* المعالجة الحيوية الميكروبية:المعادن - الزئبق - البترول - المركبات

المعالجة الحيوية الميكروبية (المعادن)
القدرات الكيموحيويه للكائنات الحية الدقيقة تبدو غير محدودة, وغالباً قيل بأن الكائنات الحية الدقيقة هي أعظم كيميائيي الأرض. الكائنات الحية الدقيقة استخدمت لاستخراج معادن ثمينة من خامات الدرجة المنخفضة (التنقية الميكروبية), واستخدمت كعوامل لتنظيف البيئة. المصطلح معالجه حيوية يشير إلى عملية تنظيف النفط, المواد الكيميائية السامة, أو الملوثات الأخرى من البيئة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. المعالجة الحيوية هي طريقه أكثر فعاليه لتطهير الملوثات, وفي بعض الحالات, هي الطريقة العملية الوحيدة لإنجاز العمل كما يجب.

1. التنقية الميكروبية لخامات المعادن
إنتاج الأحماض وانحلال المعادن عن طريق البكتيريا المحبة للحموضة يمكن أن توضع للاستخدام في التنقيب عن خامات المعدن. الكبريتيد يشكل معادن عديمة الذوبان مع العديد من المعادن, والعديد من الخامات المنقبة كمصادر لهذه المعادن هي كبريتيدات. إذا تركيزات المعدن في الخام منخفضة, قد لا يكون مجدي اقتصادياً تركيز المعدن بالوسائل التقليدية. تحت هذه الظروف, تمارس التنقية الميكروبية. التنقية مفيدة بشكل خاص لخامات النحاس لأن كبريتات النحاس, المتشكلة أثناء أكسدة خامات كبريتيد النحاس, ذائبة بشكل كبير في الماء. في الواقع, ما يقارب ربع النحاس المنقب بكافة أنحاء العالم يتم الحصول عليه عن طريق التنقية.
Acidithiobacillus ferrooxidans والبكتيريا كيميائية التغذية غير العضوية المؤكسدة للمعادن الأخرى يمكن أن تحفز أكسدة المعادن الكبريتيديه, وبذلك تساعد في إذابة المعدن. القابلية للأكسدة تتفاوت بين المعادن, وتلك المعادن التي تتأكسد بسرعة أكبر هي الأكثر قابليه للتنقية الميكروبية. لذا, خامات كبريتيد النحاس والحديد مثل البيرهوتيت (FeS) والكوفيليت (CuS) تنقى بسرعة, بينما خامات الرصاص والموليبدينوم أقل منها بكثير.

عملية التنقية
في التنقية الميكروبية, خام الدرجة المنخفضة ترمى في كومة كبيرة (مستودع التنقية) ومحلول حمض الكبريتيك المخفف (pH 2) يرشح أسفل عبر الكومة. السائل الصاعد من قاع الكومة يكون غني بالمعادن المذابة وينقل إلى محطة ترسيب حيث المعادن المطلوبة ترسب وتنقى. السائل بعد ذلك يضخ مرة أخرى إلى قمة الكومة وتكرر الدورة. عندما نحتاجه, يضاف حامض للمحافظة على أس هيدروجيني منخفض.
سبق أن وضحنا تنقية خام النحاس بمثال الكوفيليت (CuS), حيث النحاس له تكافؤ +2. A. ferrooxidans يؤكسد الكبريتيد في كبريتيد النحاس CuS إلى SO42-, بالتالي يطلق النحاس كـ Cu2+. ومع ذلك, هذا التفاعل يمكن أيضاً أن يحدث آنياً. في الواقع, التفاعل الرئيسي في تنقية النحاس هو الأكسدة الكيميائية لكبريتيد النحاس بأيونات الحديديك المولدة بواسطة الأكسدة البكتيرية لأيونات الحديدوز. في أي خام نحاس, البيريت (FeS2) أيضاً موجود, وأكسدته بواسطة البكتيريا تؤدي إلى تشكيل Fe3+. التفاعل التلقائي لكبريتيد النحاس مع Fe3+ يشكل Cu2+ بالإضافة إلى Fe2+. بشكل مهم, هذا التفاعل يمكن أن ينفذ عميقاً في مستودع التنقية حيث الظروف لاأكسجينيه.

