ماهیت و قابلیت های سیستم های آنزیمی سیتوکروم p450 در حذف آلاینده های مقاوم

در کاتالیز آلاینده‌ها، نسبت به روش‌های شیمیایی دارای مزیت‌های زیادی است که در بین آن ها راندمان بالای کاتالیز و اختصاصی بودن آنزیم ها در واکنش تجزیه سوبستراها و تولید محصولات نهائی کمتر، قابل توجه است. آنزیم‌ها مولکول‌های پروتئینی اصلی در طبیعت هستند که بعنوان کاتالیزور واکنش‌های بیوشیمیایی، در حیوانات، گیاهان و سلول‌های میکروبی عمل می‌کنند. آنزیم‌ها دارای کاربردهای تجاری در صنایع غذایی مثل تولید پنیر، دترجنت‌ها، پزشکی، داروسازی و صنایع نساجی می باشند. آنزیم‌ها معمولاً در شرایط متوسط دما، فشار و pH با میزان واکنش مورد نظر بهره برداری می‌شوند. این شرایط مناسب منجربه کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها می شود و مشکلات زیادی در بهره برداری از آن‌ها وجود ندارد. بویژه در مورد ترکیبات پروتئینی و چربی‌ها که قابل تجزیه بیولوژیک هستند و به آسانی از جریان‌های آلوده حذف می شوند. در واقع نقش اصلی آنزیم‌ها کاهش انرژی فعال سازی مورد نیاز واکنش‌های شیمیایی است. کاربرد آنزیم‌ها در تصفیه و فرایندهای حذف آلاینده‌ها رو به توسعه است. پیشرفت های اخیر بیوتکنولوژی سبب شده تا تولید سیستم های آنزیمی ارزانتر و دسترسی به آن ها سریعتر باشد. آنزیم‌ها کاتالیست های بیولوژیک و کاتالیزکننده بخش مهمی از گزنوبیوتیک ها هستند و غالباً واکنش‌ها و فرایندهای خاصی مثل اکسیداسیون و احیاء، هیدروژن زدائی، هالوژن زدائی، هیدراسیون، دهیدراسیون و … را کاتالیز می‌کنند. بنابراین آنزیم‌ها در یک محدوده وسیعی عمل می‌کنند ولی گستردگی کاتالیزهای شیمیایی را ندارند و آن هم به علت محدودیت های ناشی از کاربرد آنزیم‌هاست. توانایی بعضی میکروارگانیسم‌ها و آنزیم‌ها در حذف آلاینده‌های سمی اخیرا بطور گسترده‌ای مورد توجه قرار گرفته است. شناسایی و تشخیص راه‌های تجزیه بیولوژیکی آلاینده‌ها توسط میکروارگانیسم‌ها و سیستم‌های آنزیمی آن‌ها نقطه آغاز کاربردهای محیطی بیوتکنولوژی است. در بین انواع سیستم های آنزیمی قابل کاربرد جهت تصفیه و حذف آلاینده‌های زیست محیطی سیستم‌های آنزیمی سیتوکروم ۴۵۰p از جایگاه خاصی برخوردارند. اخیراً توجهات علمی و عمومی به اثرات بالقوه بعضی شبه هورمون‌های شیمیایی، روی سلامتی و حیات انسان متمرکز شده است. امروزه بیشترین تحقیقات در حذف آنزیمی آلاینده‌ها، روی توسعه فرآیندهای آنزیمی تصفیه فاضلاب متمرکز شده است. به عنوان مثال تشریح تصفیه فاضلاب به کمک سیستم‌های آنزیمی پراکسیداز، فنول اکسیداز، دی اکسیژناز، شبه فنول اکسیداز (سیدروفورز) و بعضی جنبه‌های پاکسازی خاک از طریق تثبیت سازی آنزیم‌ها به شدت مورد توجه قرار گرفته است. آنزیم‌های سیتوکروم ۴۵۰p در تمام سر سلسله اصلی موجودات زنده یعنی یوکاریوت ها، اوباکترها و آرکئوباکترها حضور فعال دارند و بخش عمده‌ای از آن‌ها تا بحال شناسایی شده‌اند. اولین گزارش مربوط به فعالیت سیتوکروم توسط آقای کلین برگ و همکارانش در سال ۱۹۵۸ ارائه شده و ایشان وجود یک پیگمان باند شده در میکروسومال با مونواکسید کربن را گزارش کرده بود. بعدها مشخص شد این آنزیم یک پیک جذب بی‌نظیر در طول موج nm450 دارد و زمانی که هموپروتئین های طبیعی شناسایی شدند نام سیتوکروم ۴۵۰p را برآن نهادند. حرف p هم حرف اول کلمه pigment است و به این صورت سیتوکروم ۴۵۰p به عنوان یک آنزیم با قابلیت‌های زیادی شناسایی و بطور دائم مطالعات گسترده برای شناسایی آن ادامه پیدا کرد و تا جولای ۲۰۰۶ بیش از ۶۰۰۰ سیتوکروم ۴۵۰p در سطح جهان در انسان ها، حیوانات، گیاهان یوکاریوت ها، باکتری ها و آرکئوباکترها شناسایی و نام گذاری شد. امروزه نام سیتوکروم۴۵۰p به عنوان نام اصلی خانواده بزرگ هموپروتئین‌ها یعنی پروتئین‌های دارای آهن شناخته شده است و آن‌ها را به صورت مخفف CYP450 یا CYP هم نمایش می‌دهند(شکل۱).

