Applications of corrosion-causing bacteria in cleaning some environmental pollutants (Petrochemical products)

Document Type : Review Paper

Authors
Rouha Kasra Kermanshahi
Elahe Mobarak Qamsari
Department of Microbiology, Alzahra University, Faculty of Biological Sciences, Tehran, I.R. of Iran
10.22034/cmr.2024.8352.3289
Abstract
Corrosion under the effect of microorganisms is one of the types of corrosion in which, the microorganism may initiate, facilitate or accelerate corrosion reactions. In most cases, the negative aspect of corrosion-causing bacteria has been researched. In this review article, the positive ability this type of bacteria is discussed as an opportunity for cleaning and biodegradation of a number of organic pollutants in the environment. The results showed that the corrosive bacteria are able to biodegrade and clean petrochemical products such as polycyclic hydrocarbons (PAH) and polyurethane polymer. Microbial degradation of PAH depends on the environmental conditions, the number and type of microorganisms, the nature and chemical structure of the chemical compound being degraded. For example, the genus Pseudomonas includes many naphthalene-decomposing aerobic bacteria and constitutes 86.9% of hydrocarbon-decomposing microorganisms in gasoline-contaminated underground aquifers. There are five different aerobic biodegradation pathways for toluene, each initiated by single or double oxygenase activity. Also, the path of anaerobic decomposition of toluene to benzoyl coenzyme A has been found in a number of bacteria that cause corrosion, such as Rhodococcus, Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens. Among bacteria, some well-studied polyurethane-degrading organisms include Acinetobacter, Bacillus subtilis, Corynebacterium, Comamonas acidovorans, and members of the genus Pseudomonas. Considering the identification of biodegradation pathways of organic substances attract the attention of a number of researches to bacteria that cause corrosion, and considering the lack of harmful effects on living organisms, the use of this group of bacteria are suggested for cleaning pollutants in soil and water environments.

Keywords

Subjects

کاربرد باکتری‌های عامل خوردگی در پاکسازی برخی آلاینده‌های محیط زیست (محصولات پتروشیمی)

روحا کسرای کرمانشاهی٭ و الهه مبارک قمصری

ایران، تهران، دانشگاه الزهرا(س)، دانشکده علوم زیستی،گروه میکروبیولوژی

تاریخ دریافت: 02/11/1402          تاریخ پذیرش: 26/09/1403

چکیده

خوردگی تحت اثر میکروارگانیسم­ها یکی از انواع خوردگی می‌باشد که در آن میکروارگانیسم­ها واکنش­های عامل خوردگی را شروع، تسهیل یا تسریع می­کنند. در اکثر مواقع جنبه منفی باکتری‌های عامل خوردگی مورد تحقیق قرار گرفته است. در این مقاله مروری، به توانمندی مثبت باکتری‌های عامل خوردگی، به عنوان فرصتی برای پاکسازی و تجزیه‌ی زیستی تعدادی از آلاینده‌های آلی محیط زیست پرداخته می‌شود. نتایج نشان داد که باکتری‌های عامل خوردگی قادرند سبب تجزیه زیستی و پاکسازی محصولات پتروشیمی مانند هیدروکربن‌های چند حلقه‌ای (PAH)،  و پلیمر پلی‌یورتان شوند. به عنوان مثال، جنس سودوموناس شامل بسیاری از باکتری­های هوازی تجزیه کننده نفتالین بوده و 9/86 درصد از میکروارگانیسم­های تجزیه­کننده هیدروکربن موجود در سفره های زیرزمینی آلوده به بنزین را تشکیل می­دهد. پنج مسیر تجزیه زیستی هوازی مختلف برای تولوئن که هر یک از طریق فعالیت اکسیژناز تکی یا دو تایی شروع می­شود، وجود دارد. همچنین مسیر تجزیه­ی بی­هوازی تولوئن به بنزوئیل کوآنزیمA  در تعدادی از باکتری­ها که عامل خوردگی می­باشند مانند رودوکوکوس، سودوموناس پوتیدا و سودوموناس فلورسنس یافت شده است. در میان باکتری ها، برخی از ارگانیسم های تجزیه کننده پلی یورتان که به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اند عبارتند ازAcinetobacter، Bacillus subtilis، Corynebacterium، Comamonas acidovorans و اعضای جنس Pseudomonas.  با توجه به شناسایی مسیرهای تجزیه زیستی آلاینده­های پتروشیمی در محیط زیست و اینکه مواد حدواسط به وجود آمده از آن‌ها بی­خطر هستند و با درنظر گرفتن  عدم اثر مضر بر موجودات زنده، استفاده از این گروه از باکتری­های عامل خوردگی جهت پاکسازی آلاینده­ها در محیط­های خاک و آب پیشنهاد می­شود.

