3. 자연 감쇠
천연 화합물을 더 많은 양으로 사용할 수 있는 경우 필수 영양소, 탄소와 에너지원이 제한됩니다(Alexander, 1994). 대조적으로, 분해가 불완전하고 성장을 위한 에너지를 생산하지 않는 경우 제노바이오틱 화합물의 변환 속도와 집단의 활성 세포 수는 일정하게 유지됩니다. 따라서, 이러한 조건 하에서 제노바이오틱스 화합물의 운명은 본질적으로 코메타볼리즘(cometabolism)이라고 하는 불필요한 과정에 의해 결정됩니다.
특징적으로, 천연 화합물의 분해를 위해 유도된 효소는 절대적으로 특이적이지 않으며 자연 기질과 생체이물 기질 사이의 구조적 유사성의 정도에 따라 외부 화합물을 어느 정도 변형시킬 수 있습니다. 일반적으로, 이러한 불필요한 대사는 무생물적 변형 및 고체 매트릭스에 대한 변형 생성물의 비가역적 결합의 대상이 될 수 있는 데드 엔드 생성물을 발생시킨다. 제노바이오틱스의 코메타볼릭 제거의 자연적 과정이 대수층 또는 토양의 고유한 특성으로 효과적임이 입증되어 다른 기술과 비교하여 합리적인 시간 내에 제노바이오틱 오염물질의 양, 독성, 이동성 또는 농도를 감소시키는 경우, 개선 대안으로 선정되었습니다.
‘모니터링된 자연 감쇠’라는 용어 하에 주어진 시간 내에 현장별 치료 목표를 달성하는 자연적 이화 과정을 주로 중계합니다.
4. 제노바이오틱
화합물의 향상된 형질전환 위에 주어진 정의에 따르면, Cometabolism은 이 과정에 관여하는 세포에 대해 비생산적입니다. 따라서 탄소와 에너지원을 공급하면 바이오매스가 증가하고 생체이물 화합물의 변형이 강화됩니다. 그러나 초기 하이드록실화에 의해 탄화수소를 활성화하는 호기성 유기체의 기본 전략은 할로, 니트로 또는 아조 그룹과 같은 전자 끌기 치환체를 운반하는 생체이물 화합물에는 비효율적일 수 있습니다. 이러한 잔류물은 상대적으로 높은 산화 환원 전위를 생성하고(Haderlein et al., 2000) 탄화수소가 모노- 또는 디옥시게나아제에 의해 생성된 활성 산소 종에 덜 민감하게 만듭니다. 특히, 치환체로서 이러한 제노포어의 축적은 호기성 미생물에 의한 분해에 저항하는 매우 높은 산화환원 전위를 갖는 분자를 생성한다. 이론적으로 이러한 화합물은 산화 또는 친전자성 메커니즘보다는 환원성 또는 친핵성 메커니즘에 의해 더 쉽게 공격을 받아야 합니다.
사실, 인상적인 수의 친핵성 및 환원성 종을 생성하는 혐기성 박테리아는 폴리니트로방향족 화합물, 아조 염료 또는 폴리할로겐화 에텐에서와 같이 전자 결핍 전자 시스템을 공격할 수 있습니다. 따라서 이러한 제노바이오틱스 화합물의 환원적 변형은 보조 전자 공여체를 추가함으로써 강화될 것입니다. 니트로 그룹의 감소, 수소화 탈질, 아조 결합의 절단 및 환원적 탈염소화(그림 1a-c)는 불포화 탄소 골격의 전자 결핍을 감소시킬 것입니다. 결과적으로, 산소 또는 친전자체에 대한 환원 생성물의 증가된 반응성은 이러한 생체이물 화합물의 후속 산화적 또는 화학적 흡착 제거를 촉진합니다.
4.1. 폴리니트로방향족 화합물
picrate 또는 TNT와 같은 니트로 그룹 트리니트로 방향족의 뚜렷한 전자 끌기 특성으로 인해 고도의 전자 결핍 -전자 시스템이 있습니다. 결과적으로, 산소화에 의해 시작된 이화 경로는 박테리아에서 이러한 화합물에 대해 알려지지 않았습니다(검토를 위해 Lenke et al., 2000 참조). 고리 시스템의 전자 결핍은 초기 환원 반응을 선호하므로 호기성 미생물도 환원 등가물을 트리니트로방향족 화합물로 전달할 수 있는 능력을 갖습니다.