شکل۱: مدل ساختار سه بعدی یک آنزیم مونواکسیژناز۴۵۰p

ماهیت آنزیم های سیتوکروم ۴۵۰p

۴۵۰p ها یک مخلوطی از مونواکسیژناز دارای حدود۵۰۰ اسید آمینه ویک گروه آهن در جایگاه فعال خود هستند. آنزیم‌های سیتوکروم ۴۵۰p ها جزء آن گروه از آنزیم‌هایی هستند که در اکسیداسیون بعضی ترکیبات از آهن استفاده می‌نمایند و با محلول ساختن مواد بالقوه خطرناک و زائد در آب، براحتی شرایط اکسیداسیون آن‌ها را فراهم می‌نمایند.
۴۵۰p ها تسریع کننده و تسهیل کننده و کاتالیز کننده انواع واکنشها مثل اکسیداسیون و احیا، دی آسکالاسیون، O- دی الکالاسیون، S- اکسیداسیون و هیدراکسیلاسیون می باشند. یک فرایند متداول واکنش کاتالیزی سیتوکروم عبارت است:

NADPH + H + + O2 + RH NADP + + H2O + R -OH

طبق مطالعات و برآوردهای انجام شده انسان‌ها، حداقل۵۷ نوع ژن مختلف سیتوکروم و ۳۳ سودوژناز در ۱۸ خانواده و۴۲ عضو یا زیر مجموعه خانواده شناخته شده، دارند و تنوع و اختلاف خانواده ها مربوط به فرم های مختلف این آنزیم است.
یکی از مراکز اصلی این آنزیم در بدن انسان کبد می‌باشد و وظیفه اصلی آن ها حذف دارو و مواد سمی و شیمیایی زائد است. مطالعات انجام شده روی حیوانات نشان داده است که آنزیم‌های سیتوکروم۴۵۰p نقش مهمی در متابولیسم داروها و سموم شیمیایی و خارجی بر عهده دارند. انجام واکنش‌های کاتالیز شونده با سیتوکروم۴۵۰p نیازمند یک الکترون دهنده و مولکول اکسیژن است. که الکترون دهنده در واقع NADPH یا NADP می باشد.

