Frankia Bakterisinin Fenol Yıkımı

Bilim r1b 07/04/2021

Frankia bakterisi, aktinorizal nebat simbiyozu, toksik aromatik hidrokarbonlarla kirlenmiş toprakların kolonizasyonunda mühim bir rol oynar. Aktinorizal simbiyozdaki bakteri ile alakalı anlayış, dizilenmiş genomların mevcudiyeti ile büyük seviyede kolaylaştırılmıştır. Bu frankia genomlarının analizi, bu bakterilerin metabolik olarak çeşitli bulunduğunu ve toksik aromatik hidrokarbon bozunması potansiyeline haiz bulunduğunu ortaya koymuştur.

Frankia Bakterisinin Fenol Yıkımı

Fenol yada hidroksibenzen, bir hidroksil grubu ile ikame edilmiş bir benzen halkasından oluşur. Bu molekülün türevleri halk içinde fenolik bileşikler olarak bilinir. Fenolik bileşikler, çeşitli özelliklere ve kullanımlara haiz her yerde bulunan kimyasallardır. En kolay fenolik bileşik olan fenol, petrol ve kömür işlemede, tinktoryal ve metalurjik endüstrilerde ve öteki birçok endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ek olarak çevreye vasıta egzozu kanalıyla ve organik metabolik süreçlerin bir ürünü olarak girer, klorofenoller, tarımsal uygulamalarda biyosit olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.Frankia Bakterisinin Fenol Yıkımı
Antropojenik fenolikler çoğu zaman tehlikeli iken, organik olan bileşikler kahve ve çay şeklinde yiyeceklerde bulunan konsantrasyonlarda çoğunlukla zararsızdır ve bazıları antibiyotik olarak kullanılır. Bununla beraber, bazı fenoliklerin, bilhassa fenol ve klorlu fenollerin toksisitesi, fenol iyileştirmeye adanmış mühim araştırma faaliyetlerine yol açmıştır. Fenol ve klorofenole akut ve kronik maruziyetin sıhhat üstünde ciddi tesirleri vardır. Nihai olarak doku nekrozuna, karaciğer ve böbrek hasarına neden olan lipid peroksidasyonuna niçin olur. Ek olarak, klorofenol maruziyeti, yüksek kanser riski, bağışıklık yetersizlikleri ve teratojenik etkisinde bırakır ile ilişkilidir.

Genel Fenol Bozunma Yolu

Antropojenik fenoliklerin çevreden uzaklaştırılması için en ümit verici tekniklerden biri biyoremediasyondur. Bir çok bakteri, katekol katabolik enzimler, en önemlisi katekol-2,3-dioksijenaz kullanarak fenolikleri bozar. Fenoller ilkin katekol oluşturmak için hidroksile edilir ve hemen sonra katekol-2,3-dioksijenaz, meta konumunda benzen halkasını ayırır. Bu yüzden, katekol-2,3-dioksijenaz ile başlamış olan bozunma yoluna meta yol adı verilir. Meta yolu en yaygın olsa da, bozulması, katekol-1,2-oksijenaz kullanılarak, dolaşım yada orto pozisyonunda bölünme ile başlayabilir.
Halka bölünmesinden sonrasında, 2-hidroksimukonik semialdehit hidrolaz, 4-oksalokrotonat veren bir dekarboksilasyon reaksiyonunu katalize eder. 4-oksalokrotonat, 4-hidroksi-2-oksovalerat oluşturmak için 2-oksopent-4-enoat hidrataz ile hidratlanır. 4-hidroksi-2-oksovalerat aldolaz hemen sonra 4-hidroksi-2-oksovaleratı piruvat ve asetaldehite böler ve bu da hemen sonra merkezi metabolik yollara dâhil edilebilir.