استعادة المعدن
محطة الترسيب هي حيث يستعاد Cu2+ من محلول التنقية. Fe0, يضاف إلى حوض الترسيب لاستعادة النحاس من سائل التنقية بواسطة التفاعل:-
Fe0 + Cu2+ → Cu0 + Fe2+
وهذا يؤدي إلى تشكيل Fe2+. هذا السائل الغني بـ Fe2+ ينقل إلى حوض أكسده ضحل حيث A. ferrooxidans ينمو ويؤكسد Fe2+ إلى Fe3+. هذا السائل الغني بالحديديك (الحديد ثلاثي التكافؤ) يضخ إلى قمة الكومة و Fe3+ يستخدم ليؤكسد CuS. كامل عملية التنقية محافظ عليها بأكسدة Fe2+ إلى Fe3+ بواسطة البكتيريا المؤكسدة للحديد.
درجة الحرارة العالية يمكن أن تكون مشكله لعملية التنقية. A. ferrooxidans هو محب للحرارة المتوسطة, لكن درجات الحرارة داخل مستودع التنقية غالباً تزيد تلقائياً كنتيجة للحرارة المتولدة بالنشاطات الميكروبية. لذا, الأنواع ذات التغذية غير العضوية الكيميائية المؤكسدة للحديد المحبة للحرارة مثل أنواع الثيوباسيلس Thiobacillus المحبة للحرارة, ليبتوسبيريليوم فيروكسيدانز Leptospirillum ferrooxidans, وسلفوباسيلس Sulfobacillus أو, عند درجات حرارة عاليه (60 – 80 درجه مئوية), الكائن الحي سلفولوبوس Sulfolobus, أيضاً مهمة في تنقية المعادن الخام.

عمليات التنقية الميكروبية الأخرى
اليورانيوم والذهب
الكائنات الحية الدقيقة أيضاً تستخدم في تنقية خامات اليورانيوم والذهب. A. ferrooxidans  يمكن أن يؤكسد U4+ إلى U6+ مع O2 كمستقبل للإلكترون. علاوة على ذلك, تنقية اليورانيوم من المحتمل تعتمد أكثر على الأكسدة الغير حيوية لـ U4+ بواسطة Fe3+, مع مساهمة A. ferrooxidans أساساً عبر إعادة أكسدة Fe2+ إلى Fe3+ كما في تنقية النحاس. التفاعل الملاحظ هو:-
UO2 + Fe2(SO4)3 → UO2SO4 + 2FeSO4
    (Fe2+)         (U6+)           (Fe3+)       (U4+)  
على عكس UO2, معدن اليورانيوم المؤكسد يكون قابل للذوبان ويستعاد بعمليات أخرى.
الذهب نموذجياً يوجد في ترسبات مرتبطة مع معادن تحتوي الزرنيخ والبيريت. A. ferrooxidans والكائنات المشابهة له يمكن أن تهاجم وتذوّب معادن خام كبريتيد الزرنيخ الحديدي, مطلقة الذهب المحصور (Au):-
2FeAsS[Au] + 7O2 + 2H2O + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2H3AsO4 + [Au]  
الذهب بعد ذلك يعقّد مع السيانيد بواسطة طرق تعدين الذهب التقليدية. على عكس النحاس, حيث تحدث التنقية في مستودع تنقيه كبيره, تنقية الذهب تتم في خزانات مفاعلات حيوية مغلقه وصغيره نسبياً, حيث أكثر من 95% من الذهب المحصور يطلق. علاوة على ذلك, بالرغم من أن الزرنيخ والسيانيد هي بقايا سامه من العملية التعدينية, كلاهما يزال في المفاعل الحيوي المنقي للذهب. الزرنيخ يزال كحديديك مترسب, والسيانيد (CN-) يزال بأكسدته الميكروبية إلى ثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى اليوريا في المراحل الأخيرة من عملية استعادة الذهب. تنقية الذهب الميكروبية صغيرة النطاق أصبحت شعبيه كبديله لتقنيات التنقيب عن الذهب المدمرة للبيئة والأكثر تكلفه. عمليات تجريبية أيضاً طورت للتنقية الحيوية للرصاص, الزنك, النيكل باستخدام طرق المفاعلات الحيوية.