واژه های کلیدی: باکتری­ها، خوردگی، آلاینده­های محیط زیست، هیدروکربن­های چند حلقه­ای

* نویسنده مسئول، پست الکترونیکی: rkasra@yahoo.com

مقدمه

 

آلودگی­های آلی شامل طیف وسیعی از ترکیبات آلی است که عمدتاً بر اثر فرآیندهای صنعتی تولید و وارد خاک و آب می­شوند. آلاینده های آلی در مقایسه با ترکیبات معدنی (غیر از رادیواکتیو) عمدتاً از اثرات مخرب زیست محیطی گسترده­ای برخوردار هستند. مهم­ترین آلاینده­های آلی شامل نفت و مشتقات آن، ترکیبات ناشی از فرآیندهای سوخت ناقص هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه­ای و هم­چنین پلیمر پلی­یورتان و برخی تولیدات پتروشیمی می­باشد (3، 6). در ادامه به تجریه زیستی تعدادی از آلاینده­ها در محیط زیست توسط باکتری­ها پرداخته می شود. تغییر حالت ترکیبات آلی آلاینده توسط میکروارگانیسم­ها به چند دسته تقسیم می­شود که عبارت است از تجزیه زیستی، کومتابولیسم، انباشت، تاثیر ثانویه فعالیت­های میکروبی، پلیمری شدن.

تجزیه زیستی توسط میکروارگانیسم­ها تابع موارد زیر می­باشد:

1)  تماس اولیه که باعث جذب یا دسترسی فیزیکی به بستره می­شود.

2)  ترشح آنزیم­های خارج سلولی جهت تجزیه بسترها، بخصوص پلیمرها.

3)  جذب بستره های محلول یا فرآورده های حاصل از هیدرولیز پلیمر ها از طریق سیستم های انتقال.

4)   متابولیسم درون سلولی که اغلب قابل القا بوده و توسط پلاسمیدها رمزگذاری شده است.

5)  بسیاری از فرایند های تجزیه زیستی تنها بر اساس یک ارگانیسم عمل نمی­نمائید و در اکثر موارد همیاری چند میکروارگانیسم استفاده می­شوند، دستکاری ژنتیکی این نوع میکروارگانیسم های تجزیه کننده می­تواند باعث بهبود سرعت تجزیه زیستی شود (1، 5).

روش کارهای به کار رفته در این پژوهش ها

در این مطالعه مروری که در سال­های اخیر انجام شده است از تعدادی مقالات مربوط به تحقیقات انجام شده توسط نویسندگان مقاله و کار محققان دیگر در زمینه تجزیه‌ی زیستی تعدادی از آلاینده های شیمیایی در محیط زیست در پایگاه‌های اطلاعاتی مختلف استفاده شد. معیارهای ورود به مطالعه که برای انتخاب هر مقاله جهت بررسی اعمال شد شامل مرتبط بودن با هدف مطالعه، کیفیت مناسب مطالب ارائه شده در مقاله و در دسترس پذیر بودن داده های مورد نیاز در مقاله بود.

نتایج و بحث

در اینجا تجزیه زیستی تعدادی از آلاینده­ها در محیط زیست توسط باکتری­های عامل خوردگی مورد بررسی قرار می­گیرد.

هیدروکربن­ها و تجزیه زیستی آن­ها توسط  باکتری­ها

ترکیبات آلی که فقط حاوی کربن و هیدروژن می­باشند، هیدروکربن نامیده می­شوند. این مواد فرآورده های طبیعی هستند که به فراوانی بصورت آلیفاتیک و آروماتیک یافت می­شوند مانند متان یا بنزن که از ترکیبات ساده این گروه هستند و مولکول­های بزرگ که شامل نفت و ذغال سنگ می­باشند. مشخصه هیدروکربن­ها تجزیه زیستی آن­هاست که در شرایط هوازی انجام می­شود. مرحله اول در تجزیه هیدروکربن توسط باکتری، وارد شدن اکسیژن به داخل مولکول با آنزیم اکسیژناز است. واکنش­های اکسیداسیون یک یا دو گروه  -OHبه داخل ساختار هیدروکربن وارد می­سازند. هیدروکربن برای هر گروه -OH  اضافه شده توسط دو الکترون اکسید می­شود ولی ارگانیسم­­ها الکترون­ها را به صورت NADH بازیابی نمی­کنند. در حقیقت واکنش های مونواکسیژناسیون که یک -OH  اضافه می­کنند، یک NADH مصرف می­نماید. هیدروکربن­های حلقوی در غیاب اکسیژن تجربه زیستی می­شوند (21).  در مسیرهای متابولیکی این روش از اکسیژن آب یا کربوکسیلات به داخل حلقه آروماتیک استفاده می­شود. البته امروزه مشخص شده که هیدروکربن­های آلیفاتیک هم تحت شرایط بی­هوازی در غیاب اکسیژن تجزیه می­شوند. در اینجا تجزیه زیستی هوازی و بی­هوازی هیدروکربن­های خطرناک یعنی ترکیبات BTEX و هیدروکربنه­ای آروماتیک چند حلقه­ای (PAH) به عنوان نمونه­هایی از تجزیه زیستی آن­ها ارائه می­گردد (2، 25(.  

