بانک جزوات و مقالات تخصصی و کاربردی ترجمه ® ویژه دروس پزشکی ®

فصل اول کتاب :

Microbes and Enzymes in Soil Health and Bioremediation-Springer Singapore (2019)

چکیده : آنزیم‌های میکروبی نقش حیاتی در حفظ سلامت خاک و حذف آلاینده‌ها از زمین‌های آلوده ایفا می‌کنند. میکروفلور خاک ارتباط نزدیکی با حفظ حاصل خیزی خاک دارد. استفاده از سموم شیمیایی، کودهای شیمیایی و دیگر اسپری‌های فرار در فعالیت‌های کشاورزی جمعیت میکروبی سالم در خاک را تهدید می‌کند. هر ذره خاک سالم با میلیون‌ها باکتری بارگذاری می‌شود که با مواد مغذی موجود در اطراف تعامل دارند و چرخه مواد مغذی را حفظ می‌کنند و این میکروفلور جز ضروری زندگی روی زمین است. افزایش سریع در صنعتی شدن و شهرنشینی، آب و هوا را به شدت آلوده کرد که جمعیت میکروبی و وجود آن‌ها را نیز تحت‌تاثیر قرار داد. برخی از میکروب‌ها برای تجزیه آلاینده‌های سمی پیچیده که وارد خاک می‌شوند به اجزای غیر مضر و کمک به حفظ حاصل خیزی خاک تکامل یافته‌اند. بنابراین، ضروری است که این میکرو ارگانیسم‌ها و آنزیم‌هایی که در احیای احیای مواد سمی و احیای میکروفلور مورد نیاز برای یک زندگی عادی نقش دارند، شناسایی شوند. ​

کلمات کلیدی: آنزیم‌ها، سلامت خاک، ضدعفونی‌کننده‌ها، میکروفلور، صنعتی‌سازی، آلاینده‌ها

۱.۱ مقدمه

​​​​​​​​

در سال‌های اخیر، افزایش جمعیت و صنعتی شدن سریع نه تنها استاندارد زندگی را بهبود می‌بخشد، بلکه کیفیت محیط‌زیست را نیز تحت‌تاثیر قرار می‌دهد. با توجه به آزاد شدن آلاینده‌های مضر در اکوسیستم مانند پلاستیک، مواد اولیه دارویی، گازهای گلخانه‌ای، آفت‌کش‌ها و مواد رنگی مصنوعی، هر بخش از زمین به شدت تحت‌تاثیر قرار گرفته‌است. این آلاینده‌ها نه تنها باعث اثرات تراتوژنیک، سرطان‌زا، جهش زا و سمی بر روی انسان‌ها یا موجودات زنده می‌شوند بلکه باعث ایجاد یک خطر جدی برای محیط‌زیست نیز می‌شوند (‏جاکوب و همکاران ۲۰۱۸؛ لیو و همکاران ۲۰۱۹)‏. یون‌های فلزات سنگین از زمین آلوده وارد محصولات کشاورزی و سبزیجات خوراکی و یا ماهی و یا موجودات آبزی از آب آلوده می‌شوند که در نهایت به بدن انسان می‌رسند. جریان مداوم این مواد سمی و یا ناخالصی‌های فلزی به آن‌ها اجازه می‌دهد که درون بدن انسان جمع شوند و میکروفلور نرمال را تغییر دهند. تمام جنس‌های میکروبی، باکتری‌ها، قارچ‌ها، جلبک‌ها، نماتودها و پروتوزوآها نقش مهمی در تصفیه زیستی و حفظ سلامت خاک دارند. برای مقابله با بحران انرژی و تقاضای مواد غذایی با جمعیت در حال رشد، حفظ زمین‌های کشاورزی از آلودگی و حفظ بهره‌وری بسیار مهم است. ​

