تركيبات ارگانوفسفره و تجزيه زيستي آنها؛ استفاده از آنزيم‌ها با رويكرد افزايش كارايي

Organophosphate compounds and their biodegradation; using enzymes as an increased efficiency approach

تركيبات ارگانوفسفره به عنوان آفت‌كش و حشره‌كش در كشاورزي و همچنين عوامل شيميايي اعصاب مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين تركيبات باعث مهار آنزيم استيل‌كولين‌استراز كه مسئول تجزيه استيل‌كولين در سيستم عصبي بوده، مي­ شود. نتيجه اين عمل افزايش استيل‌كولين و نهايتاً ايجاد مشكلاتي در سلولهاي عصبي را در پي دارد. روش­ هاي زيادي جهت تجزيه تركيبات مذكور استفاده مي ­شود. اين روش ها شامل: استفاده از مواد شيميايي، دفن سموم، سوزاندن و تجزيه زيستي آنها هستند. روش‌هاي شيميايي و فيزيكي اغلب سمي، حساسيت‌زا، خورنده و غيراختصاصي بوده و به محيط زيست آسيب رسانده و كارايي لازم در محيط­ هاي جنگي را ندارند. تجزيه زيستي روشي موثر و بي خطر است كه تحت شرايط كنترل شده تجزيه تركيبات مختلف از جمله تركيبات ارگانوفسفره توسط عوامل زيستي انجام مي‌شود. تجزيه زيستي با استفاده از ميكروب‌‌‌‌‌‌ها به منظور سم‌‌‌‌‌‌زدايي و تجزيه‌‌‌‌‌‌ي آلودگي انجام مي‌گيرد. اين سوش‌ها داراي آنزيم ­هاي تجزيه كننده با دامنه سوبستراي وسيع مي‌باشند. اگرچه استفاده از سوش‌‌‌‌‌‌هاي طبيعي به عنوان كاتاليزكننده‌هاي حياتي روش جالبي براي تيمار تركيبات ارگانوفسفره است اما عدم توانايي تركيبات ارگانوفسفره در عبور از عرض غشاء، قدرت كاتاليتيكي كل را كاهش مي‌دهد، لذا استفاده از آنزيم­ هاي نوتركيب جهت تجزيه تركيبات ارگانوفسفره مي ­تواند كمك شاياني در رفع آلودگي­ها بخصوص در محيط­ هاي جنگي نمايد. تعداد زيادي از آنزيم ها قادر به تجزيه اين تركيبات مي­ باشند اما مهمترين آنها سه آنزيم Organophosphorus Hydrolase (OPH) ، Organophosphorus acid anhydrolase( OPAA)و Diisopropyl-fluorophosphatase (DFPasae) هستند. در اين مطالعه مروري ضمن بررسي مطالعات انجام شده، علاوه بر توصيف تركيبات ارگانوفسفره و اثرات آن، تجزيه زيستي بويژه استفاده از آنزيم­ ها مورد توجه و بررسي قرار گرفت. تسلط دانشي بر اين موضوع مي­ تواند محققين رو در استفاده از آنزيم­ هاي تجزيه كننده تركيبات شيميايي بخصوص ارگانوفسفره بصورت اسپري و پماد آنزيمي در محيط­ هاي نظامي كمك نمايد.

Organophosphorus compounds are widely used in pesticides, insecticides in agriculture and as nervous chemical agents. These chemicals inhibit the acetylcholinesterase enzyme activity that is responsible for the nervous impulse in organisms. This effect leads to an increase in acetylcholine level and finally neuronal complications. Many methods are used to degrade and decontaminate these compounds, such as: the use of chemicals, burial of toxins, burning and biodegradation. The chemical and physical methods are often toxic, allergic, corrosive and nonspecific and harmful for the environment and are not usable in war spaces. Biodegradation is an effective and safe method that is performed under controlled conditions for the decomposition of various constituents, including organophosphorus compounds, by biological agents. Biodegradation is performed using microbes to detoxify and decompose contaminants. These strains contain broad substrate-degrading enzymes. Although the use of natural strains as vital catalysts is an interesting method for the treatment of organophosphorus compounds, the inability of organophosphorus compounds to cross the membrane width reduces the total catalytic power, so the use of recombinant enzymes for the decomposition of organophosphorus compounds can be of great help in removing contaminants, especially in war environments. Many enzymes have been identified and used for this purpose, but most notably include: Diisopropyl-fluorophosphatase (DFPasae), Organophosphorus acid anhydrolase (OPAA) and Organophosphorus Hydrolase (OPH). In this review, in addition to describing the organophosphorus compounds and their effects, biodegradation especially by use of enzymes was considered. The understanding and mastering of this knowledge could help researchers in the use of chemical degrading enzymes, especially organophosphates, in spray and enzymatic ointments in military environments.