माइक्रोबियल बायोडिग्रेडेशन

माइक्रोबियल जैव अवक्रमण हाइड्रोकार्बन (जैसे तेल), पॉलीक्लोरिनेटेड बाइफिनाइल्स (पीसीबी), पॉलीएरोमैटिक हाइड्रोकार्बन (पीएएच), हेट्रोसाइक्लिक यौगिकों सहित पर्यावरण प्रदूषक को नीचा दिखाने, बदलने या जमा करने के लिए माइक्रोबियल जेनोबायोटिक चयापचय की स्वाभाविक रूप से होने वाली क्षमता का दोहन करने के लिए जैविक उपचार और जैव रूपांतरण विधियों का उपयोग है। (जैसे पिरिडीन या क्विनोलिन), फार्मास्यूटिकल पदार्थ, रेडियोन्यूक्लाइड और धातुएं होती है।

इस समय के वर्षों में प्रदूषकों के माइक्रोबियल जैव अवक्रमण में रुचि तेज हो गई है, और इस समय में प्रमुख पद्धतिगत सफलताओं ने पर्यावरणीय रूप से प्रासंगिक सूक्ष्मजीव के विस्तृत जीनोम, मेटागेनोमिक, प्रोटिओमिक, जैव सूचनात्मक और अन्य उच्च-प्रवाह विश्लेषणों को सक्षम किया है, जो बायोडिग्रेडेटिव मार्गों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं और बदलती पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने के लिए जीवों की क्षमता प्रदान करते हैं।

जैविक प्रक्रियाएं दूषित पदार्थों को हटाने में एक प्रमुख भूमिका निभाती हैं और ऐसे यौगिकों को नीचा दिखाने या परिवर्तित करने के लिए सूक्ष्मजीवों की अपचयी बहुमुखी प्रतिभा का लाभ उठाती हैं। पर्यावरण सूक्ष्म जीव विज्ञान में, जीनोम आधारित वैश्विक अध्ययन चयापचय और नियामक नेटवर्क की समझ में वृद्धि कर रहे हैं, साथ ही पर्यावरणीय परिस्थितियों को बदलने के लिए गिरावट के रास्ते और आणविक अनुकूलन रणनीतियों के विकास पर नई जानकारी प्रदान कर रहे हैं।

प्रदूषकों का वायवीय जैव अवक्रमण
बैक्टीरियल जीनोमिक डेटा की बढ़ती मात्रा जैविक प्रदूषकों के क्षरण के आनुवंशिक और आणविक आधारों को समझने के नए अवसर प्रदान करती है। सुगंधित यौगिक इन प्रदूषकों में सबसे अधिक स्थायी हैं और बर्कहोल्डरिया ज़ेनोवोरन्स एलबी 400 और रोडोकोकस एसपी के इस समय के जीनोमिक अध्ययनों से सबक सीखे जा सकते हैं। तनाव आरएचए1, दो सबसे बड़े जीवाणु जीनोम पूरी तरह से आज तक अनुक्रमित हैं। इन अध्ययनों ने जीवाणु अपचय, कार्बनिक यौगिकों के लिए गैर-अपचय शारीरिक अनुकूलन और बड़े जीवाणु जीनोम के विकास के बारे में हमारी समझ का विस्तार करने में सहायता की है। सबसे पहले, जातीवृति के आधार पर विविध आइसोलेट्स से चयापचय मार्ग समग्र संगठन के संबंध में बहुत समान हैं। इस प्रकार, जैसा कि मूल रूप से स्यूडोमोनाडेसी में उल्लेख किया गया है, बड़ी संख्या में परिधीय सुगंधित रास्ते प्राकृतिक और जीनोबायोटिक यौगिकों की एक सीमा को सीमित संख्या में केंद्रीय सुगंधित मार्गों में फ़नल करते हैं। फिर भी, इन मार्गों को आनुवंशिक रूप से जीनस-विशिष्ट फैशन में व्यवस्थित किया जाता है, जैसा कि बी-केटोएडिपेट और पर मार्ग द्वारा उदाहरण दिया गया है। तुलनात्मक जीनोमिक अध्ययनों से आगे पता चलता है कि कुछ रास्ते प्रारंभिक विचार से अधिक व्यापक हैं। इस प्रकार, बॉक्स और पा मार्ग वायवीय एरोमैटिक डिग्रेडेशन प्रक्रियाओं में गैर-ऑक्सीजेनोलिटिक रिंग- विखंडन रणनीतियों के प्रसार को दर्शाते हैं। कार्यात्मक जीनोमिक अध्ययन यह स्थापित करने में उपयोगी रहे हैं कि सजातीय एंजाइमों की उच्च संख्या वाले जीवों में भी सही अतिरेक के कुछ उदाहरण हैं। उदाहरण के लिए, कुछ रोडोकोकल आइसोलेट्स में रिंग-क्लीविंग डाइअॉॉक्सिनेज की बहुलता को विभिन्न टेरपेनोइड्स और स्टेरॉयड के क्रिप्टिक सुगंधित अपचय के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। अंत में, विश्लेषणों ने संकेत दिया है कि इस समय के आनुवंशिक प्रवाह ने कुछ बड़े जीनोमों के विकास में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, चूंकि, उउभरती प्रवृत्ति यह है कि एलबी400 और आरएचए1 जैसे शक्तिशाली प्रदूषक डिग्रेडर्स के बड़े जीन प्रदर्शनों का विकास मुख्य रूप से अधिक प्राचीन प्रक्रियाओं के माध्यम से हुआ है।। यह इस तरह के जातीवृति के आधार पर विविध प्रजातियों में सच है, उल्लेखनीय है और आगे इस कैटाबोलिक क्षमता की प्राचीन उत्पत्ति का सुझाव देता है।