المعالجة الحيوية الميكروبية (الزئبق)
2- المعادن نموذجياً توجد في تركيزات منخفضة في الصخور, الترب, المياه, الجو. البعض من هذه هي معادن أثرية تحتاجها الخلايا (على سبيل المثال الكوبالت, النحاس, الزنك, النيكل, الموليبدينوم). في التركيزات العالية, نفس هذه المعادن يمكن أن تكون سامه. عدة منها متطايرة بما فيه الكفاية لتلوث الهواء كذلك. هذه تتضمن الزئبق, الرصاص, الزرنيخ, الكادميوم, السلينيوم. بسبب المخاوف البيئية والتورط الميكروبي المهم, سنركز مناقشتنا على الكيموجيوبيولوجي لعنصر الزئبق.

التدوير العالمي للزئبق وميثيل الزئبق
بالرغم من أن الزئبق يوجد في تركيزات منخفضة للغاية في معظم البيئات الطبيعية, بمتوسط حوالي 1 نانوجرام لكل لتر من المياه, هو يستخدم بشكل كبير كمنتج صناعي ومكون نشط للعديد من مبيدات الآفات. بسبب النزعة غير العادية للتركّز في الأنسجة الحية وسميته العالية, الزئبق له أهميه بيئيه كبيره. على سبيل المثال, التنقيب عن خامات الزئبق وحرق الوقود الأحفوري يطلق حوالي 40.000 طن من الزئبق إلى البيئة كل سنه, زئبق أكثر يطلق في عمليات جيوكيميائيه لاحيويه. الزئبق أيضاً ناتج عرضي لصناعة الإلكترونيات (خصوصاً إنتاج البطاريات والأسلاك), صناعة المواد الكيميائية, حرق النفايات البلدية. الشكل الرئيسي من الزئبق في الجو هو الزئبق العنصري (Hg0), الذي هو متطاير ويؤكسد إلى أيون الزئبق (Hg2+) ضوئياً كيميائياً. معظم الزئبق يدخل البيئات المائية كـ Hg2+.

دورة الاختزال والأكسدة الميكروبية للزئبق
الزئبق Hg2+ يمتص بسرعة إلى ماده جزيئيه ويمكن أن يؤيض من هناك بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. النشاط الميكروبي يؤدي إلى مثيلة (methylation) الزئبق, مما ينتج ميثيل الزئبق CH3Hg+. ميثيل الزئبق سام للغاية إلى الحيوانات لأنه يمكن أن يمتص عبر الجلد وهو سم عصبي فعال. لكن بالإضافة لذلك, ميثيل الزئبق قابل للذوبان ويمكن أن يركّز في السلسلة الغذائية, أساساً في الأسماك, أو يمكن أن يميثل أكثر بواسطة الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج المركب المتطاير ثنائي ميثيل الزئبق CH3 - Hg - CH3.    
كلا ميثيل الزئبق وثنائي ميثيل الزئبق تتراكم في الحيوانات, خصوصاً في أنسجة العضلة. ميثيل الزئبق حوالي 100 مرة أكثر سميه من Hg0 و Hg2+, وتراكمه يبدو بأنه يكون مشكله خاصة في بحيرات المياه العذبة ومياه الشواطئ البحرية حيث لوحظت تراكيز معززه في السنوات الأخيرة في الأسماك المصطادة للاستهلاك البشري. الزئبق يمكن أيضاً أن يسبب تلف الكلى والكبد في البشر والحيوانات الأخرى.
عدة تحويلات أخرى للزئبق تحدث على نطاق عالمي, تتضمن تفاعلات تنفذ عن طريق البكتيريا المختزلة للكبريتات (H2S + Hg2+ → HgS) وبكتيريا methanogens (CH3Hg+ → CH4 + Hg0). قابلية ذوبان كبريتيد الزئبق منخفضة جداً, لذا في الرواسب المختزلة للكبريتات اللاأكسجينيه, معظم الزئبق يوجد ككبريتيد الزئبق. لكن عند التهوية, كبريتيد الزئبق يؤكسد أساساً بواسطة الثيوباسيلي, يؤدي إلى تشكيل الزئبق و SO42+, وفي نهاية المطاف, ميثيل الزئبق.