تقسیم بندی کلی آنزیم‌های سیتوکروم۴۵۰ p به صورت ذیل است:

۱٫ خانواده(Family): محتوای ژنی هر خانواده سیتوکروم ۴۵۰p باید دارای حداقل ۴۰% مشابهت در اسید آمینه‌ها باشد. حداقل ۷۴ خانواده سیتوکروم۴۵۰p با این خصوصیات وجود دارند که ۷۰ خانواده آن ها مربوط به انسان است. خانواده با یک شماره‌ایی معرفی می شود مثل CYP2 یا CYP21.
۲٫ اعضا و زیر مجموعه هر خانواده: زیرمجموعه یک خانواده باید حداقل ۵۵% هویت آن ها مشابه باشد. برای معرفی اجزا یا اعضای آن خانواده بعد از نام خانواده از حروف استفاده می‌شود مثل CYP3A وCYP2D.
۳٫ ژن‌های ویژه یا ایزوفورم ها: که ۵ مورد از ژن‌های مهم در انسان هستند و برای معرفی ایزوفرم های مختلف اعضای هر خانواده بعد از نام اعضاء خانواده عدد دیگری اضافه می‌شود مثل CYP51A3 بدین وسیله می‌توانیم یک سیتوکروم را بطور کامل از روی نام گزاری آن شناسایی کنیم.

CYP450 در باکتری ها

همانطورکه بیان شد CYP450در تمام سر سلسله اصلی موجودات زنده یعنی یوکاریوت‌ها، اوباکترها و آرکئوباکترها حضور فعال دارند که بخش عمده‌ای از آن ها تا بحال شناسایی شده‌اند. به نظر می‌رسد وجود این گروه آنزیم‌ها در یوکاریوتها ضروری است اما در پروکاریوت ها اینگونه نباشد، چون بعضی باکتری‌ها این آنزیم را ندارند. یوکاریوت‌ها برای بیوسنتنر استروئیدهایی که محتوی ممبران پلاسمایی هستند به این آنزیم محتاجند. آنزیم‌های سیتوکروم ۴۵۰p در یوکاریوت ها ممکن است داخل میتوکندری‌ها باشند و یا با یافت ایندوپلاسمایی ممبران باند شوند. در هر حال این آنزیم به یک زنجیره نقل و انتقال الکترون نیاز دارد که در بافت های ایندو پلاسمایی به نام NADPH- CYP450 Reductase می‌باشد که قبلاً به نام NADPH – Cytochrome C Reductase نامیده می‌شد. در میتوکندری‌ها جابجایی الکترون‌ها از NADPH بوسیله فرایند ذیل انجام می شود:
Redoxin Reductase Redoxin p450 سیتوکروم تا بحال ۱۵۳ خانواده از باکتری‌های دارای آنزیم سیتوکروم ۴۵۰p شناسایی شده‌اند که جمعاً ۵۰۰ باکتری دارای آنزیمCYP450 می‌شود. این آنزیم در باکتری‌ها اغلب جزء آنزیم‌های محلول در آب بوده و در فرایندهای سوخت و ساز باکتری‌ها فعال هستند. سیتوکروم ۴۵۰p جدا شده از سودوموناس پوتیدا به عنوان اولین آنزیم سیتوکروم ۴۵۰p جدا شده از باکتری‌ها از طریق کریستالوگرافی بوسیله اشعه x شناسائی شده است و به عنوان مدلی مناسب برای بسیاری سیتوکروم ۴۵۰p های دیگر کاربرد داشته است. این آنزیم بخشی از سیکلCampher- hydroxylating catalytic cycle می‌باشد که شامل نقل و انتقال و جابجایی دو الکترون از پوتیدوردوکس (اکسیداسیون پوتیدا) و یک گروه و باند ۲Fe—۲S محتوی کوفاکتور پروتئینی است.