प्रदूषकों का अवायवीय जैव निम्नीकरण
पुनरावर्ती कार्बनिक प्रदूषकों का अवायवीय जीव सूक्ष्मजीव खनिजकरण महान पर्यावरणीय महत्व का है और इसमें पेचीदा उपन्यास जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं सम्मिलित हैं। विशेष रूप से, हाइड्रोकार्बन और हैलोजेनेटेड यौगिकों को लंबे समय से ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में सड़ने योग्य माना जाता है, किन्तु पिछले दशकों के समय अब तक अज्ञात अवायवीय हाइड्रोकार्बन-डिग्रेडिंग और रिडक्टिवली डीहैलोजनिंग जीवाणु के अलगाव ने प्रकृति में इन प्रक्रियाओं के लिए अंतिम प्रमाण प्रदान किया। जबकि इस तरह के शोध में प्रारंभिक में अधिकतर क्लोरीनयुक्त यौगिक सम्मिलित थे, इस समय के अध्ययनों से सुगंधित कीटनाशकों में ब्रोमिन और आयोडीन के अंशों के आसान डिहैलोजनेशन का पता चला है। मिट्टी के खनिजों द्वारा जैविक रूप से प्रेरित अजैविक कमी जैसी अन्य प्रतिक्रियाओं को, वायवीय वातावरण में देखे जाने की तुलना में अपेक्षाकृत लगातार एनिलिन-आधारित शाकनाशियों को कहीं अधिक तेजी से निष्क्रिय करने के लिए दिखाया गया है। संबंधित चयापचय मार्गों को सक्षम करने वाली कई नई जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं की खोज की गई, किन्तु इन जीवाणुओं की आणविक समझ में प्रगति धीमी थी, क्योंकि उनमें से अधिकांश के लिए आनुवंशिक प्रणाली आसानी से प्रयुक्त नहीं होती हैं। चूंकि, पर्यावरण सूक्ष्म जीव विज्ञान के क्षेत्र में जीनोमिक्स के बढ़ते आवेदन के साथ, इन नए चयापचय गुणों में आणविक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए अब एक नया और आशाजनक परिप्रेक्ष्य हाथ में है। अवायवीय कार्बनिक प्रदूषक गिरावट में सक्षम बैक्टीरिया से पिछले कुछ वर्षों के समय कई पूर्ण जीनोम अनुक्रम निर्धारित किए गए थे। सुगंधित तेल स्ट्रेन ईबीएन1 के संकाय विनाइट्रीकरण का ~ 4.7 एमबी जीनोम अवायवीय हाइड्रोकार्बन डिग्रेडर (सब्सट्रेट (रसायन विज्ञान) के रूप में टोल्यूनि या एथिलबेनज़ीन का उपयोग करके) के लिए निर्धारित किया जाने वाला पहला था। जीनोम अनुक्रम से सुगंधित यौगिकों के अवायवीय और वायवीय गिरावट के लिए एक जटिल कैटाबोलिक नेटवर्क के लिए कोडिंग के बारे में दो दर्जन जीन क्लस्टर (कई परलोग सहित) का पता चला। मार्ग और एंजाइम संरचनाओं के नियमन पर वर्तमान विस्तृत अध्ययन के लिए जीनोम अनुक्रम आधार बनाता है। अवायवीय हाइड्रोकार्बन डिग्रेडिंग बैक्टीरिया के आगे के जीनोम इस समय में लोहे को कम करने वाली प्रजातियों के लिए पूरा किया गया था, जो कि जिओबैक्टर मेटलिरेड्यूकेन्स (परिग्रहण एनआर। एनसी_007517) और परक्लोरेट-कम करने वाले डेक्लोरोमोनास एरोमैटिका (परिग्रहण एनआर । एनसी_007298), किन्तु इनका अभी तक औपचारिक प्रकाशनों में मूल्यांकन नहीं किया गया है। हेलोरेस्पिरेशन द्वारा हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन के अवायवीय क्षरण में सक्षम बैक्टीरिया के लिए पूर्ण जीनोम भी निर्धारित किए गए थे: ~ 1.4 एमबी जीनोम देहलोकॉकाइड्स एथेनोजेन्स स्ट्रेन 195 और देहलोकॉकाइड्स एसपी। स्ट्रेन सीबीडीबी1 और ~ 5.7 एमबी जीनोम ऑफ डेसल्फिटोबैक्टीरियम हैफनीन्स स्ट्रेन वाई51। इन सभी जीवाणुओं के लिए विशेषता रिडक्टिव डीहैलोजेनेस के लिए कई पैरलोगस जीन की उपस्थिति है, जो पहले से ज्ञात जीवों के व्यापक डीहैलोजनिंग स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इसके अतिरिक्त, जीनोम अनुक्रमों ने रिडक्टिव डीहैलोजेनेशन के विकास और आला अनुकूलन के लिए अलग-अलग रणनीतियों में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान की।थी

