Alai

4.3. Îndepărtarea substanțelor chimice perturbatoare ale sistemului endocrin (EDC)

Câteva clase de enzime oxidative s-au dovedit a fi promițătoare pentru îndepărtarea eficientă a EDC care sunt rezistente la tratamentele convenționale ale apelor reziduale. Deși cinetica reacțiilor dintre EDC-uri individuale și enzimele oxidative selectate, cum ar fi HRP, este bine documentată în literatura de specialitate, au existat puține cercetări ale reacțiilor cu amestecuri de EDC-uri . EDC-urile sunt un grup de compuși care, datorită structurii lor chimice, sunt capabili să acționeze ca agoniști sau antagoniști ai hormonilor. Aceștia pot perturba sinteza, secreția, transportul, legarea, acțiunea și eliminarea hormonilor endogeni, care sunt responsabili pentru menținerea homeostaziei, reproducerii, dezvoltării și integrității organismelor vii și a progeniturilor acestora . Aceștia sunt larg răspândiți în mediul înconjurător, dar se găsesc în principal în efluenții de ape reziduale. Mai multe lucrări au raportat oxidarea EDC de către peroxidaza de mangan. Folosind 10 U/mL de peroxidază de mangan din Pleurotus ostreatus, 0,4 mM de bisfenol a fost eliminat în 1 oră. Peroxidazele sunt, de asemenea, utile în eliminarea sau degradarea altor poluanți puternici ai mediului, cum ar fi cloroanilinele și hidrocarburile aromatice policiclice .

4.4. Degradarea bifenililor policlorurați (HAP) Pesticidele

Pesticidele includ o gamă largă de substanțe utilizate cel mai frecvent pentru a controla insectele, buruienile și ciupercile. Expunerea la pesticide la om este asociată cu probleme cronice de sănătate sau simptome de sănătate, cum ar fi probleme respiratorii, tulburări de memorie, afecțiuni dermatologice, cancer, depresie, deficite neurologice, avorturi spontane și malformații congenitale . Descompunerea biologică a pesticidelor este cel mai important și eficient mod de a elimina acești compuși din mediul înconjurător. Microorganismele au capacitatea de a interacționa, atât chimic cât și fizic, cu substanțele care duc la modificări structurale sau la degradarea completă a moleculei țintă .

Peroxidazele extrase din unele specii fungice au un mare potențial de a transforma mai multe pesticide în formă(e) inofensivă(e). A fost studiată transformarea pesticidelor organofosforice de către ciupercile de putregai alb , și a fost raportată transformarea mai multor pesticide organofosforice de către cloroperoxidaza din Caldariomyces fumago. HAP-urile sunt compuse din două sau mai multe inele aromatice fuzionate și sunt componente ale petrolului brut, creozotului și cărbunelui . Cea mai mare parte a contaminării cu HAP provine din utilizarea extensivă a combustibililor fosili ca surse de energie. Peroxidazele și fenol-oxidazele pot acționa asupra unor HAP specifici, transformându-i în produse mai puțin toxice sau mai ușor de degradat. HAP-urile sunt oxidate de peroxidaze, cum ar fi peroxidaza ligninei și peroxidaza manganului . În ciuda versatilității și a potențialului lor de utilizare în procesele de mediu, peroxidazele nu sunt încă aplicate la scară largă. Diverse provocări, cum ar fi stabilitatea, potențialul redox și producția de cantități mari, ar trebui abordate pentru a aplica peroxidazele în transformarea poluanților. Peroxidazele extrase din unele specii fungice au un mare potențial de transformare a mai multor pesticide în forme inofensive. În ciuda versatilității și a potențialului lor de utilizare în procesele de mediu, peroxidazele nu sunt încă aplicate la scară largă. Diverse provocări, cum ar fi stabilitatea, potențialul redox și producția de cantități mari, ar trebui abordate pentru a aplica peroxidazele în transformarea poluanților.