سیتوکروم CYP450-eryFاز باکتری اکتینومایست، ساکاروپلیاسپورا ادیترا که مسئول بیوسنتر آنتی بیوتیک اریترومایسین می باشد، جدا شده است. معمولاً در مناطق آلوده که حضور انواع میکروارگانیسم‌ها مورد انتظار است. سیستم‌های آنزیمی خاصی یافت می‌شوند و می‌توانند الگوی مناسبی باشند. از جمله یکی از مهمترین سیستم‌های آنزیمی شناخته شده و موارد مطالعه و مورد علاقه برای مطالعهCytochrome P450 monooxygenase ها می‌باشند. که قابلیت حضور بیوکاتالیزوری فعال در متابولیسم رنج گسترده‌ای از ترکیبات و آلاینده‌های زیست محیطی را دارا می‌باشند. سیتوکروم ۴۵۰p بویژه CYP1A1ها، بیومارکری مناسب برای ارزیابی قابلیت دسترسی بیولوژیکی به آلاینده‌های خاک و اثرات آن‌ها روی گونه‌های عالی می‌باشند. در پروکاریوت‌ها، غالب سیتوکروم ۴۵۰p های شناسایی شده تا این تاریخ مربوط به اکتینوباکترها (با درصد GC بالای ۶۰% و گرم مثبت) شامل استرپتومسینرها، مایکوباکتریوم‌ها و همچنین رودوکوکوس‌ها و گونه‌های سودوموناس می‌باشند. این گروه باکتر ی‌ها بیشتر میکروارگانیسم‌های خاک هستند و بویژه اینکه در صنایع دارویی بصورت مصنوعی در حد بالایی تولید و مصرف و سپس دفع می شوند. سیتوکروم ۴۵۰p در اکتینوباکترها دو وظیفه اصلی بر عهده دارند یکی بهینه کردن فرایند اکسیداسیون و سوخت و ساز ثانویه و یکی سم‌زدائی و متابولیسم ترکیبات خارجی Xenobiotic می‌باشد. در بین سیتوکروم باکتری های شناخته شده تا بحال ۷ مورد ژن کامل آن‌ها مربوط به باسیلوس سوبتیلیس است و ۲۰ مورد مربوط به ژنوم مایکوباکتریوم توبرکلوزیس می‌باشد. جداسازی باکتری‌ها بر اساس سیتوکروم ۴۵۰p آن ها کمی مشکل است چون آن‌ها بسیار نزدیک و شبیه هم بوده و همپوشانی بالائی دارند چون تعداد زیادی از آن‌ها از یک خانواده هستند و به همین علت تعیین موقعیت آن‌ها در سلسله درخت فیلوژنیک به کمک فقط سیتوکروم ۴۵۰p کاری مشکل است.

نیتریفایرها و دنیتریفایرهای دارای سیتوکروم ۴۵۰p

نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون فرایندهای بسیار مهمی در چرخه بیولوژیکی نیتروژن در جهان هستند برای مدت بسیار طولانی دنیتریفیکاسیون جزء خصوصیات پروکاریوت ها شناخته می‌شد ولی مطالعات انجام شده نشان دهنده حضور گسترده انواع میکروارگانیسم‌های مختلف دارای این قابلیت در محیط زیست می‌باشند. به عنوان مثال در بین قارچ ها که اولین یوکاریوتیک بیهوازی اختیاری شناخته شده هستند، قارچ‌های فوزاریوم اکسی‌سپوریوم به عنوان اولین قارچ دارای سیتوکروم ۴۵۰p که تحت شرایط بیهوازی توانایی تبدیل NO3 به NO2 و سپس به N2O را دارد شناسایی شده است. تخمیر آمونیاکی هم در بسیاری از قارچ‌های خاک‌‌ها انجام می‌شود. انواع مخمرهای دنیتریفیکاسیون کننده دارای آنزیم‌های سیتوکروم ۴۵۰p مثل تریکوسپورون کاتانیوم، فلومیسزفوزوتسینر و گونه‌های کاندیدیا که نقش مهمی در تبدیل NO2 به N2O برعهده دارند، نیز شناسایی شده اند.
بررسی مطالعات مذکور نشان داده است که حضور سیانید، فلزات سنگین و عناصر جزئی و آنتی بادی های ساخته شده در مقابل سیتوکروم ۴۵۰p و حضور O2 بطور جدی از ادامه فرایند دنیتریفیکاسیون توسط قارچ‌ها و مخمرها ممانعت می‌نماید. باکتری‌های دارای قابلیت دنیتریفیکاسیون در حد گسترده‌ای در قالب درخت فیلوژنیک در گروه‌ها و فرم‌های مختلف حضور دارند که غالباً از کلاس‌های آلفا و بتا پروتئوباکترها هستند ولی یک الگوی مشخصی از فراوانی آن‌ها در دسترس نمی‌باشد. فرایند دنیتریفیکاسیون جزء وجودی آن گروه از باکتری‌هایی است که با تنفس نتیراتی خود ابتدا NO3 را به NO2 و سپس به فرایند آمونیفیکاسیون وارد می‌سازند. دنیتریفایرهای اتوتروف ترکیبات سولفور معدنی یا غیرآلی، H2، آمونیاک یا نیتریت را مصرف می‌کنند و اخیراً متوجه شده‌اند که اکسیداسیون آهن هم، در تکمیل فرایندهای دنیتریفیکاسیون بصورت ذیل وارد واکنش می شود.