این آلاینده‌ها به دلیل فعالیت‌های مختلف انسانی و فرآیندهای صنعتی به طور گسترده در همه جای محیط‌زیست پراکنده شده‌اند (‏بلال و همکاران ۲۰۱۹؛ رشید و همکاران ۲۰۱۹)‏. روش‌های متعددی مانند فیلتراسیون، اسمز معکوس، سوزاندن، تصفیه لاگونینگ، ته‌نشینی محل دفن زباله، و زیست پالایی با استفاده از میکروب‌ها و آنزیم‌های آن‌ها برای تصفیه آلاینده‌های مضر به کار گرفته شده‌اند (‏بلال و همکاران ۲۰۱۹ a Kuppusامی و همکاران ۲۰۱۷)‏. مزایای عمده استفاده از آنزیم‌های میکروبی برای تخریب آلاینده‌های زیست‌محیطی عبارتند از: بهره‌وری بالا، حداقل محصولات جانبی، عدم آلودگی ثانویه، امکان‌سنجی اقتصادی و محیط‌زیست ایمن (‏گارسیارسا و همکاران ۲۰۱۶)‏.​

جنس‌های باکتریایی مختلفی در زیست پالایی مورد استفاده قرار گرفتند که می‌توانند آلاینده‌های آلوده را به ترکیبات سمی کم‌تر تبدیل کنند: سودوموناس، Aکروموباکتر sp، بورخولدریا sp، رودوکوکوس sp، رالستونیا sp، آلکالیژنز sp، اسفنگموناس sp، دهالوکوکوئیدس sp، و کاماموناس sp که در نهایت آلاینده‌ها را کاهش می‌دهند. با این حال، میکرو ارگانیسم‌های بسیار متنوع و خاص موجود در طبیعت به طور موثر چندین آلاینده را از بین می‌برند. اما اصلاح میکروبی در مقایسه با تولید روزانه مقدار زیادی زباله که باعث تجمع آلاینده‌ها در محیط‌زیست می‌شود، معمولا کند است. با این وجود، زیست‌شناسی مولکولی امکان تولید سویه‌های جدیدی از میکروارگانیسم با ویژگی‌های مطلوب برای فرآیند زیست پالایی را فراهم می‌کند، در نتیجه به طور قابل‌توجهی قابلیت تجزیه آلاینده‌ها را بهبود می‌بخشد (‏ژائو و همکاران ۲۰۱۷)‏. میکروب ها با هضم داخل سلولی ماکرومولکول های پیچیده و تبدیل آن‌ها به واحدهای کوچک‌تر در فعالیت‌های متابولیک خود، نقش بسیار مهمی را در چرخه‌های مواد مغذی ایفا می‌کنند. دوم، آنزیم ترشح‌شده در محیط خارج سلولی، تبدیل ماکرومولکول های پیچیده به میکرومولکول ها را تسهیل می‌کند که می‌تواند به راحتی توسط گونه‌های زنده دیگر جذب شود. ​

۱.۲ چالش‌های عمده زیست‌محیطی ۱.۲.۱ گرم شدن جهانی هوای کره زمین و تغییرات آب و هوایی

گرم شدن جهانی هوای کره زمین به عنوان افزایش دمای زمین به دلیل افزایش سطح دی‌اکسید کربن (‏CO۲)‏و دیگر گازهای گلخانه‌ای (‏GHG)‏تعریف می‌شود. آن به طور مستقیم به درصد CO۲ موجود در اتمسفر زمین متصل است. پیامدهای گرم شدن جهانی هوای کره زمین افزایش در سطح دریا، اقیانوس‌های اسیدی، افزایش آلودگی هوا، انحراف در کشت و الگوهای بیماری است. CO۲ به عنوان GHG اولیه (گاز گل خانه ای) در نظر گرفته می‌شود که منجر به تغییر آب و هوا، تولید شده توسط سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، گاز طبیعی و نفت می‌شود (‏هی و همکاران ۲۰۱۸)‏. یک روش بیولوژیکی مانند فوتوسنتز که در گیاهان رخ می‌دهد دی‌اکسید کربن و آب را به ترکیبات آلی تبدیل می‌کند و تعادل را با تثبیت دی‌اکسید کربن اتمسفر بر روی زمین حفظ می‌کند (‏موندل و همکاران ۲۰۱۶)‏. در منابع علمی، نمونه‌های زیادی برای تبدیل CO۲ با استفاده از میکروب‌ها و آنزیم‌های آن‌ها توصیف شده‌است. گونه‌های مختلف جلبکی از جمله Chlorella vulgaris، Nannochloropsis sp، Scenedesmus quadricauda، کلامیدوموناس reinhardtii و Nannochloris sp برای جدا کردن دی‌اکسید کربن مطالعه شده‌اند. در طول فتوسنتز، آنزیم RubisCO در یک موجود فتوسنتزی مسئول تبدیل دی‌اکسید کربن به کربن غیر آلی است. محدودیت اصلی RubisCO تمایل کم به CO۲ است (‏پاولیک و همکاران ۲۰۱۷)‏. با این حال، حذف CO۲ با استفاده از روش‌های بیولوژیکی برای sequestration کربن در مقیاس بزرگ خاص منطقه مانند خروجی صنایع و شهرهای آلوده مناسب نیست. ​

