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科研进展 | 微生物代谢国家重点实验室 多环芳烃降解环境底盘挖掘及降解的分子机制取得重要进展

主要完成人: 发表日期:2022-07-27 点击数:148

    近日,上海交通大学微生物代谢国家重点实验室唐鸿志课题组在《mLife》上发表题为“Unveiling degradation mechanism of PAHs by a Sphingobium strain from a microbial consortium”的研究论文。该课题组通过10余年的努力挖掘,获得一株高效多环芳烃降解菌株并详细阐述了其分子机理,为环境特殊底盘的开发打下坚实的基础。上海交通大学博士生张莉鸽为该论文第一作者,唐鸿志教授为通讯作者。

随着现代化进程的推进,人们向环境中排放的污染物种类与数量急剧增多,如多环芳烃、杂环污染物等。由于多环芳烃具有致癌、致畸和致突变性,物理化学方法无法进行矿化,因此研究探索新的降解途径和机制显得尤为重要。而微生物技术作为环境修复领域的基石,能够矿化和高效降解的微生物资源稀缺。

1)降解菌株SHPJ-2的分离及表征

该课题组对高效菲降解菌群PDMC的宏基因组测序结果进行组装分箱,共得到7个质量较高且数据污染小的MAGs,其中MAG-bin9属于Sphingomonadales,并且通过KEGG注释发现bin9包含最丰富的异型生物质代谢基因,推测其在PDMC的降解过程中发挥主导作用。通过连续分离划线,得到一株能以菲为唯一碳源的Sphingomonadales属菌株(命名为SHPJ-2)。通过单一变量测试,发现SHPJ-2具有高浓度菲耐受性(400-600 mg/L),可以适应较宽的温度范围(25-37 ℃),在最佳降解条件(400 mg/L的菲、pH 7.030℃5%接种量)下,69 h内的平均降解率为5.65 mg/L/h,超过了大多数菲降解菌株。同时,休止细胞反应证明菲降解的相关基因可能是诱导型的。SHPJ-2具有高降解能力和广泛的底物谱,其休止细胞可以降解多种难降解污染物NAPFLNACEANTDBFDBTCAFLUPYTCHRBaA,和Indole,通过产物检测推测的降解途径如图1所示。

 

1 推测的菌株SHPJ-2降解多环芳烃和杂环芳烃的代谢线路

2)环羟化双加氧酶和P450的鉴定及表征

结合分箱分析,在SHPJ-2中共推测到7组环羟化双加氧酶的αβ亚基,8P450以及2组铁氧还蛋白和铁氧还蛋白还原酶,其排布方式及同源性分析见图2。通过RT-qPCR分析初步判定这些基因与菲降解过程直接相关。通过在大肠杆菌中异源表达后使用休止细胞反应证明了相应酶的功能,并讨论了198位残基对相似的环羟化双加氧酶底物选择性的影响(图3)。

 

2菲降解相关蛋白的表征

 

3 SHPJ-2中菲降解相关基因的表征

本研究扩充了对鞘脂菌属降解高分子量多环芳烃降解机制的理解,丰富了多环芳烃降解的基因资源库,为后续利用该菌株进行实际环境修复和构建人工降解底盘细胞奠定了基础。

本研究获得国家重点研发计划(2021YFA0909500)、国家自然科学基金重点项目(32030004)、上海市优秀学术带头人等项目资助。

论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mlf2.12032