Frankia Bakterisi ve Fenolik Bileşikler

Frankia spp hem üretir hem de fenolik bileşiklerden etkilenir sadece belirsizdiler ve frankia fenolü ile öteki fenolik bileşikleri bozabilir. Frankia fenolikler ilk olarak bitki-mikrop etkileşimleri bağlamında incelenmiştir. Arasındaki belirgin işlevsel ve morfolojik benzerliklere karşın nodüller ve baklagiller, nodülasyonu denetim eden moleküler ve fizyolojik mekanizmalar farklıdır. Bu yüzden, benzersiz nodülasyon süreci açısından hala yoğun bir araştırma alanıdır. Alnus spp (Kızılağaç) bitkileri, frankia ve ek olarak kök eksüdalarında, büyümesini etkileyen alışılmadık derecede yüksek seviyelerde fenoliklere haizdir.
Kontrol edilen alnus fenolikleri, frankia büyümesini çeşitli derecelerde inhibe eder. Spesifik olarak, benzoik asitler, kafein şeklinde sinamik asitlerden daha azca inhibe edicidir. Bununla beraber, bir nebat fenolik, o-hidroksifenilasetik asit, frankia büyümesi ve hem benzoik hem de sinamik asitler, dallara ayrılır. Düşük konsantrasyonlu nebat fenolikleri, bununla birlikte, frankia gen ekspresyonu, yüksek konsantrasyonlar biyosentezi basitçe inhibe eder. İlginç bir halde, ek olarak konakçı bitkisinin fenolik ekspresyonunu artırarak daha çok fenol, flavonoid ve hidroksisinnamik asit üretmesine niçin olur.
Mevcut gıda maddelerini artırmanın bir yolu olarak fenoliklerin atılımını teşvik edebilir. Sadece frankia fenolik bileşikleri indirgeme kabiliyetine haiz olmasına bağlıdır. Hiçbir emek harcama bunu kanıtlamamasına karşın fenolik bileşikleri indirgediğinde, bu bakterinin fenolik maddeleri indirgeme kabiliyetine haiz olabileceğine dair genetik kanıt vardır. İlk olarak, birazcık suşlar, katekol ve öteki fenolik bileşiklerin üretimini kodlayan genlere haizdir. Bakteriler çoğu zaman ürettikleri biyomolekülleri kurtardıklarından, anabolik bir yolun varlığı katabolik bir yolun da mevcut bulunduğunu düşündürür. Ek olarak, birden fazlaca suşlar, fenol degradasyon yolağındaki en mühim enzim olan katekol-2,3-dioksijenaz ihtiva eder. Yakın akraba bir bakteri olan rhodococcus spp, tek karbon deposu olarak fenol ile büyümek için katekol-2,3-dioksijenaz yolunu kullanır. Aynı tür, dolaşım kanalıyla daha inatçı olan pentaklorofenolü de parçalayabilmektedir. Bu, Frankia’nın biyoremediasyon çabalarında uygulanabilecek bir özellik olan fenolü parçalayabileceğini göstermektedir. Birkaç Frankia suşu fenol, kersetin, katekol ve öteki fenolik bileşikler üstünde gelişebilir, sadece bunların parçalanmasının metabolizması çalışılmamıştır.

Frankia ve Naftalin Bozunması

Naftalin, 9 ve 10 karbonda birleştirilmiş iki benzen halkasından oluşan her yerde bulunan bir poliaromatik hidrokarbondur. Naftalin, kömür katranının damıtılması ve kristalleştirilmesiyle, ek olarak fosil yakıt yanması ve sigara dumanının yan ürünü olarak üretilir. Plastik ve reçinelerin üretimi için besleme stoğu ve kreozot bazlı ahşap koruyucuların bir bileşeni olarak dahil olmak suretiyle bir takım endüstriyel uygulamada kullanılır. Naftalin bununla birlikte tentür ve deri tabaklama endüstrilerinde de kullanılmaktadır.
Frankia Bakterisinin Fenol YıkımıBirçok organik kirleticinin aksine, biyolojik olarak birikmez, bunun yerine, metabolize edilir ve idrar kanalıyla atılır. Bununla beraber naftalin, fazlaca sayıda toksik tesiri olan sorunlu bir kirletici olduğundan, akut maruziyet hemolitik anemiye, karaciğer ve nörolojik hasara niçin olur. ek olarak yoğun şekilde maruz kalındığında, yüksek kanser riski ile ilişkilidir. Naftalinin toksisitesi ve bir kirletici olarak yaygınlığı, biyoremediasyon ve biyolojik bozunma dâhil olmak suretiyle iyileştirme teknikleri üstüne araştırmaları teşvik etmiştir.
Naftalin biyolojik bozunma yolu ilk olarak bir suşta incelenmiştir, ek olarak pseudomonas bakterisi ile ilişkili naftalinin alt ve üst olarak iki bozunma yoluna haizdir. Üst yol, salisilat ve bir piruvat molekülü üretmek için naftalini katabolize eder, alt yol ise salisilatı asetil Co-A ve piruvata ayırır. Üst yolun ilk adımı dört protein tarafınca katalize edilir ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• Naftalin dioksijenaz redüktaz,
• Naftalin dioksijenaz ferredoksin,
• Naftalin dioksijenaz
• Fe-S proteini minik ve büyük alt birimler,
Bu enzim koleksiyonu cis-naftalin dihidrodiol ile dehidrojenize edilir, peşinden naftalin cis-dihidodiol dehidrojenazı oksitleyerek 1,2-dihidroksi naftalin oluşturur.