4.5. Degradarea alcanilor și alchenelor clorurate

Contaminarea solurilor și acviferelor de către halocarburile alifatice tricloretilenă (TCE) și percloroetilenă (PCE) utilizate pe scară largă ca solvenți de degresare reprezintă o problemă gravă de poluare a mediului. TCE este supus unei dehalogenări reductive in vitro, catalizată de LiP de P. chrysosporium în prezența alcoolului terțiar, H2O2 și EDTA (sau oxalat), ceea ce duce la producerea radicalilor clorurați reduși corespunzători. Din solul contaminat cu IMZT a fost izolată o tulpină de bacterie IM-4 capabilă să degradeze imazethapyr (IMZT). Această tulpină a demonstrat, de asemenea, capacitatea de a degrada alte erbicide imidazolinonice, cum ar fi imazapyr, imazapic și imazamox . S-a demonstrat, de asemenea, că radicalii hidroxilici extracelulari produși de T. versicolor, prin intermediul ciclului redox al chinonei, catalizează degradarea PCE și TCE . TCE este mineralizat de culturile de P. chrysosporium cultivate aerob. Acești cercetători au propus că TCE este supus unei dehalogenări reductive in vitro catalizată de LiP de P. chrysosporium în prezența alcoolului terțiar, H2O2 și EDTA (sau oxalat), ceea ce duce la producerea radicalilor clorurați reduși corespunzători.

4.6. Degradarea erbicidelor fenoxi-alcanoice și triazinice

Cele mai frecvent utilizate erbicide pentru frunze largi în întreaga lume sunt acidul 2,4-diclorofenoxiacetic (2,4-D) și acidul 2,4,5-triclorofenoxiacetic (2,4,5-T). 2,4-D și, probabil, 2,4,5-T sunt o componentă a Agentului Orange, care a fost utilizat pe scară largă ca defoliant. 2,4-D este destul de sensibil la degradarea bacteriană și, în general, nu persistă mult timp în mediu. Pe de altă parte, 2,4,5-T este relativ mai rezistent la degradarea microbiană și tinde să persiste în mediu. A fost acuzat de boli grave în cazul multor veterani ai războiului din Vietnam, unde au fost expuși la agentul portocaliu care a fost folosit ca defoliant. Aceștia au fost, de asemenea, raportați ca fiind agenți mutageni și, prin urmare, foarte toxici pentru oameni. Peroxidazele ligninolitice ale P. chrysosporium și Dichomitus qualens au fost implicate în degradarea intermediarilor fenolici clorurați de 2,4-D și 2,4,5-T. Aceste rezultate s-au bazat pe creșterea degradării de către D. Squalens a 2,4,5-T și 2,4-D marcate cu inel și cu lanț lateral la adăugarea de Mn2+ (un inductor cunoscut al MnP) în mediu și pe creșterea degradării de către P. chrysosporium în mediu cu azot limitat (în care este indusă atât producția de LiP, cât și de MnP). Atrazina este un erbicid triazinic utilizat în mod obișnuit și este degradat de o serie de ciuperci de putregai alb care produc lactază și peroxidază .

4.7. Degradarea dioxinelor clorurate

Dibenzodioxinele policlorurate (PCDD) sunt un grup de poluanți de mediu foarte toxici care sunt cancerigeni confirmați la om și care tind să se bioacumuleze la om și la animale datorită proprietăților lor lipofile. S-a demonstrat că dibenzodioxinele policlorurate (PCDD) și dibenzofuranii policlorurați (PCDF) sunt degradați de mai multe specii de ciuperci de putrefacție albă, ceea ce sugerează o posibilă implicare a LiP și MnP. O ciupercă P. sordida a produs MnP, dar nu LiP; iar MnP brut a arătat degradarea dioxinelor.

4.8. Degradarea insecticidelor clorurate

Lindanul (izomerul c al hexaclorociclohexanului) a fost un pesticid utilizat pe scară largă în trecut și se estimează că 600.000 de tone de lindan au fost produse la nivel mondial între anii 1950 și 2000. În prezent, există o interdicție globală privind utilizarea lindanului din cauza persistenței sale în mediu ca poluant. S-a raportat că P. chrysosporium cultivat în condiții ligninolitice a mineralizat parțial lindanul în culturi lichide și în soluri îmbibate cu coceni de porumb inoculate cu P. chrysosporium, dar nu s-a observat degradarea lindanului in vitro folosind LiP și MnP purificate din P. chrysosporium . DDT (1,1,1,1-tricloro-2,2-bis-etan), primul dintre insecticidele organice clorurate, a fost folosit destul de mult după cel de-al doilea război mondial. Nivelurile ridicate de DDT găsite în solurile agricole sunt foarte îngrijorătoare, deoarece reprezintă o amenințare serioasă la adresa securității alimentare și a sănătății umane. S-a demonstrat că ciupercile de putregai alb P. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor și Phellinus weirii mineralizează DDT .