در مطالعه‌ای که اخیرا انجام شده‌است، گزارش شده‌است که متیلو باکتریوم از فورمات دهیدروژناز برای تبدیل CO۲ به فورمات استفاده می‌کند (‏جانگ و همکاران ۲۰۱۸)‏. کربونیک انیدراز آنزیمی است که عمدتا برای تبدیل CO۲ به بیکربنات استفاده می‌شود (‏شارما و همکاران ۲۰۱۸)‏. بسیاری از گونه‌های باکتریایی دارای آنزیم CA عبارتند از: Aeribacillus پالیدوس، لاکتوباسیلوس دلبروکی، باسیلوس اس پی، سودوموناس فراگی، سراشیا اس پی برای تبدیل CO۲ به کربنات کلسیم مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. تجزیه CO۲ با استفاده از میکروب‌ها، کاهش عمده گاز گلخانه‌ای CO۲ را ارائه می‌دهد در نتیجه گرم شدن جهانی هوای کره زمین را بهبود می‌بخشد.

۲. ۲ آلودگی پلاستیک روی زمین

پلاستیک‌های مصنوعی، زباله‌های انسانی اصلی که وارد محیط‌زیست می‌شوند و در آن جمع می‌شوند را نشان می‌دهند.

در واقع، آلودگی پلاستیک در حال حاضر به عنوان یک تهدید زیست‌محیطی جهانی، همراه با تخلیه اوزون، اسیدی شدن اقیانوس و تغییرات آب و هوایی در نظر گرفته می‌شود (‏Barboza et al. ۲۰۱۸)‏. پلاستیک در زندگی روزمره مثل مواد بسته‌بندی، لباس، بطری‌های آب و فرش به کار می‌رود. پلاستیک‌هایی مانند پلی‌اتیلن ترفتالات (‏PET)‏، پلی پروپیلن و پلی‌اتیلن خطر جدی برای رشد گیاهان و حیوانات در اکوسیستم دریایی ایجاد می‌کنند. پیوندهای شیمیایی بین مونومر پلاستیک قوی‌تر است، بنابراین آن‌ها نسبت به تجزیه طبیعی مقاوم هستند. ​

در حالی که میکروپلاستیک ها ذرات پلاستیکی کم‌تر از ۵ میلیمتر هستند، به دلیل اندازه کوچک آن‌ها، نسبت سطح به حجم بالا، پایداری محیطی طولانی، و توانایی آن‌ها برای ورود به سلول‌ها و ایجاد اثرات نامطلوب، نگرانی ویژه‌ای دارند. تجزیه غیر زنده پلاستیک انسان با دما، اکسیژن، اشعه UV و تنش فیزیکی (‏Gewert et al. ۲۰۱۵)‏به آرامی پلاستیک را تجزیه می‌کند و میکروپلاستیک تولید می‌کند که می‌تواند توسط باد به محیط گسترش یابد (‏Urbanek et al. ۲۰۱۸)‏. با توجه به تجمع پلاستیک‌ها در محیط، میکروارگانیسم‌ها در حال تکامل مسیرهای کاتابولیک و آنزیم‌ها هستند تا پلاستیک را تا حدی تجزیه کنند (‏یانگ و همکاران ۲۰۱۵)‏.​