هیدروکربن­های آروماتیک چند حلقه­ای(PAH) مانند آنتراسن، نفتالن و فناترن، سمی­ترین و سرطان­زاترین آلاینده­ها بوده و آسیب های جدی به محیط زیست  وارد می­کنند. این ترکیبات غالباً توسط صنایع پتروشیمی به محیط زیست تخلیه می­شوند. ولی منابع دیگری نیز باعث وارد شدن آن­ها به اکوسیستم­های آب و خاک می­گردد مانند صنایع داروسازی، رنگ، لاستیک، پلاستیک، فاضلاب های صنعتی، خانگی و سایر صنایع که این امر بطور مستقیم یا غیر مستقیم به انسان منتقل و عوارض متعددی از جمله سرطان را منجر می­گردد. علاوه بر سه ماده فوق الذکر فلورن، کریزن، فلورانتن، پیرن و مشتقات آن­ها را نیز می­توان نام برد (26).

ترکیبات (PAH) دارای منشا آلودگی های متفاوتی هستند. تولید این ترکیبات از سه طریق صورت می­گیرد. منشا سوختی با احتراق ناقص، منشا نفتی، منشا دیاژنتیک که بر اثر فرآیندهای تجزیه مواد آلی و محصولات آن منجر به تولید PAH می­شوند.

ته نشین شدن مواد آلی در رسوبات، باقی ماندن آن­ها به مدت طولانی و در نهایت تجزیه آن­ها منجر به تولید نفت و یا ذغال سنگ می­شوند. برای برطرف نمودن آلاینده های نفتی راه حل­های زیستی و غیر زیستی مطرح می­باشد. فناوری پاکسازی پسماندهای نفتی و صنعتی متنوع بوده و مهم­ترین آن­ها عبارتند از:

۱) روش ترومیک: سوزاندن مواد و پسماندها

۲) روش فیزیکی: مدفون کردن پسماند ها

۳) روش شیمیایی: محلول کردن پسماند ها

 ۴) روش فیزیکوشیمیایی: استفاده از عواملی مانند واکنشگرها

 ۵) روش زیستی: تخریب و تجزیه توسط میکروب­ها

پاکسازی زیستی یکی از روش­های اصلی پاکسازی محیطی می­باشد که در این روش از موجودات زنده به ویژه باکتری­ها، قارچ ها و گیاهان به منظور تجزیه آلاینده­های محیطی و تبدیل آن­ها به ترکیبات غیر سمی استفاده می­شود (7، 21).

در ادامه به تجزیه زیستی (PAH) توسط پاکتریها پرداخته می­شود.

تجزیه زیستی هیدروکربن­های آروماتیک چند حلقه­ای (PAHs)