مقاومة الزئبق
عند تركيزات عاليه للغاية, الزئبق وميثيل الزئبق يمكن أن تكون سامه ليس فقط للكائنات الحية الراقية لكن أيضاً للكائنات الحية الدقيقة. ومع ذلك, بكتيريا عديدة يمكن أن تنفذ التحويل الحيوي للزئبق السام إلى أشكال غير سامه. في البكتيريا السالبة لصبغة جرام المقاومة للزئبق الإنزيم المرتبط بـ NADPH ميركوريك ريدكتيز mercuric reductase يختزل Hg2+ إلى Hg0. Hg0 المنتج في هذا التفاعل متطاير لكن غير سام للبشر والكائنات الحية الدقيقة. التحويلات البكتيرية لـ Hg2+ إلى Hg0 بعد ذلك تسمح بتحويل أكثر لميثيل الزئبق إلى زئبق.
في البكتيريا الموجبة لصبغة جرام سيدوموناس ايروجينوزا Pseudomonas aeruginosa, جينات المقاومة للزئبق تستقر على البلازميد. هذه الجينات, تسمى جينات mer, ترتب في اوبرون operon وتحت سيطرة البروتين التنظيمي MerR. يعمل MerR كمثبط ومنشط للنسخ. في غياب الزئبق, يعمل MerR كمثبط ويربط إلى المنطقة المشغلة من اوبرون mer, لذا يمنع نسخ merTPCAD. ومع ذلك, عندما يوجد الزئبق, يشكل معقد مع MerR, الذي بعد ذلك ينشط نسخ اوبرون mer.
البروتين MerP هو بروتين مرتبط بالزئبق محيط بالغشاء البلازمي. MerP يرتبط بالزئبق وينقله إلى البروتين الغشائي MerT, الذي ينقل الزئبق إلى الخلية للاختزال بواسطة mercuric reductase. الناتج النهائي هو اختزال Hg2+ إلى Hg0 (الذي هو, كما ذكر سابقاً, متطاير وغير سام) وتطلق Hg0 من الخلية.

المقاومة الميكروبية للمعادن الثقيلة الأخرى
البلازميدات المعزولة من بكتيريا متنوعة سالبه لجرام وموجبه لجرام تشفر المقاومة للمعادن الثقيلة. بلازميدات معينه مقاومه للمضادات الحيوية أيضاً بها جينات لمقاومة الزئبق والزرنيخ. آلية المقاومة لأي معدن معين تتفاوت. على سبيل المثال, مقاومة الكادميوم والزرنيخ بسبب نشاط الإنزيمات التي تضخ خارجاً أي كادميوم وزرنيخ يدخل الخلية, بالتالي تمنع المعادن من التراكم وتغيير طبيعة البروتينات. المقاومات الأخرى تتضمن تغييرات الأكسدة والاختزال في المعدن. البكتيريا المقاومة طبيعياً لتراكيز عاليه من عدة معادن مختلفة غالباً تحتوي بلازميدات متعددة تشفر المقاومات. مثل هذه الكائنات المتعددة المقاومة شائعة في النفايات السائلة لمياه المخلفات من صناعات المعالجة المعدنية أو في عمليات التنقيب, حيث المعادن الثقيلة نموذجياً ترشح للخارج سوية مع الحديد والنحاس.