در مقالات تجزیه زیستی پلی‌اتیلن توسط سویه‌های میکروبی مختلف از جمله باسیلوس سوبتیلیس، اسنیتوباکتر بائومانی، آرتروباکتر sp، استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس و فلاووباکتریوم sp گزارش شده‌است. یک باکتری تازه کشف‌شده با نام I. sakaiensis آنزیم PETase گزارش شده‌است که از پلی‌اتیلن ترفتالات (‏PET)‏به عنوان یک منبع انرژی و کربن عمده برای رشد و تبدیل به فرم غیرسمی استفاده می‌کند. بنابراین این آنزیم بستری را برای اصلاح بیشتر با استفاده از تکامل هدایت‌شده و استراتژی مهندسی پروتئین برای افزایش بهره‌وری آنزیم، به سمت چالش پایدار تخریب پلیمر بسیار بلوری ارائه می‌دهد (‏آستین و همکاران ۲۰۱۸)‏. پلاستیک‌های ترموست مانند پلی استر پلی یورتان و پلی استر آلیفاتیک به دلیل قابلیت هضم آسان پیوندهای استری و یورتان در ساختار خود به سادگی مورد حمله میکروب‌ها قرار می‌گیرند. سایر آنزیم‌های ترشح‌شده توسط میکروب‌ها که فعالیت زیست تخریب پذیر را نشان می‌دهند شامل استریازها، لیپازها، دهیدراتاز ها، دپلیمریزه ها، کدینازها، یورزها و پروتئینازها هستند (‏Dang et al. ۲۰۱۸؛ Masaki et al. ۲۰۰۵؛ Sodet al. ۲۰۱۶؛ Zheng et al. ۲۰۰۵)‏. امروزه پلاستیک زیستی ساخته‌شده از منابع طبیعی تجدید پذیر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است و می‌تواند برای جایگزینی پلاستیک مورد استفاده قرار گیرد (‏مصطفی و همکاران ۲۰۱۸)‏. با این حال، پلاستیک زیستی به دلیل چالش‌های مختلف اقتصادی و تولیدی، به طور کامل جایگزین پلاستیک مبتنی بر نفت نشده است. ​

۳. ۲ آفت کشه‌ای شیمیایی به عنوان یک آلاینده روی زمین

​​​​​​​​

در حال حاضر، از آفت‌کش‌ها در تولید کشاورزی برای توقف رشد آفات و بیماری‌های مرتبط استفاده می‌شود.

رایج‌ترین آفت‌کش‌های مورد استفاده شامل آترازین، لیندین، کلوردین، DDT، آلدرین، سیپرمترین و هپتاکلر هستند (‏پریرا و همکاران ۲۰۱۵)‏.

اگرچه آفت‌کش‌ها نقش حیاتی در کشاورزی بازی می‌کنند، اما اینها به تجزیه زیستی مقاوم هستند و برای سال‌های زیادی در اکوسیستم باقی می‌مانند (‏کومار و همکاران ۲۰۱۸؛ نیکوپولو - استاموتی و همکاران ۲۰۱۶)‏.​

گونه‌های میکروبی مختلف مانند آرتوباکتر، اسپرجیلوس، Chorella، پنیسیلیوم، سودوموناس و فلاووباکتریوم توانایی تجزیه آفت‌کش‌ها به یک محصول با سمیت کم‌تر را با استفاده از آنزیم‌ها نشان داده‌اند (‏کومار و همکاران ۲۰۱۸)‏. آنزیم‌های مختلفی از میکرو ارگانیسم‌هایی مانند دی ایزوپروپیل فلوروفسفاتاز، پاراتیون هیدرولاز، فسفو تری استراز، استراز و پاراکسوناز جدا شده‌اند تا مسیرهای درگیر در تغییر شکل زیستی این ترکیبات xenobiotic را مطالعه کنند. این میکروب‌های بومی کارایی تجزیه محدودی دارند، بنابراین در حال حاضر چندین باکتری حاوی ژن تجزیه‌کننده آفت‌کش می‌توانند برای ساخت باکتری‌های مهندسی ژنتیک شده مورد استفاده قرار گیرند (‏هنگ و همکاران ۲۰۱۰)‏. برای پایداری زیست‌محیطی، توسعه آفت کشه‌ای بیولوژیکی به کلید حفاظت از سلامت انسان و توسعه کشاورزی تبدیل شده‌است. ​