इस समय में, यह स्पष्ट हो गया है कि डेसल्फिटोबैक्टीरियम क्लोरोरेस्पिरन्स सहित कुछ जीव, मूल रूप से क्लोरोफेनोल्स पर हैलोरेस्पिरेशन के लिए मूल्यांकन किए गए है, वे विकास के लिए इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में कुछ ब्रोमिनेटेड यौगिकों जैसे हर्बिसाइड ब्रोमोक्सीनिल और इसके प्रमुख मेटाबोलाइट का भी उपयोग कर सकते हैं।आयोडीन युक्त यौगिकों को डीहैलोजेनेट भी किया जा सकता है, चूंकि प्रक्रिया एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की आवश्यकता को पूरा नहीं कर सकती है।

जैवउपलब्धता, कीमोटैक्सिस, और प्रदूषकों का परिवहन
जैवउपलब्धता, या किसी पदार्थ की मात्रा जो सूक्ष्मजीवों के लिए भौतिक रूप से सुलभ है, प्रदूषकों के कुशल जैवअवक्रमण का एक महत्वपूर्ण कारक है। ओ'लफलिन एट अल। (2000) दिखाया गया है कि, काओलिनाइट क्ले के अपवाद के साथ, अधिकांश मिट्टी की मिट्टी और कटियन एक्सचेंज रेजिन ने आर्थ्रोबैक्टर एसपी द्वारा 2-पिकोलिन के जैव अवक्रमण को क्षीण कर दिया। मिट्टी में सब्सट्रेट के सोखने के परिणामस्वरूप तनाव आर 1। कीमोटैक्सिस, या पर्यावरण में रसायनों से दूर या दूर गतिशील जीवों का निर्देशित आंदोलन एक महत्वपूर्ण शारीरिक प्रतिक्रिया है जो पर्यावरण में अणुओं के प्रभावी अपचय में योगदान दे सकता है। इसके अतिरिक्त, विभिन्न परिवहन तंत्रों के माध्यम से सुगंधित अणुओं के अंतःकोशिकीय संचय के तंत्र भी महत्वपूर्ण हैं।