니트로 그룹의 환원이 오랫동안 알려져 있는 반면, 니트로 그룹의 하이드록실아미노 그룹으로의 부분적인 환원은 최근에야 모노나이트로방향족 화합물의 새로운 이화 경로의 핵심 반응으로 확인되었습니다(Nishino et al., 2000). 디- 및 특히 트리니트로방향족 화합물과 함께 방향족 전자 시스템의 수소화는 최근 새로운 초기 이화 반응으로 확인되었습니다. picrate, 2,4-dinitrophenol(2,4-DNP) 또는 TNT에 H-첨가하면 완전한 이화 작용 순서의 주요 대사산물일 수도 있는 하이드라이드 Meisenheimer 복합체가 형성됩니다(섹션 6 참조). 지금까지 TNT를 탄소와 에너지원으로 활용하는 박테리아를 분리하려는 수많은 시도가 있었지만 실패했습니다.
TNT에서 성장할 수 있는 유기체의 부족은 아마도 광범위한 생화학적 및 화학적 잘못된 라우팅을 야기하고 세포 또는 비생물적 친전자체 및 산화제와 상호 작용하는 니트로 그룹의 무상 환원이 용이하기 때문일 것입니다. 따라서 아미노디니트로톨루엔(ADNT), 디아미노니트로톨루엔(DANT) 및 이들 대사 산물의 많은 후손은 불필요한 환원 반응의 생성물로 기술되었습니다. 이러한 화합물은 호기성 박테리아에 의해 더 이상 분해되지 않으므로 결과적으로 토양에서 TNT의 주요 고잔류 공동 오염 물질로 확인되었습니다. 엄격한 혐기성 조건에서 황산염 환원 박테리아에 의해 TNT가 트리아미노톨루엔(TAT)으로 완전히 환원되는 것으로 기술되었습니다(Preuss et al., 1993; Preuss and Rieger, 1995). 이러한 불필요한 감소 가능성은 혐기성 슬러지의 미생물 집단에 편재되어 있으며 포도당이나 자당과 같은 발효성 기질에 의해 자극될 수 있습니다(Daun et al., 1998). 보조 기질의 과잉은 TNT의 모든 니트로 그룹의 점진적인 감소를 선호합니다(그림 2).
광범위한 환원 조건 하에서 TNT의 변형 동안 형성된 부분적으로 환원된 중간체의 막대한 다양성은 마침내 TAT로 수렴됩니다. 여기에는 히드록실아미노 및 니트로소 중간체의 축합에 의해 화학적으로 생성된 이핵성 아족시 화합물도 포함됩니다. 최종 환원 생성물인 TAT는 반응성이 매우 높습니다. 산소가 있는 상태에서 TAT는 빠른 자동 산화 및 중합 반응을 일으켜 호기성 유기체에 사용할 수 없게 됩니다. 원칙적으로 TNT와 동종 화합물은 토양 오염 물질로도 순차적으로 감소합니다.
TNT, ADNT 및 DANT와 비교하여 최종 환원 생성물인 TAT는 특히 산소가 있는 상태에서 토양 성분과 활발하게 상호 작용합니다. TNT 환원과 특정 주요 대사 산물과 토양의 상호 작용에 대한 간략한 계획이 그림 2에 나와 있습니다. 부분적으로 환원된 생성물의 흡착은 다소 가역적이지만 TAT는 특히 산소가 있는 경우 몬모릴로나이트와 같은 토양 성분과 비가역적으로 상호 작용합니다. 점토 또는 휴믹 물질. 14C-표지된 TNT의 첨가는 토양의 휴믹 물질에 대한 결합이 비가역적임을 분명히 보여준다(Lenke et al., 1998). 위의 관찰에 기초하여 간단하고 비용 효율적인 혐기성/호기성 공정(그림 1c)이 개발되어 TNT로 오염된 토양의 생물학적 정화에 적용되었습니다.