۱۰FeCO3+ 2NO3- +24H2O 10Fe (OH)3 + N2 + 10 HCO3 + 8H+

این واکنش بخوبی توسط دنتیریفایرهای گرم منفی جدا شده جدید انجام می‌شوند. در بین کربواکسیدوتروفیک باکتری‌ها، فقط سودوموناس کربواکسیدوهیدورژناز بصورت اتوتروفیک تحت شرایط دنتیریفایرها با حضور H2 به عنون الکترون دهنده و CO2 به عنوان منبع کربن رشد می‌نمایند. بسیاری دنتیریفایرها NO3- را به N2O تبدیل می‌نمایند ولی سودوموناس پوترفاسین‌ها فرایند دنتیرفیکاسیون و آمونیفیکاسیون را کامل انجام می‌دهند[۱۶]. از طرفی کاهش نیترات به عنوان یک فرایند فتوسنتتیک ژنی می‌تواند مورد توجه قرار گیرد. فرایند جذب نیترات و نیتریت رداکتاز از طریق ferredoxin انجام می‌شود. انتقال الکترون به نتیروژناز در باکتری رودو باکترکپسولاتوس می‌تواند مثال خوبی از یک فرایند جذب و دریافت الکترون از یک کمپلکس ممبرانی باشد. بطور کلی سه دسته باکتری‌های احیاء کننده نتیرات داریم که بسته به نوع ارگانیزم از فردوکسین (ferredoxin)، فلاوودواکسین(Flavodoxin) و یا NADH به عنوان الکترون دهنده استفاده می‌نمایند.

معمولاً دو نوع آنزیم کاتالیزکننده نتیرات یا نیتریت رداکتاز وجود دارد. که بسته به نحوه انتقال الکترون از لایه سیتوپلاسمی باکتری داردکه عبارتند از:

۱)Nar Nitrate Reductase
۲) Nap Nitrate Reductase

آنزیم اول با لایه ممبران باند می‌شود و الکترون از هرجائی دریافت می‌کند و در ساختار ژنی خود دارای سه پلی‌پپتید است. آنزیم دوم در پروتوپلاسم قرار دارد و الکترون‌ها را دریافت می‌کند. کاهش نیترات توسط سیستم نار Nar در سیتوپلاسم اتفاق می‌افتد. یوکاریوت‌های دنتیریفایر، در دو گروه Cytochrome cd1 nitrite Reductase وCu-Containing Nitrite Reductase توزیع می‌شوند. با توجه به اینکه در مطالعه ما هدف بررسی و شناسایی باکتری‌های دارای آنزیم سیتوکروم p450 موثر در فرایند دنیتریفیکاسیون می‌باشد در این قسمت تعدادی از آن ها را بررسی می‌نمائیم.