المعالجة الحيوية الميكروبية (البترول)
3. التحلل الحيوي للبترول
البترول مصدر غني للمادة العضوية, وبسبب هذا, الكائنات الحية الدقيقة بسرعة تهاجم الهيدروكربونات عندما يأتي البترول في اتصال مع الهواء والرطوبة. تحت ظروف معينه, مثل خزانات التخزين السائب, النمو الميكروبي غير مرغوب فيه. ومع ذلك, في التسرب النفطي, المعالجة الحيوية مرغوبة ويمكن أن تشجع بإضافة المغذيات الغير عضويه. في الحقيقة, أهمية بدائيات النواة للمعالجة الحيوية للبترول تم إثباته في عدة تسربات نفطية خام رئيسيه في السنوات الأخيرة.
كلا التحلل الحيوي الأكسجيني واللاأكسجيني محتمل. تحت ظروف أكسجينيه تأكّد الدور المهم الذي تلعبه إنزيمات أكسجينيز oxygenase في إدخال ذرات الأكسجين إلى الهيدروكربون. مناقشتنا هنا لذا ستركز على العمليات الهوائية, لأنه فقط عندما يوجد الأكسجين تنشط إنزيمات أكسجينيز وأكسدة الهيدروكربون عمليه سريعة.

تحلل الهيدروكربون
بكتيريا وفطريات متنوعة, وقليل من السيانوبكتيريا (البكتيريا الخضراء المزرقة) والطحالب الخضراء يمكن أن تؤكسد المنتجات البترولية هوائياً. تلوث بترولي صغير النطاق للأنظمة البيئية الأرضية والمائية من البشر بالإضافة إلى النشاطات الطبيعية شائع. الكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للنفط تطور سريعاً على أغشية وبقع النفط.
النشاط المؤكسد للنفط أكثر شمولاً إذا درجة الحرارة وتراكيز المغذيات غير العضوية (أساساً النيتروجين والفسفور) مثاليه. لأن النفط غير قابل للذوبان في الماء وأقل كثافة, يطفو على السطح ويشكل بقع عائمه. هناك, البكتيريا المحللة للهيدروكربون تلتصق بقطرات النفط وفي النهاية تحلل النفط وتشتت البقع. أنواع متخصصة معينه محلله للنفط, مثل Alcanivorax borkumensis, بكتيريا تنمو فقط على الهيدروكربونات, الأحماض الدهنيه, أو البيروفيت, تنتج دهون سكريه سطحيه والتي تساعد على تكسير النفط وإذابته. عندما يذوب, النفط يمكن أن يؤخذ بسرعة أكبر ويهدم كمصدر للطاقة.
في تسرب نفطي كبير, أجزاء الهيدروكربون المتطاير تتبخر سريعاً, مما يترك مكونات أروماتية وأليفاتية متوسطه إلى كبيرة السلسلة لفرق التنظيف والكائنات الحية الدقيقة للمعالجة. الكائنات الحية الدقيقة تستهلك النفط بأكسدته إلى ثاني أكسيد الكربون. عندما نشاطات المعالجة الحيوية تشجع بتطبيق المغذيات غير العضوية, البكتيريا المؤكسدة للنفط يمكن أن تنمو سريعاً بعد التسرب النفطي. تحت ظروف معالجة حيوية مثاليه, ما يصل إلى 80% من المكونات الغير متطايرة في النفط يمكن أن تؤكسد خلال سنه من التسرب. ومع ذلك, أجزاء نفطية معينه, مثل تلك التي تحتوي على هيدروكربونات متعددة الحلقات ومتفرعة السلسلة, تبقى في البيئة لوقت أطول. النفط المتسرب الذي ينتقل إلى الرواسب البحرية يتحلل ببطء أكبر, ويمكن أن يكون له تأثير هام طويل الأمد على الثروات السمكية والنشاطات المرادفة التي تعتمد على المياه غير الملوثة.
الوصلات حيث المياه والنفط يلتقيان غالباً تشكل على نطاق واسع. على سبيل المثال, من المستحيل عملياً الحفاظ على الرطوبة من التراكم داخل خزانات تخزين الوقود السائب لأن الماء يشكل في طبقة تحت البترول. خزانات تخزين النفط الخام والجازولين لذا مساكن محتمله للكائنات الحية الدقيقة المؤكسدة للهيدروكربون. إذا يوجد كبريتات بما فيه الكفاية في المياه, البكتيريا المختزلة للكبريتات يمكن أن تنمو في الخزانات, تستهلك الهيدروكربونات تحت ظروف أكسجينيه. كبريتيد الهيدروجين (H2S) المنتج شديد التآكل ويسبب تحريض وتسرب لاحق من الخزانات سوية مع تحميض الوقود.