 PAHهیدروکربن­های معطر با دو یا چند حلقه بنزن هستند. آن­ها آلاینده­های محیطی پراکنده­ای هستند که اثرات زیستی مضر، سمیت، جهش­زایی و سرطان­زایی دارند. با توجه به مقاومت ناپذیری، پتانسیل تجمع زیستی و فعالیت سرطان­زایی PAH ها نگرانی­های زیست محیطی قابل توجهی را به خود جلب کرده اند. اگرچه PAH ممکن است تحت جذب، تبخیر، فتولیز و تخریب شیمیایی قرار گیرد، تخریب میکروبی فرآیند اصلی تخریب است. تجزیه PAH به شرایط محیطی، تعداد و نوع میکروارگانیسم­ها، ماهیت و ساختار شیمیایی ترکیب شیمیایی در حال تجزیه بستگی دارد (24).  آن­ها از طریق معدنی سازی به مواد معدنی، H2O، CO2 (هوازی) یا CH4 (بی­هوازی) به متابولیت های با پیچیدگی کمتر تبدیل می­شوند و سرعت تجزیه زیستی به pH، دما، اکسیژن جمعیت میکروبی، درجه سازگاری، دسترسی به مواد مغذی بستگی دارد. تعدادی از گونه های باکتریایی شناخته شده اند که PAHs را تجزیه می­کنند و بیشتر آن­ها از خاک یا رسوبات آلوده جدا شده اند (22). سودوموناس آئروژینوزا، سودوموناس فلورسنس، مایکوباکتریوم، هموفیلوس، رودوکوکوس، پانی باسیلوس برخی از باکتری­های تجزیه کننده PAH هستند که معمولاً مورد مطالعه قرار می­گیرند. آنزیم­های دخیل در تجزیه PAHs اکسیژناز، دهیدروژناز و آنزیم­های لیگنولیتیک هستند. تجزیه زیستی PAHs در هر دو شرایط هوازی و بی­هوازی مشاهده شده است و میزان آن را می­توان با پیش تیمار فیزیکی شیمیایی خاک آلوده افزایش داد. افزودن باکتری­های تولیدکننده بیوسورفکتانت و روغن­های سبک می­تواند شرایط تجزیه زیستی PAHs و پتانسیل متابولیک جامعه باکتریایی را افزایش دهد. فعالیت­های زیستی فشرده در چنین اکوسیستمی منجر به نرخ بالایی از فرآیندهای اتوتروف و هتروتروف می­شود که باعث تخریب قابل توجهی می­گردد. باکتری بی­هوازی احیا کننده سولفات و نیترات قادر به تجزیه PAHs هستند. بیشتر باکتری­ها از جنس سودوموناس هستند. جنس سودوموناس شامل بسیاری از باکتری­های هوازی تجزیه کننده نفتالین است و 9/86 درصد از میکروارگانیسم­های تجزیه­کننده هیدروکربن موجود در سفره های زیرزمینی آلوده به بنزین را تشکیل می­دهد. تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک باکتری­های کاهش دهنده گوگرد تجزیه کننده PAH نشان داد که ارگانیسم­های تجزیه­کننده غالباً متعلق به جنس Desulfobacterium است. از تمام مطالعات انجام شده تا به امروز بر روی ترکیبات معطر مختلف مانند فنل­ها­، کرزول­ها، آنیلین­ها، بنزوات­ها، تولوئن، بنزن، زایلن­ها، ترکیبات نیتروآروماتیک و کلردار و بسیاری دیگر، می­توان نتیجه گرفت که باکتری­های بی­هوازی از استراتژی مشابه با باکتری­های هوازی پیروی می­کنند (3).  ابتدا ترکیبات معطر متنوع به چند واسطه مرکزی تبدیل می­شوند. متعاقباً حلقه معطر فعال و شکافته می­شود و ترکیبات غیر حلقوی حاصل به متابولیت­های مرکزی تبدیل می­شوند. در شرایط بی هوازی واسطه های اصلی بنزوات یا بنزوئیل –CoA و به میزان کمتری، رزورسینول و فلوروگلوسینول هستند. واکنش­های درگیر در فرآیندهای کانالی که منجر به واسطه­های مرکزی می­شوند شامل کربوکسیلاسیون، دکربوکسیلاسیون، هیدروکسیلاسیون، دهیدروکسیلاسیون کاهشی، دآمیناسیون، دکتوریناسیون، برش آریل اتر و واکنش­های لیاز می­باشد. واسطه­های معطر مرکزی به طور تقلیلی مورد حمله قرار می­گیرند و با هیدرولیز شکافته می­شوند. محصولات غیر حلقوی حاصل با اکسیداسیون p به متابولیت­های مرکزی تبدیل می­شوند. در شکل (1) نمونه­ای از تجزیه­ی زیستی بی­هوازی فنانترن نشان داده شده است (20). در سال 2002 کسرای کرمانشاهی و همکاران باکتری­های تجزیه کننده فنانترن و آنتراسن را جداسازی و متابولیت­های حاصل از تجزیه زیستی آن­ها را تعیین نمودند (5).