دنیتریفایرهای دارای سیتو کروم۴۵۰p

کاهش ترکیبات معدنی نیتروژن مثل NO3- وNH4+ در پساب‌ها از طریق پالایش زیستی مورد توجه می‌باشد. حذف NO3 به کمک میکراگانیزم‌ها طی دو فرایند صورت می‌گیرد یکی اکسیداسیون NH4+ به NO3- بوسیله باکتری‌های نیتریفایر تحت شرایط هوازی و دیگری تبدیل NO3 به NO2 بوسیله باکتری‌های دنیتریفایر تحت شرایط بیهوازی می‌باشد. یکی از باکتری‌های دارای قابلیت بالا برای کاهش NO3باسیلوس لیکنوفورمیس شماره ۴۲-۴۰ می‌باشد این باکتری حتی در حضورNH4+ توانایی جذب و احیاء NO3 را حتی تحت شرایط هوازی دارد.
باکتری رودوسودوموناس پالوستریس یک باکتری از کلاس آلفاپروتئوباکترهاست که به عنوان یک شاخص مناسب، توزیع گسترده‌ای در مواد زائد لاگون‌ها، رسوبات دریایی، پساب برکه‌های تثبیت و زمین‌های باتلاقی دارد، و قابل شناسایی و جدا کردن می‌باشد. تحت هر یک از شرایط مختلف متابولیسی مثل شیمیوهتروتروفیک، شیمیواتوتروفیک، فوتوهتروتروفیک و فوتوتروفیک با حضور و یا عدم حضور اکسیژن می‌توانند رشد کنند و از مواد معدنی زیادی به عنوان الکترون دهنده تغذیه و استفاده و کربن و نیتروژن مورد نیاز خود را تامین نمایند. این باکتری قادر است با تجزیه بیولوژیک، بقایای بیومس گیاهی و آلاینده های کلردار را مصرف نموده و اقدام به تثبیت نیتروژن نمایند. این باکتری قابلیت تطابق خود با شرایط محیطی را دارد و با تغییرات نور، کربن و نیتروژن و منابع الکترونی، خود را سازگار می‌کند. این باکتری قادر به متابولسیم رنج گسترده‌ایی از ترکیبات آلی شامل اسیدهای چرب، اسیدهای دی کربوکسیلیک و مونومرهای لیگنین می‌باشد. در این باکتری دو سیستم آنزیمی فعال است یکی ژن‌های آنزیم اکسیداز که این باکتری را قادر به استفاده از نیتریت و NO و N2O به عنون الکترون دهنده تحت شرایط تنفسی بیهوازی می‌کند. این باکتری در تصفیه خانه‌های فاضلاب یافت می‌شود و در تجزیه بیولوژیکی ترکیبات محتوی نیتروژن مثل آمینواسیدها هم نقش موثری دارد. ژنوم این باکتری محتوی ۱۹مونو یا دی اکسیژناز و ۴ ژن سیتوکروم۴۵۰p می‌باشد. البته ژن‌های دیگری هم که در ایفای نقش بیوکاتالیزوری این میکروب موثرند، وجود دارند. ۴ گروه ژنی آنزیم‌های اکسیداز از این باکتری، با اکسیژن وارد واکنش می‌شوند که عبارتند از: سیتوکروم d کوینوال اکسیداز، سیتوکروم aa3 اکسیداز، سیتوکروم cbb3 اکسیداز و کونیوال bd اکسیداز. ژ‌ن‌های فتوسنتز کننده قادر به استفاده از نور به عنوان منبع انرژی طی سیکل فتوفسفوریلشن تحت شرایط بیهوازی می‌باشند.
یکی دیگر از دنیتریفایرهای شناخته شده باکتری سودو موناس یی کی تی است این باکتری با تولید گاز N2 از NO3- از گرم منفی‌های غیر تخمیری جدا می‌شود. در بین پروکاریوت ها دو دسته اصلی دنیتریفایر داریم که یکی از آن‌هاCytochrome cd1 Nitrite Reductase و دیگریCu- Containing Nitrite reductase می‌باشد.