إنتاج البترول
بالإضافة إلى التحلل الميكروبي للبترول, بعض الكائنات الحية الدقيقة يمكن أيضاً أن تنتج البترول, بشكل خاص طحالب خضراء معينه. على سبيل المثال, بينما تنمو مستعمرة الطحلب Botryococcus braunii, تفرز هيدروكربونات طويلة السلسلة (C30-C36) التي لها اتساق النفط الخام. في B. braunii حوالي 30% من الوزن الجاف للخلية هي بترول, وهناك بعض الاهتمام في استخدام هذا والطحالب المنتجة للنفط الأخرى كمصادر متجددة للبترول. هناك حتى أدله بأن النفط في أنواع معينه من تشكيلات النفط الصخري نشأت من الطحالب الخضراء مثل B. braunii التي تنمو في قيعان البحيرات في الأزمان القديمة.

المعالجة الحيوية الميكروبية (المركبات)
4. التحلل الحيوي لمركبات xenobiotics
مركب xenobiotic هو مادة كيميائية صناعية ليست طبيعية الوجود. xenobiotics تتضمن مبيدات الآفات, ثنائي فينيل عديد الكلوريدات (PCBs), الذخائر, الأصباغ, المذيبات المكلورة, بين أشياء أخرى. بعض xenobiotics وثيقة الصلة تركيبياً إلى المركبات الطبيعية ويمكن أحياناً أن تحلل ببطء بواسطة الإنزيمات التي تحلل المركبات الطبيعية وثيقة الصلة تركيبياً. ومع ذلك, العديد من xenobiotics تختلف كيميائياً في أنها تتحلل ببطء شديد, إذا لم يكن على الإطلاق. سنركز هنا على مبيدات الآفات كمثال على إمكانية التحلل الميكروبي لمركبات xenobiotics.

تقويض مبيدات الآفات
البعض من xenobiotics الأكثر توزيعاً هي مبيدات الآفات, والتي هي مكونات شائعة للمياه السامة. أكثر من 1000 مبيد تم تسويقها لأغراض المكافحة الكيميائية للآفات. مبيدات الآفات تتضمن مبيدات الحشائش, مبيدات الحشرات, مبيدات الفطريات. مبيدات الآفات تعرض مجموعه متنوعة من المواد الكيميائية, بما في ذلك المركبات المكلورة, الأروماتية, المحتوية على النيتروجين والفسفور. البعض من هذه المواد يمكن أن يستخدم كمصادر للكربون وكمانحات للإلكترون من قبل الكائنات الحية الدقيقة, بينما أخرى لا تستخدمها.
إذا ماده xenobiotic يمكن أن تحلل حيوياً, في نهاية المطاف ستختفي من البيئة. مثل هذا التحلل في التربة مرغوب لأنه سيمنع التراكمات السامة للمركب. ومع ذلك, حتى المركبات وثيقة الصلة قد تختلف بشكل ملحوظ في قدرتها على التحلل, كما يظهر من الجدول. بعض المركبات تبقى بدون تغيير نسبياً لعدة سنوات في الترب بينما أخرى تحلل بشكل ملحوظ في أسابيع أو شهور فقط. على سبيل المثال, البعض من المبيدات الحشرية المكلورة هي عنيدة للغاية ويمكن أن تبقى لعدة سنوات في التربة.
معدلات البقاء النسبية لمركبات xenobiotics هي تقريبية فقط لأن العوامل البيئية - درجة الحرارة, الأس الهيدروجيني, التهوية, ومحتوى المادة العضوية بالتربة - أيضاً تؤثر على التحلل. علاوة على ذلك, اختفاء مبيدات الآفات من نظام بيئي لا يعني بالضرورة أنه تحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة, ومبيدات الآفات يمكن أن تزال بواسطة التطاير, التنقيه, أو التكسير الكيميائي التلقائي. توفر مواد الوسط أيضاً يحكم الهجوم الميكروبي لمركبات xenobiotics. العديد من xenobiotics كارهه للماء بشدة وتذوب بشكل سيء في المياه. امتصاص هذه المركبات إلى ماده عضويه والطين في الترب والرواسب تمنع الوصول من قبل الكائنات الحية. بالتالي إضافة فاعل سطحي أو مستحلبات غالباً تزيد التوفر الحيوي, والتحلل الحيوي النهائي, لمركب xenobiotic.
العديد من البكتيريا والفطريات تؤيض مبيدات الآفات ومبيدات الحشائش. بعض مبيدات الآفات يمكن أن تكون مصادر للطاقة والكربون وهي تؤكسد بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون, ومع ذلك, مركبات أخرى تهاجم فقط قليلاً, إذا لم يكن ككل. بعض المركبات ربما تحلل إما جزئياً أو كلياً كمصدر طاقه أساسي. هذه ظاهره تسمى الأيض المرافق. ومع ذلك, إذا التحلل فقط جزئي, منتجات التحلل الميكروبي ربما حتى أكثر سمية من المركبات الأصلية. لذا, من وجهة نظر بيئيه, الأيض المرافق لمركبات xenobiotic ليس دائماً شيء جيد.