۱.۲.۴ آلودگی دارویی و افزایش مقاومت ضد میکروبی

استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها در پزشکی حیوانی و انسانی، و همچنین در کشاورزی، نه تنها منجر به تجمع آن‌ها در محیط شده‌است بلکه طیف گسترده‌ای از میکرو ارگانیسم‌های بسیار مقاوم به آنتی‌بیوتیک را توسعه داده‌است (‏آلمکی و همکاران ۲۰۱۹)‏. بیشتر باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌های رایج مثل استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی سیلین، استرپتو کوکوس مقاوم به اریترومایسین، پنوموکوک مقاوم به پنی‌سیلین و شیگلا مقاوم به تتراسایکلین مقاومت ایجاد می‌کنند. پساب‌های فاضلاب صنایع داروسازی که غنی از آنتی‌بیوتیک‌ها، استروئیدها، هورمون‌ها و ترکیبات ضد درد هستند، وارد رودخانه‌ها می‌شوند که تاثیر منفی بر اکولوژی میکروبی دارند (‏دینگ و هی ۲۰۱۰)‏. قرار گرفتن مداوم میکروارگانیسم‌های زمینی و آبی در معرض محصولات دارویی، ترکیب ژنتیکی جنس‌های میکروبی را تحت‌تاثیر قرار داده و ژن‌های مقاومت ضد میکروبی را توسعه داده‌است. ​

با این حال، روش‌های بیولوژیکی برای تبدیل آلاینده‌های دارویی به شکل‌های غیر سمی جذاب هستند زیرا ارزان و سازگار با محیط‌زیست هستند (‏Zur et al. ۲۰۱۸)‏. بسیاری از سویه‌های باکتریایی و قارچی از جمله کلبسیلا، پنیسیلیوم، سودوموناس، آسپرژیلوس، Sphingomonas sp، باسیلوس، انتروباکتر، آئروموناس و استرپتومایسس برای انتقال زیستی آلاینده‌های دارویی گزارش شده‌اند. تبدیل زیستی منجر به شکل‌گیری محصول نهایی می‌شود که کم‌تر سمی و پایدارتر از ترکیب اولیه است. ​

۲. ۵ آلودگی فلزات سنگین بر روی زمین

فلزات سنگین متالوئیدی هستند که چگالی آن‌ها بیش از ۵ گرم بر سانتی متر مکعب است مانند جیوه، آرسنیک و سرب (‏Tchonwou et al. ۲۰۱۲)‏. فلزات سنگین به طور طبیعی در پوسته زمین و فعالیت‌های انسانی مانند ذوب، معدن، احتراق نفت و سوزاندن زغال‌سنگ در نیروگاه رخ می‌دهند و استفاده از کود وجود آن را در محیط‌زیست افزایش می‌دهد (‏هی و همکاران ۲۰۰۵)‏. در سیستم‌های طبیعی، فلزات سنگین بر اندامک‌های سلولی مانند شبکه اندوپلاسمی، لیزوزوم، غشا سلولی، هسته، میتوکندری و آنزیم‌های مختلف درگیر در سم زدایی، متابولیسم و ترمیم آسیب تاثیر می‌گذارند. یون‌های فلزی با پروتئین‌های هسته‌ای و DNA برهمکنش می‌کنند و باعث تغییرات کنفورماسیونی و آسیب DNA می‌شوند که منجر به آپوپتوزیس و یا سرطانزایی می‌شوند (‏Wang و شی ۲۰۰۱)‏. به دلیل پایداری فلز در محیط خاکی، آلودگی فلزات سنگین یک خطر برای حیوانات، گیاهان و سلامت انسان به شمار می‌رود (‏میترا ۲۰۱۷)‏.​

زیست پالایی فلزات سنگین توسط میکروارگانیسم‌ها به عنوان یک روش کارآمد در حال ظهور است. مکانیسم‌های مختلفی که توسط میکروارگانیسم‌ها برای تحمل سمیت فلز به کار می‌روند عبارتند از: اکستروژن، تبدیل زیستی، استفاده از آنزیم‌ها و سنتز متالوتیونئین ها و بیوسورفکتانت ها (‏Iمصری i et al. ۲۰۱۸؛ Ramasامی et al. ۲۰۰۷)‏. سودوموناس پوتیدا داری تحمل به کادمیوم است و توانایی درون سلولی برای sequester روی، مس و کادمیوم با استفاده از پروتئین‌های با وزن مولکولی پایین غنی از سیستئین دارد (‏هیگام و همکاران ۱۹۸۶)‏. باکتری باسیلوس پومیلوس، آلکالیژن فکالیس، Brevibacterium یودونیوم و سودوموناس آئروژینوزا برای حذف کادمیم و سرب گزارش شدند (‏دی و همکاران ۲۰۰۸)‏. زیست پالایی میکروبی یک تکنولوژی مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط‌زیست برای پاک‌سازی فلزات سنگین است. ​