तेल जैव अवक्रमण
पेट्रोलियम तेल में सुगंधित यौगिक होते हैं जो अधिकांश जीवन रूपों के लिए विषैले होते हैं। तेल द्वारा पर्यावरण के एपिसोडिक और क्रोनिक प्रदूषण से स्थानीय पारिस्थितिक पर्यावरण में बड़ा व्यवधान होता है। विशेष रूप से समुद्री वातावरण विशेष रूप से अशक्त होते हैं, क्योंकि तटीय क्षेत्रों के पास और खुले समुद्र में तेल रिसाव को रोकना और शमन के प्रयासों को और अधिक जटिल बनाना कठिनाई होता है। मानव गतिविधियों के माध्यम से प्रदूषण के अतिरिक्त, लगभग 250 मिलियन लीटर पेट्रोलियम प्रति वर्ष प्राकृतिक रिसाव से समुद्री वातावरण में प्रवेश करता है। इसकी विषाक्तता के अतिरिक्त , समुद्री प्रणालियों में प्रवेश करने वाले पेट्रोलियम तेल का एक बड़ा हिस्सा माइक्रोबियल समुदायों के हाइड्रोकार्बन-अपमानजनक गतिविधियों से समाप्त हो जाता है, विशेष रूप से विशेषज्ञों के इस समय में खोजे गए समूह, हाइड्रोकार्बोनोक्लास्टिक बैक्टीरिया (एचसीबी) द्वारा। अल्केनिवोरैक्स बोरकुमेंसिस पहला एचसीबी था जिसने अपना जीनोम अनुक्रमित किया था। हाइड्रोकार्बन के अतिरिक्त , कच्चे तेल में अधिकांशतः विभिन्न हेट्रोसायक्लिक यौगिक होते हैं, जैसे कि पिरिडीन, जो हाइड्रोकार्बन के समान तंत्र द्वारा अवक्रमित होते दिखाई देते हैं।

कोलेस्ट्रॉल जैव अवक्रमण
कई कृत्रिम स्टेरॉइडिक यौगिक जैसे कुछ यौन हार्मोन अधिकांशतः नगरपालिका और औद्योगिक अपशिष्ट जल में दिखाई देते हैं, जो पर्यावरणीय प्रदूषकों के रूप में कार्य करते हैं, जो शक्तिशाली चयापचय गतिविधियों के साथ पारिस्थितिक तंत्र को ऋणात्मक रूप से प्रभावित करते हैं। चूंकि ये यौगिक कई अलग-अलग सूक्ष्मजीवों के लिए सामान्य कार्बन स्रोत हैं, इसलिए उनके वायवीय और अवायवीय खनिजकरण का बड़े मापदंड पर अध्ययन किया गया है। इन अध्ययनों का हित यौन हार्मोन और कॉर्टिकोइड्स के औद्योगिक संश्लेषण के लिए स्टेरोल बदलने वाले एंजाइमों के जैव प्रौद्योगिकीय अनुप्रयोगों पर निहित है। इस समय में, कोलेस्ट्रॉल के अपचय ने एक उच्च प्रासंगिकता प्राप्त कर ली है क्योंकि यह रोगज़नक़ माइकोबैक्टेरियम ट्यूबरक्यूलोसिस (एमटीबी) की संक्रामकता में सम्मिलित है। एमटीबी तपेदिक रोग का कारण बनता है, और यह प्रदर्शित किया गया है कि उपन्यास एंजाइम वास्तुकला इस जीव में कोलेस्ट्रॉल जैसे स्टेरॉयड यौगिकों और अन्य स्टेरॉयड-उपयोग करने वाले बैक्टीरिया को भी बांधने और संशोधित करने के लिए विकसित हुए हैं।  स्टेरॉयड सबस्ट्रेट्स के रासायनिक संशोधन में उनकी क्षमता के लिए ये नए एंजाइम रुचि के हो सकते हैं।

अपशिष्ट जैवउपचार का विश्लेषण
सतत विकास के लिए पर्यावरण प्रबंधन को बढ़ावा देने और पर्यावरण गतिविधियों पर मानव प्रभाव में वृद्धि से उत्पन्न कचरे की विशाल मात्रा के उपचार के लिए नई विधि की निरंतर खोज की आवश्यकता है। जैवउपचार, जीवित जीवों का उपयोग करके कचरे का प्रसंस्करण, भौतिक-रासायनिक सफाई विकल्पों के लिए पर्यावरण के अनुकूल, अपेक्षाकृत सरल और निवेश प्रभावी विकल्प है। अत्यधिक नियंत्रित प्रणालियों में जैवउपचार प्रक्रियाओं के भौतिक, रासायनिक और जैविक सीमित कारकों को दूर करने के लिए जैविक रिएक्टर जैसे सीमित वातावरण को इंजीनियर किया गया है। सीमित वातावरण के डिजाइन में महान बहुमुखी प्रतिभा अनुकूलित परिस्थितियों में कचरे की एक विस्तृत श्रृंखला के उपचार की अनुमति देती है। एक सही मूल्यांकन करने के लिए, विभिन्न प्रकार के जीनोम और व्यक्त प्रतिलेख और प्रोटीन वाले विभिन्न सूक्ष्मजीवों पर विचार करना आवश्यक है। बड़ी संख्या में विश्लेषणों की अधिकांशतः आवश्यकता होती है। पारंपरिक जीनोमिक विधि का उपयोग करते हुए, ऐसे आकलन सीमित और समय लेने वाले होते हैं। चूंकि, चिकित्सा अध्ययन के लिए मूल रूप से विकसित कई उच्च-प्रवाह विधि को सीमित वातावरण में जैवउपचार का आकलन करने के लिए प्रयुक्त किया जा सकता है।