جدول: بقاء مبيدات الحشائش ومبيدات الحشرات في الترب
المادة
وقت اختفاء 75-100 %
المبيدات الحشرية المكلورة
DDT [1,1,1-trichloro-2,2-bis-
(ρ-chlorophenyl)ethanne]
Aldrin
Chlordane
Heptachlor
Lindane (hexachlorocyclohexane)

4 سنوات

3 سنوات
5 سنوات
سنتين
3 سنوات
مبيدات الحسرات الفوسفاتية العضوية
Diazinon
Malathion
Parathion

12 أسبوع
أسبوع
أسبوع
مبيدات الحشائش
2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid)
2,4,5-T (2,4,5- trichlorophenoxyacetic acid)
Dalapon
Atrazine
Simazine
Propazine

4 أسابيع
20 أسبوع
8 أسابيع
40 أسبوع
48 أسبوع
1.5 سنة

إزالة الكلورة الاختزالية
في هذه العملية, المركبات العضوية المكلورة تستخدم كمستقبلات إلكترون نهائيه تحت ظروف لاأكسجينيه. نموذج مختبري لدراسة إزالة الكلورة الاختزالية هو اختزال الكلوروبنزويت إلى بنزويت بواسطة بكتيريا Desulfomonile:
C7H4O2Cl- + 2H → C7H5O2- + HCl
ومع ذلك, من وجهة نظر المعالجة الحيوية, المركبات المكلورة الأخرى هي بيئياً مهمة أكثر بكثير من الكلوروبنزويت. على سبيل المثال, إزالة الكلورة الاختزالية لمركبات ثنائي كلور-, ثلاثي كلور-, رباعي كلور- الإيثيلين, الكلوروفورم, ثنائي كلور الميثان, ثنائي فينيل عديد الكلوريدات تم ملاحظته, بالإضافة إلى إزالة الهالوجينات من عدة مركبات فلوريديه وبروميديه. هذه المركبات السامة, البعض منها ارتبط بالسرطان (خصوصاً ثلاثي كلور الإيثيلين), تستخدم بشكل واسع كمذيبات صناعية, عوامل إزالة الدهون, عوازل في التحويلات الكهربائية. تدخل البيئات اللاأكسجينيه عبر تسرب عرضي أو من تسرب بطيء لحاويات التخزين أو التحويلات الكهربائية المهجورة. في النهاية هذه المركبات تهاجر إلى المياه الجوفية, حيث أنها ملوثات المياه الجوفية الأكثر اكتشافاً في الولايات المتحدة الأمريكية. هناك حالياً اهتمام كبير في تحفيز نشاطات المعالجة الحيوية لإزالة الكلورة الاختزالية كاستراتيجيه لإزالة هذه المركبات عالية السمية من البيئات اللاأكسجينيه.