 

شکل 1- مسیر پیشنهادی تجزیه­ی بی هوازی فناترن توسط باکتری­های احیا کننده سولفات

 

تجزیه زیستی هوازی نفتالن

نفتالین مانند سایر PAH از طریق احتراق ناقص ترکیبات آلی، تجزیه در اثر حرارت، نشت نفت، فرآوری نفت، دفع زباله­های خانگی و استفاده از دئودورانت­ها در محیط آزاد می­شود. یکی از راه­های اصلی سم زدایی چنین ترکیباتی در محیط طبیعی تخریب میکروبی آن­ها است. برای اولین بار مسیر تجزیه نفتالین در سودوموناس­ها بررسی شد. مشخص شد که سالیسیلات یک واسطه کلیدی است. برای مدتی این مسیر به عنوان اصلی­ترین مسیر در تخریب باکتریایی نفتالین در نظر گرفته می­شد. باکتری­هایی مثل  Arthrobacter، Pseudomonas putida، Pseudomonas stutzeri،fusiformis  Bacillus ،  naphthovorans Neptinomonas ، Rhodococcus ، Sphingomonas قادر به تجزیه تفنالین به شکل هوازی می­باشند (4، 6). در شکل 2 مسیر تجزیه هوازی نفتالین نمایش داده شده است. در سال ۲۰۱۵ شیری و همکاران توانستند باکتری Acinetobacter baumannii kss1060 که از پساب کارخانه پتروشیمی جداسازی و شناسایی کرده بودند را برای تیمار پساب آن جهت تجزیه زیستی-N  هگزان بکار ببرند.  زیرا امروزه هیدروکربن­ها دارای پراکندگی وسیعی در محیط زیست هستند و علت آن نیز کاربرد بسیار زیاد محصولات نفتی بوده و ترمیم زیستی یکی از فناوری های تیمار مکان های آلوده با هیدروکربن ها می­باشد. در پژوهش مزبور این باکتری توانست در شش روز  ۶۳ درصد از -N  هگزان را تجزیه نماید و آنرا تبدیل به موادی با خطر کمتر نماید (25).

 

شکل 2- تجزیه زیستی هوازی نفتالن

 

تجزیه ی زیستی تولوئن توسط باکتری­ها

تولوئن یا متیل بنزن، یک هیدروکربن آروماتیک معطر می باشد. این مایع شفاف بی رنگ و محلول در آب است. این ماده به عنوان یک حلال آلی استفاده می­شود. ولی ماده شیمیایی معدنی مانند گوگرد را نیز حل می­کند. تولوئن یک هیدروکربن با فرمول C7H8)) می­باشد و حلال صنعتی برای ساخت رنگ، مواد شیمیایی، دارو سازی و لاستیک بوده و یک ترکیب سمی برای انسان و محیط زیست می­باشد.

تجزیه زیستی توسط گونه­های هوازی در دو مرحله صورت می­گیرد. یکی اکسیداسیون گروه عاملی کتون توسط اکسیژن­های مولکولی و مرحله دوم تجزیه مولکول پر انرژی به CO2 و آب. مانند هیدروکربن­ها، اولین مرحله اکسیداسیون مشکل بوده و مستلزم وجود اکسیداز همراه با اکسیژن مولکولی و انرژی به صورت NADH می­باشد. اکسیدازهای مختلف می­توانند شروع کننده تجربه BTEX باشند. در شکل (3) چهار واکنش منواکسیژناسیون و یک واکنش دی­­اکسیژناسیون تولوئن نشان داده شده است. دی­اکسیژنازها در هر بار دو اتم اکسیژن (دومین مسیر از بالا) اضافه می­کنند. در حالیکه مسیر اکسیژناز در هر بار  یک اتم اکسیژن به حلقه (سه واکنش زیر) یا گروه متیل (واکش بالایی ) اضافه می نماید و تقریباً همه­ی مسیر های هیدروکربن­های آروماتیک (تا جایی که در آن دو گروه هیدروکربن مجاور یکدیگر در حلقه قرار گیرند) حاوی واکنش های اکسیداسیون هستند. آنگاه حلقه در اثر اضافه شدن اکسیژن بیشتر بین دو کربن متصل شده و به گروه های هیدروکسیل (شکافت ارتو) یا در یکی از دو پیوند دوتایی مجاور (شکافت متو ) شکسته می شود. حاصل این امر تشکیل ترکیبات آلیفاتی کربوکسیلی است که می­توانند در اثر واکنش­های هیدروژن زدا و هیدروکسیلاسیون بیشتر اکسیده شود (21).

 

شکل 3- پنج مسیر تجزیه زیستی هوازی مختلف برای تولوئن که هر یک از طریق فعالیت اکسیژناز تکی یا دو تایی همراه با اکسیژن مولکولی شروع می­شود.

