生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院唐鴻志課題組在嗜熱微生物降解多環(huán)芳烴的機(jī)制研究中取得新進(jìn)展
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐鴻志教授課題組在微生物領(lǐng)域知名期刊《Environmental?Microbiology》上發(fā)表題為“A thermophile Hydrogenibacillus?sp. strain efficiently degrades environmental pollutants PAHs”的研究論文。研究表征了一株嗜熱菌對多種多環(huán)芳烴及衍生物的代謝過程。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院碩士生仇筱鈺和助理研究員王偉偉為共同第一作者，唐鴻志教授為通訊作者。
多環(huán)芳烴（PAHs）是當(dāng)下環(huán)境中最普遍和持久的一種污染物，對人體及生態(tài)系統(tǒng)健康均具有潛在毒性。目前絕大部分環(huán)境降解菌株最適溫度都在20-30℃，由于對溫度敏感，常溫菌在高溫環(huán)境下易失活或降解效率不高，因此基于常溫菌的生物修復(fù)技術(shù)在一些特殊應(yīng)用場所中受到限制。本研究從高溫堆肥這一特殊生境中篩選獲得一株能夠耐受高溫環(huán)境的多環(huán)芳烴降解菌—解氫芽孢菌N12。代謝途徑、關(guān)鍵降解基因及降解酶的層面對該菌株代謝PAHs的機(jī)理展開了多層次的分析與研究。
研究表明該菌株生長溫度在50-80℃之間，在60-65℃具有最快的生長速率，能夠利用萘為唯一碳源生長并對菲、芴、二苯并呋喃、二苯并噻吩、咔唑等多種PAHs及衍生物進(jìn)行共代謝降解（圖1）?；贕C-MS和穩(wěn)定同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)的代謝物分析結(jié)果表明，該菌株中存在水楊酸降解途徑和鄰苯二甲酸降解途徑兩條萘代謝路徑，其中萘的鄰苯二甲酸降解途徑在以往嗜溫菌的萘代謝途徑中少有報(bào)道。
圖1.解氫芽孢桿菌N12代謝萘、芴及其雜環(huán)化合物的途徑（Qiu et al., 2022）
結(jié)合基因組學(xué)分析與熒光定量PCR驗(yàn)證，在該菌株中定位了萘上游代謝通路基因簇（圖2）。通過對該基因簇中的萘雙加氧酶基因進(jìn)行異源表達(dá)及體內(nèi)酶活測定，驗(yàn)證了其功能。此外，該酶與[3Fe-4S]型電子傳遞鏈的共表達(dá)可顯著增強(qiáng)其降解酶活，且對菲、芴、二苯并噻吩等多種PAHs均具有降解能力。本研究豐富了嗜熱菌代謝多環(huán)芳烴的研究理論，并為嗜熱菌在環(huán)境生物技術(shù)中的實(shí)際應(yīng)用供了理論基礎(chǔ)和新的見解，為特殊環(huán)境底盤資源的開發(fā)打下基礎(chǔ)。
圖2.解氫芽孢桿菌N12的全基因組及萘代謝基因簇。菌株N12全基因組圈圖（A）；推測的萘代謝基因簇的熒光定量PCR驗(yàn)證（B）；推測的萘代謝基因簇（C）（Qiu et al., 2022）
以上工作受到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然基金、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人等項(xiàng)目的支持。
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論文鏈接：https://doi.org/10.1111/1462-2920.15869
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