Chapter 11
Microbial Bioremediation of Petroleum
Hydrocarbons
Sharmila Jayasena and Madushika Perera
Contents
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
11.2 Chemical Components of Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
11.3 Petroleum Hydrocarbons as an Environmental Pollutant: Biological Effects
of Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
11.4 Microbial Biodegradation of Petroleum Hydrocarbons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11.5 Uptake of Hydrocarbons by Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 269
11.5.1 Chemotaxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
11.5.2 Biosurfactant Production by Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
11.5.3 Transmembrane Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
11.6 Metabolic Pathways and Molecular Basis of Hydrocarbon Degradation . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.7 Strategies for Bioremediation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
11.7.1 Use of Microbial Consortia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
11.7.2 Immobilization of Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
11.7.3 Biostimulation and Bioaugmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
11.7.4 Use of Dispersants/Surfactants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
11.8 External Factors Affecting Biodegradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
11.8.1 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
11.8.2 Nutrients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.3 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.4 Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.5 Salinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
11.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Abstract Petroleum oil, a naturally occurring limited resource, is in high demand
globally and has led to the extensive drilling, storage, and international transportation. The past decades have seen several spills and seepage of crude oil resulting
from accidents. Petroleum oil, which occurs as crude oil, is a complex and variable
S. Jayasena (*) · M. Perera
Department of Biochemistry and Molecular Biology, Faculty of Medicine, University of
Colombo, Colombo, Sri Lanka
e-mail: sharmila@bmb.cmb.ac.lk
© The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2021
D. G. Panpatte, Y. K. Jhala (eds.), Microbial Rejuvenation of Polluted Environment,
Microorganisms for Sustainability 25, https://doi.org/10.1007/978-981-15-7447-4_11
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Microbial Bioremediation of Petroleum
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Sharmila Jayasena and Madushika Perera
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11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
11.2 Chemical Components of Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
11.3 Petroleum Hydrocarbons as an Environmental Pollutant: Biological Effects
of Contamination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
11.4 Microbial Biodegradation of Petroleum Hydrocarbons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
11.5 Uptake of Hydrocarbons by Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 269
11.5.1 Chemotaxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
11.5.2 Biosurfactant Production by Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
11.5.3 Transmembrane Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
11.6 Metabolic Pathways and Molecular Basis of Hydrocarbon Degradation . . . . . . . . . . . . . . . 277
11.7 Strategies for Bioremediation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
11.7.1 Use of Microbial Consortia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
11.7.2 Immobilization of Microbes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
11.7.3 Biostimulation and Bioaugmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
11.7.4 Use of Dispersants/Surfactants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
11.8 External Factors Affecting Biodegradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
11.8.1 Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
11.8.2 Nutrients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.3 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.4 Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
11.8.5 Salinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
11.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Abstract Petroleum oil, a naturally occurring limited resource, is in high demand
globally and has led to the extensive drilling, storage, and international transportation. The past decades have seen several spills and seepage of crude oil resulting
from accidents. Petroleum oil, which occurs as crude oil, is a complex and variable
S. Jayasena (*) · M. Perera
Department of Biochemistry and Molecular Biology, Faculty of Medicine, University of
Colombo, Colombo, Sri Lanka
e-mail: sharmila@bmb.cmb.ac.lk
© The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2021
D. G. Panpatte, Y. K. Jhala (eds.), Microbial Rejuvenation of Polluted Environment,
Microorganisms for Sustainability 25, https://doi.org/10.1007/978-981-15-7447-4_11
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