إزالة الكلورة الهوائية
إزالة الكلورة الهوائية لمركبات xenobiotics المكلورة أيضاً محتمل. على سبيل المثال, Burkholderia سينمو على المبيد 2,4,5-T, يزيل كلورة الجزيء ويطلق الكلور Cl-. التحلل الحيوي الهوائي للمركبات الأروماتية المكلورة يحدث عن طريق إنزيمات أكسجينيز. في التقويض الهوائي لـ 2,4,5-T بعد إزالة الكلورة, إنزيم dioxygenase يكسر الحلقة الأروماتية. هذا يولد مركبات يمكن أن تؤيض بواسطة دورة حمض السيتريك.
بالرغم من أن التكسير الهوائي لمركبات xenobiotics المكلورة بدون شك له أهميه بيئيه, إزالة الكلورة الاختزالية لها أهميه خاصة بسبب السرعة مع الظروف اللاأكسجينيه التي تطور في البيئات الميكروبية الملوثة والقيود الكيموحيويه (متطلبات الأكسجين) هذا يفرض على الكائنات الحية الهوائية التي يمكن أن تحلل المركب بطريقة أخرى.

المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي
مجال رئيسي من الاهتمام البيئي بجانب التحلل الحيوي للمخلفات السامة مثل مبيدات الآفات والهيدروكربونات المكلورة الأخرى هي التحلل الحيوي للمخلفات الصلبة - بشكل خاص, المواد البلاستيكية. صناعة المواد البلاستيكية حالياً تنتج أكثر من 40 مليار كيلوجرام من البلاستيك لكل سنه, تقريباً النصف منها ترمى في مواقع دفن النفايات. المواد البلاستيكية هي بوليمرات xenobiotic من أنواع مختلفة, البولي إيثيلين, البولي بروبيلين, البولي ستيرين هي أمثله مثاليه. العديد من هذه البوليمرات الصناعية تبقى بدون تغيير أساساً لعقود في مواقع دفن النفايات ونفايات القمامة. هذه المشاكل تدعم البحث عن بدائل قابلة للتحلل – تسمى بوليمرات حيوية – كبديله لبعض البوليمرات الصناعية قيد الاستخدام حالياً.
يعرف عدة بوليمرات حيوية بخصائص شبيهه بالبلاستيك. المواد البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي الضوئي هي بوليمرات تغير تركيبها بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية (من ضوء الشمس), مولدةً بوليمرات معدله أكثر قابلية إلى الهجوم الميكروبي. المواد البلاستيكية المستندة على النشا تدمج النشا (بوليمر الجلوكوز) كرابط إلى قطع صغيره من البوليمر القابل للتحلل الحيوي الثاني. هذا التصميم يعجل بالتحلل الحيوي, لأن البكتيريا الهاضمة للنشا في التربة تهاجم النشا, تطلق قطع بوليمرية والتي بعد ذلك تحلل بواسطة كائنات حيه أخرى. الجلوكوز المطلق من التحلل الحيوي للنشا يمكن أيضاً أن يستخدم كمصدر للكربون والطاقة, لذا يدعم الأيض المرافق للبوليمر.
المواد البلاستيكية الميكروبية تستند على بوليمر تخزين الكربون poly-β-hydroxybutyrate والمركبات وثيقة الصلة. هذه البوليمرات المخزنة لها العديد من الخصائص المرغوبة للمواد البلاستيكية الصناعية ويمكن أن تصنع حيوياً في أشكال كيميائيه مختلفة. بوليمر مرافق يحتوي تقريباً كميات متساوية من poly-β-hydroxybutyrate و poly-β-hydroxyvalerate كان له نجاح تسويقي كبير حتى الآن. ومع ذلك, لأنها أكثر فعاليه, المواد البلاستيكية المستندة على البترول تصنع عملياً كامل سوق المواد البلاستيكية حالياً.