 

یافته جدید این است که ترکیبات BTEX را می­توان تحت شرایط بی اکسیژن تجزیه زیستی نمود. اولین گزارش از بین رفتن زایلین در یک توده بی هوازی منتشر شد. یکی از این مسیرها برای تولوئن در شکل (4) آورده شده است. پدیده قابل توجه ورود اکسیژن از طریق اضافه کردن فومارات به مولکول می­باشد. فومارات به عنوان فرآورده میانی در تجزیه بی هوازی تولوئن تشکیل می­شود. اضافه شدن فومارات نمونه­ای از موقعیت کلی اضافه کردن گروه­های کربوکسیلات (فومارات دو گروه کربوکسیلات دارد). به عنوان روشی برای اضافه کردن اکسیژن به مولکول آروماتیک در غیاب O2 می­باشد. مسیر اکسیداسیون بی هوازی تولوئن به بنزوئیل کوآنزیمA  benzoyl-CoA)  (شامل یک واکنش اولیه است که توسط بنزوئیل  سوکسینات سنتاز، یک آنزیم رادیکال گلایسیل که گروه متیل تولوئن را به پیوند دوگانه یک سوبسترای  کاتالیز می­کند. آنزیم­های شرکت کننده در اکسیداسیون β بنزیل سوکسینات ناشناخته هستند. شکل (4) مسیر تجزیه بی­هوازی تولوئن به بنزوئیل کوآنزیمA  توسط باکتری­های Thauera aromatic، Methanogenic consortium، Denitrifying bacterium، Geobacter را نشان می­دهد (2). مطالعات محدودی در زمینه شناسایی سویه­های دنتیریفایر که توانایی رشد در حضور تولوئن در هر دو شرایط هوازی و بی­هوازی گزارش شده است اما جزئیات مسیرهای مورد استفاده شناخته نشده است. به عنوان مثال باکتری دنیتریفایر Azoarcus evansii تجزیه 2-آمینوبنزوات، بنزوات و فنیل استات را با تیواستریفیکاسیون CoA در هر دو شرایط هوازی و بی­هوازی آغاز می­کند و از مجموعه­های مختلفی از آنزیم­ها استفاده می­شود (21، 26).

 

شکل 4- مسیر تجزیه­ی بی­هوازی تولوئن به بنزوئیل کوآنزیمA . تعدادی از باکتری­ها که عامل خوردگی بوده و قادر به حذف تولوئن هم می­باشند مانند رودوکوکوس، سودوموناس پوتیدا و سودوموناس فلورسنس

 

پلیمر ها و تأثیر باکتری ها بر روی آن ها

امروزه با توجه به مصرف بسیار زیاد پلیمرهای مقاوم به تخریب زیستی، تجمع ضایعات پلیمری در طبیعت به وجود آمده است. یکی از پلیمرها  که در ساخت لاستیک اتومبیل، سوخت جت و غیره کاربرد دارد پلیمر پلی یورتان می­باشد که برای این نوع پلیمرها تا وقتی که مورد استفاده می­باشد، حفاظت از تخریب زیستی آن­ها در انبارها اهمیت داشته، ولی بعد از مصرف باید بتوان آن­ها را از محیط زیست پاکسازی نمود. پلی یورتان در ساختار خود دارای پیوند یورتانی می باشد که این پیوندها به هیدرولیز توسط آنزیم های میکروبی حساس می باشند. در میان باکتری ها، برخی از ارگانیسم های تجزیه کننده پلی یورتان که به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اند عبارتند از: Acinetobacter، Bacillus subtilis، Corynebacterium، Comamonas acidovorans و اعضای جنس Pseudomonas (23). در این راستا کسرای کرمانشاهی و همکاران در سال 1993 باکتری­ها و قارچ­هایی که سبب زیست تخریب پلیمر پلی­یورتان، نوع الاستومر پلی­اتری می­شدند را جداسازی و شناسایی و به مدت شش ماه اثرات آن­ها را بررسی نمودند. نتایج نشان داد که تغییرات ساختار پلیمر پلی یورتان مورد آزمایش، بستگی به شرایط محیطی اعمال شده در آزمایش دارد (4، 5). کسرای کرمانشاهی و همکاران در سال  1995 نشان دادند که هشت گونه از باکتری­های گرم مثبت توانایی تجزیه زیستی پلیمر پلی یورتان را دارند که اثر تخریب کنندگی باکتری های مزبور بر روی پلیمر پلی یورتان یکسان نبوده و از این نظر به چهار دسته تقسیم می­شوند که در هر گروه بر روی پیوند خاصی از پلیمر اثر گذاشته و آن را می شکنند. تعدادی از این باکتریها عامل خوردگی هم می­باشند اما می­توان برای پاکسازی محیط زیست استفاده شوند (6).