मेटाबोलिक इंजीनियरिंग और जैव उत्प्रेरक अनुप्रयोग
पर्यावरण में लगातार कार्बनिक रसायनों के भाग्य के अध्ययन से प्रारंभिक कार्बनिक संश्लेषण में एक बड़ी क्षमता के साथ एंजाइमी प्रतिक्रियाओं के एक बड़े भंडार का पता चला है, जिसका पहले से ही पायलट और यहां तक ​​कि औद्योगिक मापदंड पर कई ऑक्सीजन के लिए शोषण किया जा चुका है। मेटागेनोमिक पुस्तकालयों और डीएनए अनुक्रम आधारित दृष्टिकोणों से उपन्यास उत्प्रेरक प्राप्त किए जा सकते हैं। तर्कसंगत और यादृच्छिक उत्परिवर्तन द्वारा उत्प्रेरकों को विशिष्ट प्रतिक्रियाओं और प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुकूल बनाने में हमारी बढ़ती क्षमताएं ठीक रासायनिक उद्योग में आवेदन के सीमा को व्यापक बनाती हैं, किन्तु जैवनिम्नीकरण के क्षेत्र में भी। कई स्थितियों में, इन उत्प्रेरकों को पूरे सेल जैव रूपांतरण या किण्वन (जीव रसायन) में शोषण करने की आवश्यकता होती है, तनाव शरीर विज्ञान और चयापचय को समझने के लिए प्रणाली -व्यापी दृष्टिकोण की मांग करते हुए और पूरी कोशिकाओं की इंजीनियरिंग के लिए तर्कसंगत दृष्टिकोण के रूप में वे तेजी से आगे बढ़ रहे हैं। प्रणाली जैव प्रौद्योगिकी और कृत्रिम जीव विज्ञान का क्षेत्र है।

कवक जैवनिम्नीकरण
पारिस्थितिक तंत्र में, अलग-अलग स्थितियों के जीवों के संघ द्वारा अलग-अलग दरों पर अलग-अलग सब्सट्रेट्स पर हमला किया जाता है। एस्परजिलस और अन्य ढालना (कवक) इन कंसोर्टिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं क्योंकि वे स्टार्च, हेमिकेलुलोज, सेल्यूलोज, पेक्टिन और अन्य चीनी पॉलिमर के पुनर्चक्रण में माहिर हैं। कुछ एस्परगिली वसा, तेल, चिटिन और केराटिन जैसे अधिक दुर्दम्य यौगिकों को नीचा दिखाने में सक्षम हैं। अधिकतम अपघटन तब होता है जब पर्याप्त नाइट्रोजन, फास्फोरस और अन्य आवश्यक अकार्बनिक पोषक तत्व होते हैं। कवक कई मृदा जीवों के लिए भोजन भी प्रदान करते हैं।

एस्परगिलस के लिए अवक्रमण की प्रक्रिया पोषक तत्व प्राप्त करने का साधन है। जब ये साँचे मानव निर्मित सबस्ट्रेट्स को ख़राब करते हैं, तो इस प्रक्रिया को सामान्यतः जैवविघटन कहा जाता है। कागज और कपड़ा दोनों (कपास, जूट और लिनन) विशेष रूप से एस्परगिलस गिरावट के प्रति संवेदनशील हैं। हमारी कलात्मक विरासत भी एस्परगिलस हमले के अधीन है। केवल एक उदाहरण देने के लिए, 1969 में इटली में फ्लोरेंस में आई बाढ़ के बाद, ओग्निसांती चर्च में एक क्षतिग्रस्त घेरालैंडियो फ्रेस्को से 74% आइसोलेट्स एस्परगिलस वर्सीकोलर थे।

यह भी देखें

 * जैव अवक्रमण
 * जैव उपचार
 * बायोट्रांसफॉर्मेशन
 * जैव उपलब्धता
 * केमोटैक्सिस
 * माइक्रोबायोलॉजी
 * पर्यावरण सूक्ष्म जीव विज्ञान
 * औद्योगिक सूक्ष्म जीव विज्ञान