালচারে রাসায়নিক সারফ্যাক্ট্যান্ট বা বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট যোগ করলে হাইড্রোকার্বন অবক্ষয়ের কার্যকারিতা এবং হার বৃদ্ধি পেতে পারে। বায়োসারফ্যাক্ট্যান্টগুলোর মধ্যে, সিউডোমোনাস অ্যারুজিনোসা দ্বারা উৎপাদিত র‍্যামনোলিপিড ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন ও বৈশিষ্ট্য নিরূপণ করা হয়েছে (হিসাৎসুকা প্রমুখ, ১৯৭১; রহমান প্রমুখ, ২০০২)। এছাড়াও, অন্যান্য ধরণের বায়োসারফ্যাক্ট্যান্টের মধ্যে রয়েছে লিপোপেপটাইড (সিউডোমোনাস ফ্লুরেসেন্স থেকে প্রাপ্ত মিউসিন), ইমালসিফায়ার ৩৭৮ (সিউডোমোনাস ফ্লুরেসেন্স থেকে প্রাপ্ত) (রোজেনবার্গ ও রন, ১৯৯৯), রোডোকক্কাস থেকে প্রাপ্ত ট্রেহালোজ ডাইস্যাকারাইড লিপিড (রামডাল, ১৯৮৫), ব্যাসিলাস থেকে প্রাপ্ত লাইকেনিন (সরস্বতী ও হলবার্গ, ২০০২), এবং ব্যাসিলাস সাবটিলিস (সিগমুন্ড ও ওয়াগনার, ১৯৯১) ও ব্যাসিলাস অ্যামাইলোলিকুইফ্যাসিয়েন্স (ঝি প্রমুখ, ২০১৭) থেকে প্রাপ্ত সারফ্যাক্ট্যান্ট। এই শক্তিশালী সারফ্যাক্ট্যান্টগুলো পৃষ্ঠটান ৭২ ডাইন/সেমি থেকে কমিয়ে ৩০ ডাইন/সেমি-এরও নিচে আনতে সক্ষম বলে প্রমাণিত হয়েছে, যা হাইড্রোকার্বনের উন্নততর শোষণে সহায়তা করে। জানা গেছে যে, ন্যাপথালিন এবং মিথাইলন্যাপথালিন মাধ্যমে জন্মানোর সময় সিউডোমোনাস, ব্যাসিলাস, রোডোকক্কাস, বার্কহোল্ডেরিয়া এবং অন্যান্য ব্যাকটেরিয়ার প্রজাতি বিভিন্ন র‍্যামনোলিপিড এবং গ্লাইকোলিপিড-ভিত্তিক বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট তৈরি করতে পারে (কাঙ্গা এট আল., ১৯৯৭; পুন্টাস এট আল., ২০০৫)। ন্যাপথোইক অ্যাসিডের মতো অ্যারোমেটিক যৌগের উপর জন্মানোর সময় সিউডোমোনাস মাল্টোফিলিয়া CSV89 বহিঃকোষীয় বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট বায়োসার-পিএম তৈরি করতে পারে (ফেল এট আল., ১৯৯৫)। বায়োসার-পিএম গঠনের গতিবিদ্যা দেখিয়েছে যে এর সংশ্লেষণ একটি বৃদ্ধি- এবং পিএইচ-নির্ভর প্রক্রিয়া। দেখা গেছে যে নিরপেক্ষ পিএইচ-এ কোষ দ্বারা উৎপাদিত বায়োসার-পিএম-এর পরিমাণ পিএইচ ৮.৫-এর তুলনায় বেশি ছিল। পিএইচ ৮.৫-এ জন্মানো কোষগুলো পিএইচ ৭.০-এ জন্মানো কোষের তুলনায় বেশি হাইড্রোফোবিক ছিল এবং অ্যারোমেটিক ও অ্যালিফ্যাটিক যৌগের প্রতি তাদের আকর্ষণ বেশি ছিল। রোডোকক্কাস প্রজাতিতে। N6, উচ্চ কার্বন থেকে নাইট্রোজেন (C:N) অনুপাত এবং আয়রনের সীমাবদ্ধতা হলো বহিঃকোষীয় বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট উৎপাদনের জন্য সর্বোত্তম অবস্থা (মুতালিক এট আল., ২০০৮)। স্ট্রেইন এবং ফারমেন্টেশন অপ্টিমাইজ করার মাধ্যমে বায়োসারফ্যাক্ট্যান্ট (সারফ্যাক্টিন) এর জৈব-সংশ্লেষণ উন্নত করার চেষ্টা করা হয়েছে। তবে, কালচার মিডিয়ামে সারফ্যাক্ট্যান্টের টাইটার কম (১.০ গ্রাম/লিটার), যা বৃহৎ পরিসরে উৎপাদনের ক্ষেত্রে একটি প্রতিবন্ধকতা তৈরি করে (জিয়াও এট আল., ২০১৭; উ এট আল., ২০১৯)। তাই, এর জৈব-সংশ্লেষণ উন্নত করার জন্য জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছে। তবে, অপেরনের বৃহৎ আকার (∼২৫ কিলোবেস) এবং কোরাম সেন্সিং সিস্টেমের জটিল জৈব-সংশ্লেষণ নিয়ন্ত্রণের কারণে এর ইঞ্জিনিয়ারিং পরিবর্তন কঠিন (জিয়াও এট আল., ২০১৭; উ এট আল., ২০১৯)। ব্যাসিলাস ব্যাকটেরিয়ায় বেশ কিছু জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পরিবর্তন