Frankiada Naftalin Bozunması

Frankia naftalini ilgili bir yolla tek bir karbon ve enerji deposu olarak metabolize eder. Bilhassa, naftalini yada bir türevini asetil Co-A ve süksinil Co-A’ya dönüştürmek için protokateşat yolunu kullanır. Bu bulgu, daha önceki saha çalışmalarında öne sürülen naftalin bozunmasında bulunmuştur. Frankia kızılağaçlarla ortak yaşamında, petrol-kum atıklarında ilk 1,5 yılda poliaromatik hidrokarbon bozunmasını artırırken, 2,5 yıl sonrasında, eşit naftalin bozunması gösterir. Kızılağaç simbiyozu, PAH kontamine alanlarda gelişir. İlginç bir halde, bu PAH ile kontamine alanlarda bulunan kızılağaç bitkileri, frankia düzgüsel soy 1’in aksine soy 3, bu kirletici maddenin aktinorizal bitkilerin yumrulanmasını yada hayatta kalmasını etkilediğini düşündürmektedir. Beraber ele alındığında, bu bulgular frankia naftalin iyileştirmede yararlı bir vasıta bulunduğunu göstermektedir.

Protocatechuate

Oksik koşullar altında, birçok aromatik bileşiğin ß-ketoadipat yolunun katekol yada protokateşat dalı kanalıyla mikrobiyal bozunması, orto katekol 1,2-dioksijenaz ve protokat 3,4-dioksijenaz ile bölünme yada meta-katekol-2,3- dioksijenaz ve protokateşat-4. 5-dioksijenaz ile bölünmeyle gerçekleşir.

Frankiada Potansiyel Protokatekat Bozunma Yolu

Protochatechuate yolu olan Frankia QA3’ün yanı sıra, mevcut Frankia genomlarının biyoinformatik analizinden birkaç başka potansiyel protokateşat yolu tanımlanmıştır. Frankia EuI1c’de, varsayılan bir protokol yangın yolu için potansiyel bir operon tanımlanmıştır. Bu operon, protokatekat 3,4-dioksijenaz alfa ve beta alt birimleri, fumarat liyaz, 3-oksoadipat enol-laktonaz ve 4-hidroksibenzoat 3-monooksijenaz dahil varsayılan yolda yer edinen tahmini gen ürünlerini kodlar. Bu gen ürünleri, içinde bulunan protokateşüat bozunma yoluna benzer. Elde edilmiş sonuçlara gore frankia protokateküata dönüştürüldükten sonrasında birçok aromatik halka bileşiğini bozmak için protokatekat bozunma yolunu kullanabilir.

