요약
지속 가능한 화학은 화학 제품에 대한 인간의 요구를 충족시키는 데 사용되는 천연 자원 사용의 효율성 향상을 목표로 합니다. 과학 및 산업 분야의 화학자들은 환경 친화적인 화학 물질 설계의 중요성을 인식하게 되었습니다. 한 가지 측면은 생물학적 지속성이며 현재 논문 리뷰는 환경에서 생체이물의 분해에 초점을 맞춘 이 분야에서 작업합니다.
화학적 및 생물학적 지속성에 대한 서로 다른 구조적 이유가 설명되고 환경에서 제노바이오틱 오염 물질을 제거하기 위해 단일 세균 분리주 또는 미생물 군집을 사용하는 전략이 요약됩니다. 이 이화 잠재력을 진화하고 사용하기 위한 관점과 한계는 실제로 종종 발견되는 생체이물 혼합물의 복잡성과 관련하여 비판적으로 논의됩니다. 환경 친화적인 물질의 예상 설계를 위한 학제간 접근 방식이 제시되고 자연적으로 존재하는 이화 잠재력에 더 잘 맞는 새로운 상품 화학 물질에 대한 예가 포함됩니다.
1. 잘 분해되지 않는 유기화합물
자연적으로 존재하는 환경 문제 화합물은 주로 석탄이나 원유에서 발생하는 오염 물질입니다. 예를 들어, 시안화물, 페놀, 다환식 방향족 화합물 또는 장쇄 지방족은 유해할 수 있으며, 특히 가공 산업에서 우발적으로 또는 의도적으로 방출되는 경우 급성 또는 만성 독성을 나타냅니다. 따라서 환경 생명 공학의 주요 목표는 이러한 화학 물질의 제거 및 해독을 위해 자연적으로 존재하는 이화 잠재력을 사용하는 매우 효율적인 생물학적 프로세스를 확립하는 것입니다.
원칙적으로 합성 기원의 유기 화합물도 산업 폐기물 흐름의 구성 요소로 상당히 높은 농도로 존재할 경우 생물학적으로 제거될 수 있습니다. 적절한 공정 조건이 특수하게 조정될 수 있거나 유전적으로 조작된 미생물도 정상적인 환경 조건에서 지속되는 합성 유기 화학 물질의 분해를 달성할 수 있는 경우 제공됩니다.
반대로 농약과 같은 인위적 화합물이 의도적으로 방출되어 환경에 낮은 농도로 존재한다면 완전히 다른 상황이 존재합니다. 이것은 생명공학적 수단으로는 거의 해결할 수 없는 문제를 구성합니다. 특정 부류의 화합물과 제한된 지역에서만 에너지 기질 및 인덕터 역할을 하는 쉽게 분해되는 보조 화학 물질을 사용하면 자연적으로 존재하는 이화 잠재력을 자극하여 오염 물질의 변환 및 해독이 향상될 수 있습니다(섹션 4 참조).
2. 합성 화합물의 지속성 및 생체이물 특성
제노바이오틱 화합물로 분류되는 합성 화학물질의 경우 특별한 상황이 존재합니다. 좁은 의미에서 이러한 화합물은 천연 제품으로 존재하지 않거나 거의 존재하지 않거나 생화학적으로 합성할 수 없는 구조적 요소를 포함합니다.
따라서 이화 효소 및 경로의 진화 동안 미생물은 이러한 구조에 노출되지 않았으며 이러한 화합물을 탄소 및 에너지의 유일한 공급원으로 사용할 수 있는 능력을 개발하지 못했습니다. 더 넓은 의미에서 이러한 합성 화합물은 특정 그룹의 수와 입체적 방향이 자연적으로 존재하는 화합물과 다른 제노바이오틱스로 간주됩니다.
예는 여러 메틸 그룹을 운반하는 지방족 또는 방향족 화합물입니다. CH3 그룹은 천연 화합물에서 잘 알려져 있지만 오르토-디메틸 또는 인접-트리메틸 치환된 방향족 화합물 또는 tert-부탄올 또는 tert-부틸메틸 에테르와 같은 분지형 지방족 화합물은 이러한 분자의 생분해성을 제한하는 외래 구조 요소를 구성합니다.
미생물은 수많은 천연 및 합성 화합물에 대한 엄청난 이화 잠재력을 진화시켰기 때문에 오류가 없는 것으로 간주되었습니다. 또한 이들의 진화적 잠재력과 유전적 유연성은 생체이물 화합물에 대한 새로운 이화 특성의 생성을 허용해야 합니다(Timmis and Pieper, 1999). 그러나 실제 상황에서 이러한 진화 프로세스는 오랜 시간이 필요할 수 있습니다.
위에서 언급한 바와 같이, 합성 화학물질이 생분해되는 것을 방해하는 생체이물 구조 요소의 절대적인 정의는 제공될 수 없습니다. 후광 니트로 치환체와 같은 특정 구조 요소는 천연 화합물에서는 드물다.
기술적으로 관련된 상품 화학 물질의 구조적 특징인 플루오로- 및 특히 퍼플루오로알킬, 설포 및 아조 그룹은 천연 제품 중에서 실질적으로 알려지지 않았으며 실제 제노포어로 간주될 수 있습니다. 이러한 화학 물질의 생물학적 지속성 메커니즘과 미생물이 성장 기질로서 이러한 화합물에 적응함으로써 중요한 이화 단계를 우회할 수 있는 가능성에 대한 분석은 많은 실험실에서 주요 관심 대상이었습니다. 따라서, 다음에서 제노바이오틱스에 대한 이화 잠재력의 개발 및 사용을 위한 몇 가지 일반적인 전략이 요약될 것입니다.