Natural Sources and Microbial Transformation of Marine Halogenated Pollutants

海洋卤化污染物的天然来源和微生物转化

• 批准号: 10307709
• 负责人: Eric Ellsworth Allen
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN DIEGO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2021-03-08 至 2021-06-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10307709
• 关键词: Anabolism; Area; Bacteria; Biochemical; Biochemistry; Biota; Chemicals; Climate; Collaborations; Consumption; Coupled; Environment; Enzymes; Fishes; Flame Retardants; Fluorescent in Situ Hybridization; Food Webs; Genetic; Genomics; Habitats; Health; Human; Joints; Laboratories; Lead; Mammals; Mentorship; Metabolic Biotransformation; Microbe; Natural Products; Production; Pyrroles; Risk; Route; Ryanodine Receptor Calcium Release Channel; Seafood; Source; Thyroid Hormone Receptor; Toxic effect; Toxin; Work; anthropogenesis; bioaccumulation; dietary; food consumption; metabolomics; microbial; microbiome; persistent organic pollutants; pollutant; polybrominated diphenyl ether; public health relevance; transcriptome

Project Summary/Abstract    Natural  polybrominated  organic  compounds  such  as  hydroxylated  polybrominated  diphenyl  ethers  (OH-­ BDEs) and polybrominated pyrroles (PBPs) have recently emerged as chemicals of human health concern.  These  natural  product  relatives  of  anthropogenic  halogenated  persistent  organic  pollutants  (POPs)  are  widely  distributed  throughout  the  marine  food  web  and  accumulate  in  seafood  sources  consumed  by  humans.  We  and  others  have  demonstrated  that  OH-­BDEs  such  as  6-­OH-­BDE-­47  (thyroid  hormone  receptor)  and  PBPs  such  as  tetrabromopyrrole  (ryanodine  receptor)  are  potent  toxins  and  thus  pose  a  potential  risk  to  humans.  Many  fundamental  questions  however  remain  about  the  extent  of  sources  for  these  natural  organobromine  molecules,  how  these  chemicals  enter  and  move  through  the  marine  food  web, whether changes in the climate will impact their production and accumulation, and whether humans  are more or less impacted by natural halogenated POPs versus their anthopogentic counterparts. Recent  discoveries by the Moore and Allen laboratories have rigorously established the genetic and biochemical  basis  for  the  microbial  synthesis  of  natural  OH-­BDE  molecules  in  diverse  lineages  of  marine  bacteria.  However, the global distribution and ubiquity of these polybrominated POPs in marine biota cannot be fully  explained by the sources discovered thus far, suggesting additional biogenic sources exist and are actively  contributing to OH-­BDE and MeO-­BDE accumulation in the marine food web. This information is critical to  more accurately identify trophic connections and interconversions that lead to natural PBDE accumulation  in marine fish and ultimately, human dietary exposure risks. In this project, new genetic and biochemical  evidence  for  the  biosynthesis  and  biotransformation  of  PBDE  molecules  will  be  established  for  marine  macroalgae,  a  conspicuous  but  uncharacterized  source  of  PBDE  molecules  in  marine  habitats,  using  transcriptome analysis coupled with biochemical enzyme characterization. Additional microbial sources for  PBDE  synthesis/transformation  will  be  characterized  by  the  comprehensive  analysis  of  fish  and  marine-­ mammal associated microbiomes using integrated genomic and metabolomic approaches combined with  experimental microbiome enrichment reactors amended with PBDE molecules or biosynthetic substrates.  The  proposed  work  will  be  undertaken  jointly  by  the  laboratories  of  Moore  (biochemistry)  and  Allen  (genomics) at SIO who have a proven track record of collaboration and joint mentorship in these areas.

项目总结/摘要   天然多溴有机化合物，如羟基化多溴联苯醚（OH-2，4-二溴二苯醚）， 溴化二苯醚和多溴化吡咯最近已成为引起人类健康关注的化学品。 这些人为卤代持久性有机污染物的天然产物亲属是 广泛分布于整个海洋食物网，并在消费的海产品来源中积累， 我们和其他人已经证明，OH-溴化二苯醚，如6-羟乙基-溴化二苯醚-β 47（甲状腺激素）， 受体）和PBPs，如四溴吡咯（兰尼碱受体）是有效的毒素，因此构成了一种新的毒素。 对人类的潜在风险。然而，许多基本问题仍然存在， 这些天然的有机溴分子，这些化学物质是如何进入并通过海洋食物的 网络，气候变化是否会影响其生产和积累，以及人类是否 与其花源性对应物相比，天然卤化持久性有机污染物或多或少会对它们产生影响。 摩尔和艾伦实验室的发现已经严格地建立了遗传和生物化学 在不同的海洋细菌谱系中微生物合成天然羟基溴化二苯醚分子的基础。 然而，无法全面了解这些多溴持久性有机污染物在海洋生物群中的全球分布和普遍存在情况， 迄今为止发现的来源解释，这表明存在其他生物源，并积极 这一信息对于评估海洋食物网中的臭氧和臭氧消耗物质的含量至关重要， 更准确地查明导致多溴二苯醚自然积累的营养联系和相互转化 在这个项目中，新的基因和生化物质， 将为海洋生物建立多溴联苯醚分子生物合成和生物转化的证据， 大型藻类是海洋生境中多溴二苯醚分子的一个显著但不具特征的来源， 转录组分析加上生化酶表征。 多溴二苯醚的合成/转化将通过对鱼类和海洋生物的综合分析来表征。 哺乳动物相关的微生物组，使用整合的基因组学和代谢组学方法， 用多溴二苯醚分子或生物合成基质改良的实验微生物组富集反应器。 拟议的工作将由摩尔实验室（生物化学）和艾伦实验室联合进行 （基因组学）在SIO谁拥有在这些领域的合作和联合指导的良好记录。