4.9. Peroxidaza ca biosenzori

Biosenzorii au fost definiți ca fiind dispozitive analitice care combină strâns elemente de biorecunoaștere cu transductoare fizice pentru detectarea compusului țintă. Mai multe exemple de biosenzori dezvoltați pentru poluanți de mediu relevanți. Biosenzorii pot fi utili, de exemplu, pentru monitorizarea continuă a unei zone contaminate . Aceștia pot prezenta, de asemenea, caracteristici analitice avantajoase, cum ar fi specificitatea și sensibilitatea ridicată (inerente biotestului de recunoaștere biologică specific. H2O2 este considerat mediator al biochimiei patologiei celulare și poate fi implicat în etiologia îmbătrânirii și a bolilor neurodegenerative progresive, cum ar fi boala Parkinson. Datorită rolului său crucial în neurochimie, determinarea concentrației de H2O2 a reprezentat un domeniu de cercetare de un interes considerabil. Metodele electrochimice bazate pe biosenzori de peroxidază s-au dovedit a fi semnificativ avantajoase pentru bioștiințe datorită măsurătorilor directe în timp real și capacității lor de a fi utilizate în aplicații practice . Un nou biosenzor de a treia generație pentru peroxidul de hidrogen a fost construit prin reticularea HRP pe un electrod modificat cu nanotuburi de carbon multipereche . În același timp, biosenzorii oferă posibilitatea de a determina nu numai substanțele chimice specifice, ci și efectele biologice ale acestora, cum ar fi toxicitatea, citotoxicitatea, genotoxicitatea sau efectele de perturbare endocrină, adică informații relevante care, în unele cazuri, sunt mai semnificative decât compoziția chimică. Biosenzorii enzimatici se bazează pe inhibarea selectivă a unor enzime specifice de către diferite clase de compuși, scăderea activității enzimei imobilizate în prezența analitului țintă fiind parametrul frecvent utilizat pentru cuantificare.

A fost dezvoltat un nou biosenzor electrochimic pe bază de mioglobină bazat pe un nanocompozit preparat din nanotuburi de carbon cu pereți multipli care au fost acoperite cu nanoparticule de ceria . O altă aplicație a biosenzorilor cu celule întregi este determinarea cererii biologice de oxigen (BOD). Pesticidele (erbicide, fungicide și insecticide) sunt utilizate pe scară largă în agricultură și în industria din întreaga lume datorită activității lor insecticide ridicate. Biosenzorii sunt potențial utili, deoarece detectează rapid pesticidele și sunt activi în domeniul cercetării de câțiva ani. Un alt biosenzor valoros bazat pe HRP a fost dezvoltat în care au fost filate nanofibre de polivinil pirrolidonă (PVP) cu încorporarea enzimei HRP. Microscopia electronică de scanare (SEM) a nanofibrelor filate a fost utilizată pentru a confirma structura nețesută, care avea un diametru mediu de 155 ± 34 nm. Fibrele care conțin HRP au fost testate pentru determinarea modificării activității lor în urma electrospinării și în timpul depozitării. S-a utilizat un test colorimetric pentru a caracteriza activitatea HRP prin reacția cu covorașele de nanofibre într-o placă de microtitrare și prin monitorizarea modificării absorbției în timp. Metodele de detectare rapidă și sensibilă sunt de cea mai mare importanță pentru identificarea agenților patogeni legați de sănătate și siguranță. Peroxidaza utilizată în dezvoltarea unui test de curgere laterală bazat pe secvențe de acizi nucleici care atinge o limită de detecție scăzută folosind chemiluminiscența și amplificarea enzimatică a semnalului .