করা হয়েছে, যার প্রধান লক্ষ্য হলো প্রোমোটার (srfA অপেরন) প্রতিস্থাপন, সারফ্যাকটিন রপ্তানি প্রোটিন YerP এবং নিয়ন্ত্রক ফ্যাক্টর ComX ও PhrC-এর ওভারএক্সপ্রেশনের মাধ্যমে সারফ্যাকটিন উৎপাদন বৃদ্ধি করা (Jiao et al., 2017)। তবে, এই জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং পদ্ধতিগুলো কেবল এক বা কয়েকটি জিনগত পরিবর্তনই অর্জন করতে পেরেছে এবং এখনও বাণিজ্যিক উৎপাদনে পৌঁছাতে পারেনি। তাই, জ্ঞান-ভিত্তিক অপ্টিমাইজেশন পদ্ধতির উপর আরও গবেষণা প্রয়োজন।
PAH জৈব-অবক্ষয় সংক্রান্ত গবেষণা প্রধানত আদর্শ পরীক্ষাগার পরিবেশে পরিচালিত হয়। তবে, দূষিত স্থান বা দূষিত পরিবেশে অনেক অজৈব ও জৈব উপাদান (তাপমাত্রা, pH, অক্সিজেন, পুষ্টি উপাদানের প্রাপ্যতা, সাবস্ট্রেটের জৈব-প্রাপ্যতা, অন্যান্য বহিরাগত পদার্থ, অন্তিম-উৎপাদ দ্বারা সৃষ্ট বাধা ইত্যাদি) অণুজীবের অবক্ষয় ক্ষমতাকে পরিবর্তন ও প্রভাবিত করে বলে দেখা গেছে।
PAH-এর জৈব-অবক্ষয়ের উপর তাপমাত্রার একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব রয়েছে। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে দ্রবীভূত অক্সিজেনের ঘনত্ব কমে যায়, যা বায়বীয় অণুজীবের বিপাককে প্রভাবিত করে, কারণ হাইড্রক্সিলেশন বা রিং বিভাজন বিক্রিয়া সম্পাদনকারী অক্সিজেনেস এনজাইমের অন্যতম সাবস্ট্রেট হিসেবে তাদের আণবিক অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়। প্রায়শই লক্ষ্য করা যায় যে, উচ্চ তাপমাত্রা মূল PAH-গুলোকে আরও বিষাক্ত যৌগে রূপান্তরিত করে, যার ফলে জৈব-অবক্ষয় ব্যাহত হয় (Muller et al., 1998)।
লক্ষ্য করা গেছে যে, অনেক PAH দূষিত স্থানের pH-এর মান অত্যন্ত বেশি থাকে, যেমন অ্যাসিড খনি নিষ্কাশন দ্বারা দূষিত স্থান (pH ১–৪) এবং ক্ষারীয় লিচেট দ্বারা দূষিত প্রাকৃতিক গ্যাস/কয়লা গ্যাসীকরণ স্থান (pH ৮–১২)। এই অবস্থাগুলো জৈব-অবক্ষয় প্রক্রিয়াকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করতে পারে। তাই, জৈব-প্রতিকারের জন্য অণুজীব ব্যবহার করার আগে, উপযুক্ত রাসায়নিক (মাঝারি থেকে খুব কম জারণ-বিজারণ বিভব সম্পন্ন) যোগ করে pH সমন্বয় করার পরামর্শ দেওয়া হয়; যেমন ক্ষারীয় মাটির জন্য অ্যামোনিয়াম সালফেট বা অ্যামোনিয়াম নাইট্রেট, অথবা অম্লীয় স্থানের জন্য ক্যালসিয়াম কার্বনেট বা ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট দিয়ে চুন প্রয়োগ করা (বোলেন এট আল. ১৯৯৫; গুপ্তা এবং সার ২০২০)।
ক্ষতিগ্রস্ত এলাকায় অক্সিজেন সরবরাহ হলো PAH জৈব-অবক্ষয়ের হার-সীমাবদ্ধকারী উপাদান। পরিবেশের জারণ-বিজারণ অবস্থার কারণে, ইন সিটু জৈব-প্রতিকার প্রক্রিয়ায় সাধারণত বাহ্যিক উৎস থেকে অক্সিজেন সরবরাহের প্রয়োজন হয় (যেমন কর্ষণ, বায়ু সঞ্চালন এবং রাসায়নিক সংযোজন) (পারডিক প্রমুখ, ১৯৯২)। ওডেনক্রাঞ্জ প্রমুখ (১৯৯৬) দেখিয়েছেন যে, একটি দূষিত ভূগর্ভস্থ জলস্তরে ম্যাগনেসিয়াম পারক্সাইড (একটি অক্সিজেন নিঃসরণকারী যৌগ) যোগ করলে তা কার্যকরভাবে BTEX যৌগগুলোর জৈব-প্রতিকার করতে পারে। আরেকটি গবেষণায়, কার্যকর জৈব-প্রতিকার অর্জনের জন্য সোডিয়াম নাইট্রেট প্রবেশ করিয়ে এবং নিষ্কাশন কূপ নির্মাণ করে একটি দূষিত ভূগর্ভস্থ জলস্তরে ফেনল ও BTEX-এর ইন সিটু অবক্ষয় পরীক্ষা করা হয় (বেউলি ও ওয়েব, ২০০১)।