Hidrokarbonlar

Petrol bazlı enerji ve ürünler dünya genelinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Petrolün yaygınlığı kaçınılmaz olarak ciddi çevre kirliliğine neden olur. Petrol, hidrokarbonlar, sikloalkanlar, aromatik hidrokarbonlar ve asfaltenler şeklinde daha karmaşık kimyasalların karmaşık bir karışımıdır. Petrojenik bileşikler olarak adlandırılan bu kimyasallar ve bunların türevleri, petrol dökülmeleri ve petrol bazlı ürünlerin yanması sonucunda çevreye salınır. Petrol sızıntıları, petrol kirliliğinin en ciddi kaynaklarından biridir, aynı zamamanda su ve deniz ortamlarını tahrip eder. Petrolün iyileştirilmesi için yeni yöntemler belirlemeye yönelik devam eden araştırmalar önemlidir. Zira petrol sızıntıları ve petrolden meydana gelen öteki kirlilik türleri çevresel sıhhat riskleri yapmaya devam etmektedir.
Hidrokarbon parçalayan bakteri ve mantarlar, deniz ve tatlı su ortamlarının yanı sıra toprak habitatlarında da yaygın olarak bulunur. Pseudomonasalkan hidroksilaz (monooksijenaz) sistemi alkan hidroksilaz (AlkB), rubredoksin ve rubredoksin redüktaz olarak üç bileşenden oluşur. Bu sistem, n-alkanların kullanımındaki ilk oksidasyon adımından mesuldür. Alkan indirgeyen çeşitli bakterilerde benzer alkan hidroksilaz sistemleri bulunmuştur. 2B5 suşu, yeni bir alkan hidroksilaz geni kanalıyla tek karbon deposu olarak ham petrolden C13 – C30 n-alkanları ve dallı alkanları (saf ve fitan) indirger. Öteki akinetobakter tek karbon deposu olarak zincir uzunluğu C10 – C40 olan n-alkanları kullanabilirler. Ek olarak, ikide birden fazla alkan hidroksilaz varlığı Rhodococcus suşlar karakterize edilir ve her iki organizma minimum dört alkan monooksijenaz gen homologudur.
Bir biyoinformatik yaklaşım, frankia suşlar sekanslananlar içinde bu potansiyel hidrokarbon bozunma yollarını tanımlamak için kullanılmıştır. Malum hidrokarbon bozunma yolları için fonksiyonel olarak çözümleme edilen genler, frankia genom veritabanı ve potansiyel yolları tanımlar. Meydana getirilen çalışmanın ilk verilerine göreda, F. alni ACN14a genomu, n-alkanların varsayılan bir alkan-1 monooksijenaz genine parçalanmasında rol oynayan malum enzimlerden biridir. Dahası, benzer bir gen frankia sp’ta da EAN1pec genomu bulunmuştur ve bu biyoinformatik sonuçlar hipotezi desteklemektedir. Frankia petrol sızıntısı kaynaklı hidrokarbonları bozabilir, bununla beraber, bu ön sonuçların daha çok araştırılması gerekir.
Frankia Bakterisinin Fenol YıkımıMetabolik kapasiteyi gen işlevi ile ilişkilendiren emek harcamalar, bakterileri biyoremediasyon kabiliyetleri için kullanmanın ilk adımıdır. Benzeri olmayan metabolik potansiyeli aydınlatmak için daha çok biyoinformatik veri madenciliği gereklidir. Sadece bunlar silikoda emek harcamalar bu kabiliyetleri doğrulamak için laboratuvar deneyleri gerektirir. Sınırı olan saha çalışmalarına gore, aktinorizal nodül işgalinin çevresel koşullar tarafınca denetim altında olduğu görülmektedir. Frankia varlığı PAH stresli topraklarda bulunan kızılağaç nodüllerinin içinde bulunan soy 3 suşları, bu soyun daha büyük bir metabolik potansiyele haiz olabileceğini düşündürmektedir. Bu soyun öteki enfektif suşlara kıyasla daha büyük genom boyutu da bu hipotezi desteklemektedir. Sadece, bu varsayımı doğrulamak için daha çok emek harcamalar gereksinim vardır.

Kaynakça:
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24350296/
sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128234143000113

Yazar: Hasret Güvenç Aðğoğlu

#Aktinobakteriler #aromatik hidrokarbon bozunması #biyoinformatik #biyoremediasyon #Frankia s-triazinleri #PAH
Bir yorum bırak
Mail adresiniz kimseyle paylaşılmayacaktır.