۱.۳ ترمیم سلامت خاک با استفاده از میکروب ها

تنفس خاک، زیست توده میکروبی، فعالیت‌های آنزیمی و تنوع میکروبی شاخص‌های بیولوژیکی اصلی سلامت خاک هستند. خاک‌های سالم برای یکپارچگی اکو سیستم زمینی و یا بازیابی از مشکلات، مانند تغییر آب و هوا، آلودگی آفت، خشکسالی، آلودگی و بهره‌برداری انسانی از جمله کشاورزی ضروری هستند (‏الرت و همکاران ۱۹۹۷)‏. علاوه بر این، با افزایش مداوم جمعیت جهان، تقاضا برای تولید غذا افزایش‌یافته است (‏فاگرریا و همکاران ۲۰۰۸)‏. اما امروزه فعالیت‌های کشاورزی شامل استفاده از کودهای شیمیایی بالقوه خطرناک است که بر خاک و سلامت انسان تاثیر می‌گذارد (‏Glick ۲۰۱۸)‏. بنابراین حفاظت از خاک اولویت بالایی دارد و درک کامل فرآیندهای اکوسیستم یک عامل مهم در اطمینان از سالم ماندن خاک است. این آنزیم‌ها بسیاری از واکنش‌های حیاتی لازم برای فرآیندهای زندگی میکرو ارگانیسم‌های خاک را کاتالیز می‌کنند و همچنین به پایدارسازی ساختار خاک کمک می‌کنند. اگر چه میکرو ارگانیسم‌ها منبع اصلی آنزیم‌های خاک هستند، گیاهان و حیوانات نیز به مخزن آنزیم خاک کمک می‌کنند. آنزیم‌های خاک به سرعت به هر گونه تغییر در شیوه‌های مدیریت خاک و شرایط محیطی پاسخ می‌دهند. فعالیت‌های آن‌ها ارتباط نزدیکی با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی خاک دارد. از این رو، آنزیم‌های خاک به عنوان سنسورهای وضعیت میکروبی خاک، شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک و تاثیر تیمارهای خاک و یا عوامل آب و هوایی بر حاصل خیزی خاک استفاده می‌شوند. به طور کلی میکروب و پروفایل آنزیمی در خاک باید به منظور حفظ سلامت خاک، حاصل خیزی آن و حفظ رشد کشاورزی تثبیت شود. در حال حاضر، چرخه‌های بیوژئوشیمیایی در اکوسیستم کشاورزی در نتیجه افزایش آلودگی و سطح سمی در محیط‌زیست مختل شده‌اند. سرعت تجزیه محتوای آلی به دلیل انقراض میکروفلور خاک مختلف کم‌تر می‌شود. بنابراین یافتن روش‌های مناسب رفع مشکل برای جلوگیری از افزایش آلودگی خاک به منظور احیای کاهش حاصلخیزی خاک با استفاده از روش‌های بیولوژیکی ضروری است. ​

۱.۴ نتیجه‌گیری

فلور میکروبی خاک و مقدار آنزیم با عوامل خارجی، شرایط فیزیکی و شیمیایی متفاوت است. هر کدام از این منابع می‌توانند منبع آلودگی صنایع، کودهای شیمیایی، آفت‌کش‌ها و یا شهرنشینی و اتومبیل باشند، هر کدام از این منابع جمعیت میکروبی و فعالیت آنزیمی خاک را به طور جدی تخریب کرده‌اند. این همچنین برای تعیین سطح دقیق وجود میکروبی و فعالیت آنزیم در مناطق جغرافیایی مختلف بسیار پیچیده است. بدون شک، تکنیک‌های بیولوژی مولکولی، مانند تکامل هدایت‌شده و فن‌آوری DNA نوترکیب، سرعت مهندسی آنزیم و میکروب را متحول کرده‌اند که می‌تواند نقطه عطفی در بازیابی جمعیت میکروبی و فعالیت آنزیمی در خاک باشد. در این فصل، مروری بر انواع مختلفی از آلاینده‌ها داریم که بر روی خاک یا بدنه‌های آبی روی زمین تاثیر می‌گذارند و اینکه چگونه میکروب‌ها و آنزیم‌های مختلف با وجود یا افزایش سطح این آلودگی در ارتباط هستند. ​