نقش سیستم های آنزیمی در پاکسازی محیط زیست- زیست شناسی

توسعه فعالیت های کشاورزی و صنعتی راه ورود آلاینده‌های زیادی را به محیط زیست هموار کرده که آلودگی آب‌های سطحی و زیرزمینی ماحصل آن بود. مهمترین آلاینده‌های وارد شده به منابع آب‌های زیرزمینی شامل PAHS، هیدروکربن های نفتی، فنول ها، PCBS، حشره کش‌های ارگانوفسفره، azodyes و فلزات سنگین بویژه ۶+Cr بدلیل مصرف بالای ترکیبات کروم در صنایع و ترکیبات داروئی می باشند. معمولاً میکروارگانیسم هایی در مقیاس وسیع با اهداف محیطی کاربرد دارند که فعالیت‌های کاتالیستی طبیعی داشته باشند. تصفیه آنزیمی حداقل اثرات را روی اکوسیستم دارد و خطر و تهدید ناشی از آلودگی بیولوژیکی را هم ندارند. آنزیم‌ها قابلیت عمل کردن در رنج گسترده‌ای از pH و دما و در حضور یون های قوی را دارند و ممکن است حتی در حضور غلظت بالای حلال‌های آلی که مولکول‌های آلاینده محلول هستند فعال باشند.
آنزیم‌ها نقش مهمی در توسعه آلترناتیوها یا فرایندهای بیولوژیکی کامل با قابلیت و کاربرد بالقوه در خصوص صنایع آلاینده دارند. علی‌رغم کاربرد آنزیم‌ها در پالایش زیستی و پاکسازی آلاینده‌های حاصل از فرایندهای مختلف، فعالیت اکسیداسیون آنزیم‌ها ممکن است تحت تاثیر عوامل مختلفی مثل قابلیت تجزیه بیولوژیکی بودن آلاینده‌ها و پایداری کم آنزیم‌ها هنگام بهره‌برداری، تحت شرایط محیطی محدود شود. البته چندین استراتژی این قابلیت‌ها و قدرت فعالیت کاتالیستی پراکسیدازها را اصلاح می‌کند. در سال‌های اخیر تحقیقات گسترده‌ایی در خصوص کاربرد آزمایشگاهی سیستم‌های آنزیمی اکسیدکننده (مثل لاکازها، پراکیسدازها، سیتوکروم P450 و منواکسیژنازها) سبب توسعه و پیشرفت فعالیت‌ها و مقاومت و پایداری در مقابل دما و حلال‌های آلی شده است.
بکارگیری آنزیم‌ها در بخش پالایش زیستی مورد توجه خاص است ولی لازم است ابتدا تحقیقات و تلاش هایی در خصوص روش‌ها و غربالگری کار و جداسازی انجام شود، و سپس روی بهینه کردن شرایط برای کشف گزینوبیوتیک‌ها تلاش شود.
پس شرط موفقیت بکارگیری آنزیم‌ها در بخش فعالیت‌های محیطی تا حد زیادی بستگی به اتوماسیون روش‌ها دارد. شناسائی ژنوم میکروب‌ها یک رشته جدیدی است که قادر است در بخش فعالیت‌های محیطی هم ما را کمک کند. پیش‌بینی می‌شود بیش از۹۰% میکروارگانیسم‌های محیطی (همچنین آن‌هائی که منشاء آلودگی مزمن می‌شوند)، نمی‌توانند روی محیط کشت خالص رشد کنند و درباره فعالیت آنزیمی آن ها خیلی کم می‌دانیم. امروزه امکان دست‌یابی به ژنوم میکروب‌های غیرقابل کشت محیطی از طریق بانک‌های ژنی وجود دارد و می‌توان ژن‌های کدینگ پروتئین‌های آن‌ها را شناسایی کرد و از روش‌های بیوشیمیایی بهره‌مند شویم. برای این مسئله با توجه به اهداف‌، سیستم‌های آنزیمی یافت شده در مناطق آلوده می‌توانند به عنوان الگوهایی برای بعضی شرایط، جهت رنج گسترده‌ایی، از مشکلات زیست محیطی به اجرا گذاشته و توسعه داده و بکارگیری شوند.
امروزه استفاده از میکروارگانیسم‌ها در حذف و تجزیه آلاینده‌های محیطی بسیار قابل توجه می‌باشد. بخصوص که میکروارگانیسم‌ها با سیستم‌های آنزیمی خود و با حداقل اثرات سوء بر محیط زیست و کمترین خط و تهدید ناشی از آلودگی بیولوژیکی، قابلیت عملکرد در رنج گسترده‌ای از pH و دما و در حضور یون‌های قوی و ترکیبات دیگر را دارند و حتی ممکن است در حضور غلظت بالای حلال‌های آلی و آلاینده‌های محلول فعال باشند. آنزیم‌ها نقش موثری در توسعه گزینه‌ها و فرایندهای بیوتکنولوژیکی با قابلیت بالا و کاربرد بالقوه در خصوص کنترل و حذف آلاینده‌های ناشی از صنایع دارند. البته ممکن است تحت تاثیر شرایط مختلف محیطی مثل قابلیت تجزیه بیولوژیک بودن آلاینده‌ها و یا پایداری کم آنزیم هنگام بهره‌برداری در شرایط محیطی با محدودیت‌های مواجه شوند ولی استراتژی‌هایی برای اصلاح این محدودیت‌ها و افزایش توان و قدرت و قابلیت‌های کاتالیستی آنزیم‌ها وجود دارد تا آنزیم‌ها را اصلاح کند مثل اصلاح شیمیایی آنزیم‌ها با کمک ابزارهای ژنتیکی مناسب و یا کلنی کردن میکروب در شرایط میزبانی مناسب و تولید مقادیر زیادی آنزیم و وارد کردن مستقیم آنزیم‌ها به محیط مورد توجه هستند.

