施氏假单胞菌N2降解苯酚过程中总有机碳(TOC)快速降低的调控机制

批准号:
31200094
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
訾静
依托单位:
学科分类:
C0106.微生物与环境互作
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋欣、王琰、万一、温晓玫、张月娟
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中文摘要
酚类物质是许多国家优先控制的污染物,提高总有机碳(TOC)的去除是含酚废水处理工程的关键。前期我们获得一株耐高浓度且快速降解苯酚的施氏假单胞菌(命名为 P.stutzeri N2),研究发现该菌在降解苯酚的初始阶段TOC容易升高,并证实了该菌在好氧条件下同时存在羧化(容易使TOC升高)和羟化(环烃易断裂,TOC不易积累)两种代谢途径。本课题在前期工作基础上,拟从分子生物学和生理生化角度理解该菌降解苯酚的途径,并建立提高TOC快速去除的条件。研究反应条件和快速去除苯酚TOC的相关性;研究苯酚羟化酶、羧化酶活性和表达量与 TOC 升高的相关性;在此基础上,通过构建基因工程菌,使苯酚降解按照有利于提高TOC去除率的反应途径和条件进行。本研究的完成将阐明P.stutzeri N2降解苯酚过程中TOC快速降低的调控机制,为P.stutzeri N2在含酚废水处理中的实际应用奠定基础。
英文摘要
Phenolic compounds have been listed as priority pollutants by many countries. Improvement of removal of their total organic carbon (TOC) is crucial for phenols-containing wastewater treatment. We have isolated a Pseudomonas stutzeri strain (named P. stutzeri N2), which could tolerate the high-concentration phenol, and also could degrade the phenols with a high rate. But we found that TOC easily increased during the initial stage of phenol degradation. Based on the metabolites which had been identified by us, we confirmed that the strain had two coexistence metabolic pathways under aerobic conditions, one is carboxylation (easily cause TOC increase) and the other is hydroxylation (hydrocarbon cyclic easily broken, and TOC not accumulation easily). This proposal project is based on the previous research. We are intersted in understanding the pathways from the molecular biology and from physiology and biochemistry aspects. We will study on the relationship between the reaction conditions and rapid removal of TOC during phenol degradation by the P. stutzeri N2; reveal the correlations between the expression levels of carboxylase(or hydroxylase) and TOC changing trends during the biodegradation; By constructing the corresponding genetic engineering bacteria, phenols metabolism will carry out according the pathway and under the conditions which are benefit for echancing phenol TOC removal. This study will illustrate the regulation mechanism of TOC rapid decrease during phenol degradation by the P.stutzeri N2, and will lay a foundation for the practical application of the P.stutzeri N2 in phenolic wastewater treatment.
本课题在前期筛选出一株施氏假单胞菌(命名为P.stutzeri N2),研究发现该菌在好氧条件下同时存在羟化反应(利于苯酚矿化)和羧化反应(不利于苯酚矿化)两种代谢途径。本课题在此基础上,从分子生物学和生理生化角度理解该菌降解苯酚的途径,优化苯酚降解条件;研究添加不同碳源对N2菌降解苯酚的影响;研究N2菌中羧化反应相关蛋白3-八异戊烯-对羟基苯甲酸羧基裂解酶(UbiD和UbiX)缺失对菌体生长及苯酚降解率的影响;研究突变株对苯酚羟化反应关键酶邻苯二酚1,2双加氧酶(C12O)和邻苯二酚2,3双加氧酶(C23O)比活力的影响及对中间产物对羟基苯甲酸生成的影响。研究结果表明,当N2菌以苯酚为唯一碳源生长时会积累对羟基苯甲酸,不利于苯酚的矿化。当乙醇存在时,N2菌更易按照羟化途径生成顺,顺-己二烯二酸等开环产物,在32 h 对苯酚降解率达到100%。通过同源重组的方法成功构建缺失ubiD和ubiX基因的突变株。结果表明,N2ubiD-ubiX- C12O比活力是野生株(0.022±0.010 umol/min/mg protein)的1.4倍,N2ubiD- 和N2ubiX- C12O的比活力分别是野生株的41%和55%。N2ubiD-ubiX- C23O比活力是野生株(0.021±0.012 umol/min/mg protein)的4.4倍,N2ubiD- 和N2ubiX- C23O比活力分别是野生株的43%和81%。N2ubiD-ubiX-降解苯酚过程中生成对羟基苯甲酸(PHB)的峰值是野生株的34%,N2ubiD- 和N2ubiX-生成PHB的峰值分别是野生株的50%和65%。本项目研究结果表明,施氏假单胞菌N2中UbiD和UbiX蛋白在一定程度上能够影响苯酚的降解,通过影响对羟基苯甲酸的生成,间接影响C12O和C23O活性,并且对C23O的活性影响更显著(P<0.01)。本项目的完成能更好地理解施氏假单胞菌降解苯酚的代谢途径以及UbiD和UbiX蛋白对苯酚降解的影响,为施氏假单胞菌在含酚废水中的应用奠定理论基础。
期刊论文列表
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DOI:--
发表时间:2015
期刊:安全与环境学报
影响因子:--
作者:聂红云;王琰;訾静;万一
通讯作者:万一
DOI:10.1080/10406638.2015.1033434
发表时间:2016-10
期刊:Polycyclic Aromatic Compounds
影响因子:2.4
作者:Hongyun Nie;M. Nie;Yong-Zhe Yang;Jing Zhao-;Xinyi Zhang;Yutao Guo;Yi Wan;Jing Zi
通讯作者:Hongyun Nie;M. Nie;Yong-Zhe Yang;Jing Zhao-;Xinyi Zhang;Yutao Guo;Yi Wan;Jing Zi
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