4.10. Utilizare în industria celulozei și a hârtiei

Subprodusele secundare ale celulozei (licoarea neagră) și apele reziduale ale fabricii de celuloză cauzează probleme grave de mediu din cauza încărcăturii mari de poluare. Rezolvarea problemelor de mediu ale industriilor de celuloză și hârtie este esențială pentru menținerea industriei forestiere și pentru a răspunde nevoilor economice în schimbare ale comunităților forestiere . Fabricarea celulozei în industriile de celuloză și hârtie implică două procese principale, și anume digestia și albirea lemnului. În procesul de digestie a lemnului, așchiile de lemn sunt fierte în soluție de hidroxid de sodiu și sulfat de sodiu la temperatură și presiune ridicate pentru a sparge așchiile în masă de fibre. Reacția chimică cu fibrele de lemn dizolvă toate materialele de depozit care sunt greu de degradat, iar acești derivați sunt spălați de fibre în timpul procesului de spălare și deshidratare. Diversele extracte din timpul spălării includ în principal lignine, celuloză, fenolici, rășini, acizi grași și taninuri amestecate împreună pentru a obține un deșeu alcalin vâscos de culoare neagră închisă, cunoscut sub numele de lichior negru. Efluentul alcalin reprezintă doar 10%-15% din totalul apelor reziduale, dar contribuie în proporție de peste 90%-95% la sarcina totală de poluare în ceea ce privește pH-ul ridicat, DBO, DCO și culoarea, ceea ce îl face semnificativ toxic pentru mediu. Prin urmare, se justifică tratarea adecvată a lichiorului negru înainte de a fi evacuat în mediu. Metodele biologice de tratare a leșiei negre, care implică utilizarea ciupercilor, bacteriilor, algelor și enzimelor ca tratament într-o singură etapă sau în combinație cu alte metode fizice și chimice, par a fi mai economice și mai prietenoase cu mediul. Dintre metodele biologice încercate până în prezent, cea mai mare parte a literaturii de specialitate se limitează la câteva genuri de ciuperci de putregai alb din cauza sistemului lor enzimatic extracelular nespecific (LiP, MnP și Laccase) implicat în biodegradarea ligninei .

5. Concluzie

Importanța peroxidazei în detoxifierea mediilor poluate se bazează pe capacitatea lor de a cataliza reducerea peroxizilor, cum ar fi peroxidul de hidrogen și oxidarea unei varietăți de compuși organici și anorganici și polimerizarea compușilor toxici sau, prin reacție încrucișată, cu alte fenolice sau cu cosubstanțe cu caracteristici toxice și inofensive și generează produse polimerice (dimeri, trimiși, oligomeri hibrizi), care foarte probabil se vor acumula în sol și/sau în sistemele de apă. Peroxidazele au potențial pentru bioremedierea apelor reziduale contaminate cu fenoli, cresoli și alți efluenți industriali, pentru decolorarea coloranților textile, eliminarea substanțelor chimice perturbatoare endocrine, degradarea pesticidelor, a bifenililor policlorurați, a alcanilor și alchenelor clorurate din sol, a erbicidelor fenoxi-alcanoice, a erbicidelor triazinice, a dioxinelor clorurate și a insecticidelor clorurate. Peroxidazele sunt, de asemenea, utilizate ca biosenzori. Progresele rapide în utilizarea peroxidazei pentru degradarea poluanților au aruncat mai multă lumină asupra strategiilor de bioremediere durabilă a compușilor poluanți și de protecție a mediului prin utilizarea diferitelor enzime. Protecția mediului este influențată de trei factori interconectați: legislația de mediu, etica și educația. Fiecare dintre acești factori joacă un rol important în influențarea deciziilor de mediu la nivel național și a valorilor și comportamentelor de mediu la nivel personal. Pentru ca protecția mediului să devină o realitate, este important ca societățile și națiunile să dezvolte fiecare dintre aceste domenii care, împreună, vor informa și conduce deciziile de mediu.

Recunoștințe

Acestă lucrare a fost finanțată de Council for Scientific and Industrial Research, New Delhi, în cadrul CSIR-NET Junior Research Fellowship acordat unuia dintre autori (NB). Autorii sunt recunoscători CSIR, New Delhi, și Departamentului de Biotehnologie, Universitatea Himachal Pradesh, Shimla.

.