کسرای کرمانشاهی و همکاران در سال 1999 گزارش دادند جهت پایدار سازی این پلیمر در برابر زیست تخریب باکتریایی اثر پرتو دهی در ناحیه فرابنش(uv)  با طول موج 7.253  نانوتر و شدت  µW/cm2 152در مدت زمان هایی حدود ۵۵ تا 60 دقیقه برای جلوگیری از تخریب باکتریایی بطور تقریباً کامل مؤثر است )2(. کسرای کرمانشاهی و همکاران در سال 2002 از روش­های مختلفی جهت جلوگیری از تخریب زیستی پلیمر پلی یورتان پلی اتری توسط هشت گونه باکتریایی که قبلاً آن­ها را شناسایی و جداسازی کرده بودند و اثر تخریبی آن­ها را نشان داده بودند، استفاده نمودند )3(. در روش اول از  عوامل شیمیایی برای پوشاندن سطح پلیمر از محلول­های آهن کلرید فریک، هیپو کلریت سدیم و بی کربنات سدیم استفاده نمودند و در روش دوم، در پلیمر مزبور ایجاد خاصیت ضد میکروبی با بکارگیری سولفات فرو در طی فرآیند تولید پلیمر استفاده شد و به این ترتیب پلیمر در برابر تخریب زیستی باکتری­های مزبور مقاوم گردید که این امر جهت نگهداری این پلیمر در انبارها به کار گرفته شد.

نتیجه گیری

تعدادی از باکتری­های عامل خوردگی مانند برخی از جنس های خانواده Pseudomonas، Acinetobacter، Bacillus subtilis توانایی حذف و تجزیه زیستی برخی از آلاینده های محیط زیست را دارا می­باشند. برای اینکه تجزیه زیستی توسط این باکتری­ها انجام گیرد باید کلیه شرایط محیطی مکان جداسازی سویه ها از قبیل مواد غذایی، pH،  دما و میزان اکسیژن در نظر گرفته شود. علاوه بر این بکارگیری این باکتری­ها در محیط زیست باید با رعایت کلیه جوانب کار نظیر عدم تاثیر آن­ها بر اکوسیستم محیط زیست مورد نظر مانند فلورهای میکروبی مفید خاک صورت گیرد. لازم است مسیر تجزیه زیستی ماده آلاینده و مواد حد واسط به وجود آمده شناخته شود و مواد حاصل از تجزیه نباید سمی­تر از آلاینده اولیه باشد. همچنین هزینه تولید انبوه و صنعتی باکتری­های مورد نظر باید مناسب و قابل قبول باشد.

1-احمدی، م. ترکیان ، الف. 1386. بیوتکنولوژی زیست محیطی: مبانی و کاربردها. دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی
2-کسری کرمانشاهی, ر. صهبایی, ز. میرمحمدصادقی, م. 1378. بررسی اثر پرتوهای فرابنفش بر پایدارسازی پلی یورتان در برابر زیست تخریب باکتریایی. مجله علوم و تکنولوژی پلیمر. 12(3): 189-201.
3-کسری کرمانشاهی, ر. صهبایی, ز. میرمحمدصادقی, م. 1381. بررسی بازدارندگی تخریب زیستی نوعی پیوند دهنده پلی یورتان با بکارگیری برخی عوامل شیمیایی. مجله علوم و تکنولوژی پلیمر. 59 (15): 167-178.
4-کسری کرمانشاهی, ر. میرمحمد صادقی م. ذوالنوریان، م. 1372. زیست تخریب پلیمرهای پلی یورتان توسط قارچها. مجله علوم و تکنولوژی پلیمر. 6(4): 267-272.
5-کسری کرمانشاهی، ر. نوحی، ع. اسدی، ز. میرمحمد صادقی، م. 1381. جداسازی و بررسی رشد و توزیع باکتری­های تجزیه کننده فنانترن و آنتراسن. تحقیقات دامپزشکی و محصولات بیولوژیکی
6-محسن زاده, فریبا. (1393). بررسی راندمان زیست پالائی آلودگی‌های نفتی توسط سویه‌های باکتریائی بومی جدا‌ شده از خاک‌های آلوده مناطق سردسیری (مطالعه موردی: پالایشگاه تبریز). پژوهش‌های سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران). 27(3): 406-417.
7-نریمانی، س. بازگیر، ع. میرزایی نجفقلی، ح. (1396). بررسی فاکتورهای موثر بر بقا و فعالیت باکتری‌های تجزیه کننده نفت در فرایند زیست‌پالایی.  پژوهش‌های سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران). 30(1): 91-99.
 
