1.2.3. Деградація ароматичних вуглеводнів
Основними складовими нафти – забруднювачами довкілля - є ароматичні сполуки, наприклад бензен, проте найбільшу небезпеку становлять поліциклічні ароматичні вуглеводні. Останнім притаманне високе негативне значення енергії резонансу, що і зумовлює їх високу термодинамічну стабільність та значні відмінності у хімічних властивостях від сполук аліфатичного ряду. Поява замісників в ході реакції електрофільного заміщення ароматичного кільця підвищує можливість використання альтернативних шляхів біодеградації: атаки як ароматичного кільця, так і бокового аліфатичного ланцюга. Наприклад, алкілбензени з довгим боковим ланцюгом можуть використовуватися як субстрати для росту в зв’язку з можливістю їх β-окиснення. Sariaslani із співавт.[22] показали можливість окиснення бактеріями даних сполук початковим окисненням бокового ланцюга через ω- та β-шляхи. В ході іншого дослідження було показано, що деградація алкілбензенів з кількома боковими замісниками представниками роду Pseudomonas відбувалася більше через взаємодію ароматичного кільця [12, 21, 25].
Як уже зазначалося, N. cyriacigeorgica SBUG 1472 притаманна здатність також розкладати ароматичні сполуки, зокрема октилбензен (2-фенілоктан). Окиснення цього вуглеводню починалося з бокового ланцюга. Як проміжний продукт було ідентифіковано 5-фенілгексанову кислоту, яка далі деградувала через β-окиснення до 3-фенілбутиратної кислоти. Початок реакцій окиснення на термінальній частині алкільного ланцюга октилбензену не став несподіваним, так як було виявлено здатність N. cyriacigeorgica окислювати лінійні та розгалужені алкани біля термінальних позицій. Nocardia. salmonicolor розкладає 1-фенілдекан та 1-фенілнонан на термінальному алкільному ланцюзі до фенілацетату та бензоату, відповідно [13]. Для P. putida та P. acidovorans описано інший варіант окиснення – окислюється ароматичне кільце з утворенням продуктів розпаду алкілованого кільця. Як і для катаболізму пристану, вченими було запропоновано і шлях окиснення октилбензену. (Рис. 1.2.).
Дослідниками з Ірану було виділено термофільний штам, здатний рости на ПАВ, та ідентифіковано на основі морфології клітин та колоній, забарвлення за Грамом, аналізу нуклеотидної послідовності 16 S РНК та вмісту гуаніну й цитозину як Nocardia TSH1 [12]. В ході досліджень було встановлено здатність штаму утилізувати фенатрен і антрацен, причому темпи утилізації цих сполук відрізнялися. Так, упродовж семи діб культивування було метаболізовано 90 % фенатрену та лише 25 % антрацену. Одночасне споживання ПАВ з підвищенням вмісту загального білку свідчило, що штам TSH1 використовував дані сполуки як ростові субстрати.
Рис. 1.2. Теоретичний шлях біодеградації втор-октилбензену Nocardia cyriacigeorgica SBUG
Різні швидкості та результати утилізації фенантрену і антрацену можуть бути зумовлені відмінністю у їх хімічній будові. Сполуки хоч і мають однакову кількість ароматичних кілець, проте через різну структуру антрацен менше розчинний у воді, через що, напевне, і повільніше метаболізується. Також було встановлено здатність Nocardia TSH1 деградувати інші ПАВ, що різняться у розмірах: від нафталену (два конденсованих кільця) до пірену (чотири конденсованих кільця). Під час досліджень можливостей штаму споживати ПАВ було встановлено його здатність синтезувати ПАР на синтетичних середовищах, причому кількість ПАР суттєво зростала в разі додавання ароматичних сполук, що може свідчити про ПАР-залежний механізм транспорту вуглеводнів. Також в ході дослідження було визначено вплив фізичних факторів на ріст Nocardia TSH1 (оптимальна температура – 50 °С, pH=7,5) [12]. Привертає увагу високе значення температури, що свідчить про термофільність штаму TSH1. Ця властивість, а також здатність Nocardia TSH1 метаболізувати нафтові вуглеводні, робить його ідеальним кандидатом для біоремедіації довкілля з спекотним кліматом, та потенційним продуцентом ПАР. Перевагою використання термофілів як продуцентів є низька ймовірність контамінації.
Небезпечними забрудниками довкілля з ароматичною структурою є також лінійні алкілбензени (ЛАБ), присутність яких у стічних водах згубно діє майже на всі форми життя. Було селекціоновано штам Nocardia amarae MB-11, здатний використовувати дані сполуки як ростові субстрати [26]. Ступінь деградації ЛАБ з довжиною ланцюга С 11-14 становив 70 % на 96 годину культивування, в той час як для дещо коротших ЛАБ (С 10-13) це значення становило лише 57 % на 144 год [26]. З поміж ізомерів ЛАБ найбільше піддавалися деградації сполуки з фенольною групою біля другого атому карбону. Результати біодеградації показали, що вона не піддається "дистанційному принципу" Свішера, який постулює, що розкладання сповільнюється при зменшенні відстані між фенольною групою та центром алкільного ланцюга, а також при зменшенні довжини останнього. Було проаналізовано структуру проміжних сполук і на підставі отриманих даних припущено функціонування цис,цис-муконового шляху розкладу для одних метаболітів, та транс-цинамного для інших. Дане дослідження показало можливість деградації представниками роду Nocardia ще одного класу полютантів [26].
Штами Nocardia opaca T 16 Nocardia sp. P 2 виявили здатність розкладати 1-фенілдодекан, 1-фенілдекан, 3-фенілейкозан та ін. Встановлено, що основним механізмом, по якому здійснюється окиснення даних сполук є β-шлях [22].