شکل۲: کاربردهای آنزیم های ۴۵۰p

امروزه استفاده و کاربرد آنزیم‌ها در تجزیه بیولوژیک و بخش پالایش زیستی بشدت مورد توجه و علاقه محققین است. با توجه به امکان دسترسی به ژنوم میکروب‌های غیرقابل کشت محیطی از طریق بانک های ژنی و ژن های کدینگ شده پروتئین‌ها، امکان شناسائی آن ها فراهم شده است. با توجه به گرانی روش‌های تصفیه و حذف شیمیایی آلاینده‌های متنوع تولیدی در سطح جامعه و صنایع، کاربرد سیستم‌های آنزیمی میکروارگانیسم‌ها نقش بسیار مهمی در رفع مشکلات ثانویه آن روش‌های قبلی خواهد داشت. کاربرد آنزیم‌های اکسیدکننده به عنوان بیوکاتالیست ها، در راستای اهداف زیست محیطی بوده و علاوه بر نداشتن خطرات زیست میحطی و تهدیدات ناشی از آلایندگی، یک توانایی بالقوه در راستای مصرف کمتر و بهینه انرژی است و شرایط خاصی را فراهم می نماید. در شکل ۲ نموداری از کاربردهای آنزیم‌های۴۵۰p مشاهده می شود. در کنار آلاینده‌های متنوع وارد شده بر محیط زیست آلودگی منابع آب‌های زیرزمینی و سطحی با نیترات و نیتریت هم مورد توجه می‌باشد.

نتیجه گیری

امروزه قوانین زیست محیطی مرتبط با مواد زائد خطرناک بر توسعه روش‌ها و استراتژی‌های جدید دوستدار محیط زیست تاکید دارند. چون روش‌ها و تکنیک‌های شیمیایی، گران و در مقیاس اجرائی، در بسیاری موارد تکنیک‌های آن‌ها به آسانی قابل کاربرد نیست و انجام بسیاری فعالیت‌های طبیعی تحت تاثیر میکروارگانیسم‌های مختلف ممکن و استراتژی‌های جدیدی قابل طرح می‌باشند. کاربرد آنزیم‌های اکسیدکننده به عنوان بیوکاتالیست برای اهداف زیست محیطی یک توان بالقوه‌ای را در جهت مصرف انرژی کمتر و شرایط خاص مورد نیاز فراهم می‌نماید و کاربرد این فن‌آوری‌های جدید اثرات زیادی در رابطه با کاربرد آنزیم‌ها، برای توسعه تکنولوژی‌های دوستدار محیط زیست داشته باشند. امروزه علاقه زیادی به بررسی آنزیم‌های سیتوکروم p450 برای کاربردهای عملی این آنزیم وجود دارد. اطلاعات مربوط به استفاده از آنزیم‌های سیتوکروم p450 در فرایندهای صنعتی بسیار محدود است. افزایش بیشتر، استفاده از آنزیم‌های سیتوکروم p450 در زیست پالایی سبب علاقه بیشتر به تحقیقات روی این سیستم آنزیمی شده است و انتظار است پیشرفت‌های سریعی در بیوتکنولوژی با استفاده از آنزیم‌های سیتوکروم p450 در پیش باشد.