8-Alexander M. (1994). Biodegradation and bioremediation. Academic Press. San Diego.
9-Ambrosoli, Petruzzelli RL, Minati JL, Marsan FA. (2005). Anaerobic PAH degradation in soil by a mixed bacterial consortium under denitrifying conditions. Chemosphere. 60 (9):1231–1236.
10-Beller HR, Spormann AM. (1997). Benzyl Succinate pormatonas a mean of Anaerobic Toluene activation by sulfate reducing strain PrTOL1. Appl Environ Microbiol. 63: 3729-3731.
11-Chen G, Strevett KA, Vanegas BA. (2001). Naphthalene, phenanthrene and surfactant biodegradation. Biotechnology. 19: 783-790. 
12-Criddle CS. (1993). The kinetics of cometabolism. Biotechnol Bioeng. 41(11):1048-1056.
13-Daane LL, Harjono I, Barns SM, Launen LA, Palleroni NJ, Haggblom MM. (2002). PAH-degradation by Paenibacillus spp. and description of Paenibacillus naphthalenovorans sp. nov., a naphthalene degrading bacterium from the rhizosphere of salt marsh plants. Int J Syst Evol Microbiol. 52: 131–139.
14-Ghosal D, Ghosh S, Dutta TK, Ahn Y. (2016). Current state of knowledge in microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): A review. Front Microbiol. 7: 1369.
15-Haritash AK, Kaushik CP. (2009). Biodegradation aspects of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs): A review. J Hazard Mater. 169:1–15.
16-Hassanshahian M, Emtiazi G, Kermanshahi RK, Cappello S. (2010). Comparison of oil degrading microbial communities in sediments from the Persian Gulf and Caspian Sea. Soil Sediment Contam. 19(3): 277-291.
17-Kasra Kermanshahi R, Sahbai Z, Mir Mohammad Sadeghi M. (1995). Biological Corrosion of Polyurethane Polymer by a Number of Bacteria, 4th National Corrosion Congress of Iran, 5: 1-19.
18-Li Y,  Xub D, Chena C, Li X,  Jia R, Zhang D. (2018). Anaerobic microbiologically influenced corrosion mechanisms interpreted using bioenergetics and bioelectrochemistry: A review. J Mater Sci Technol. 34(10): 1713-1718.
19-Megharaj M, Ramakrishnan B, Venkateswarlu K, Sethunathan N, Naidu R. (2011). Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective. Environment International. 37: 1362–1375.
20-Mohamed M E, A. Zaar, C. Ebenau-Jehle, and G. Fuchs. (2001). Reinvestigation of a new type of aerobic benzoate metabolism in the proteobacterium Azoarcus evansii. J Bacteriol.  183: 1899-1908.
21-Mulkins-Phillips GJ, Stewart J. (1974). Effect of four dispersants on biodegradation and growth of bacteria on crude oil. Appl Microbiol. 28: 547-552.
22-Okoh AI, Trejo-Hernandez MR. (2006). Remediation of petroleum hydrocarbon polluted systems: Exploiting the bioremediation strategies. Afr J Biotechnol. 5(25): 2520-2525.
23-Puiggené O, Espinosa MJC,  Schlosser D, Thies S, Jehmlich N, Kappelmeyer U. et al. (2022). Extracellular degradation of a polyurethane oligomer involving outer membrane vesicles and further insights on the degradation of 2,4-diaminotoluene in Pseudomonas capeferrum TDA1. Sci Rep. 12: 2666.
24-Shinoda Y, Sakai Y, Uenishi H, Uchihashi Y, Hiraishi A, Yukawa H. et al. (2004). Aerobic and Anaerobic Toluene Degradation by a Newly Isolated Denitrifying Bacterium, Thauera sp. Strain DNT-1. Appl Environ Microbiol. 70(3): 1385–1392.
25-Shiri Z, Kermanshahi RK, Soudi MR, Farajzadeh D. (2015). Isolation and characterization of an n-hexadecane degrading Acinetobacter baumannii KSS1060 from a petrochemical wastewater treatment plant. Int J Environ Sci Technol. 12, 455-464.
26-Varjani SJ, Upasani VN. (2017). A new look on factors affecting microbial degradation of petroleum hydrocarbon pollutants. Int Biodeterior Biodegradation. 120: 71–83.
27-Xu X, Liu W, Tian S, Wang W, Qi Q, Jiang P, et al. (2018). Petroleum Hydrocarbon-Degrading Bacteria for the Remediation of Oil Pollution Under Aerobic Conditions: A Perspective Analysis. Front Microbiol. 9: 2885.
Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology)
Volume 37, Issue 4
Winter 2025
Pages 332-348

  • Receive Date 22 January 2024
  • Revise Date 19 November 2024
  • Accept Date 16 December 2024