表面活性剂Burkholderia xenovorans LB400体系对低氯代PCBs的好氧强化降解

增强多氯联苯(PCBs)的水溶性是强化PCBs微生物降解的主要控制因素之一,本研究选取了PCB5(2,3-CB)和PCB31(2,4’,5-CB)作为低氯代PCBs的典型代表,以曲拉通100(TX-100)、吐温80(Tween 80)、鼠李糖脂粗提物(RL crude)3种表面活性剂和β-环糊精(HPCD)联合Burkholderia xenovorans LB400构建PCBs好氧降解体系,测试了它们对PCB5和PCB31的溶出率及微生物生长的影响.结果表明,TX-100(CMC=194 mg·L-1)、Tween 80(CMC=13.1 mg·L-1)、RL crude(CMC=50mg·L-1)浓度在1~7 CMC时和HPCD浓度在500~1500 mg·L-1时对PCB5和PCB31溶出率分别达到54.7%~100%、59.8%~100%;10.5%~40.8%、6.8%~31.6%;10.3%~19.9%、3.3%~11.6%和19.5%~34.2%、4.2%~10.7%.TX-100浓度在1~7 CMC时对B.xenovorans LB400生长的抑制率达到30.3%~45.8%,而Tween 80浓度在0.1~1 CMC时对其生长的抑制率为10.0%~15.4%;RL crude本身能作为底物促进LB400的生长,而HPCD对其生长无明显影响.B.xenovorans LB400对PCB31(5 mg·L-1)的降解效率在添加表面活性剂后有不同程度的提高:TX-100,23.7%~65.5%;Tween80,14.6%~44.3%;RL crude,9.6%~27.2%;HPCD,15.3%~20.7%;而表面活性剂对PCB5(10 mg·L-1)的降解效率则无明显影响.表面活性剂主要通过增大溶液中PCBs-表面活性剂的胶束浓度来提高LB400对PCBs的降解效率,在水溶液培养体系中当设置TX-100和Tween 80浓度分别在1和7 CMC时,PCB31的降解效率达到100%和81.7%,而此时B.xenovorans LB400生长的抑制率为30.3%和5.4%.

多氯联苯降解菌Burkholderia xenovorans LB400研究进展

Burkholderia xenovorans LB400是一株多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)降解菌,可以氧化含有1-6个氯取代基的多氯联苯。近年来,由于其广泛的底物谱和优异的降解性能,菌株LB400已成为研究原核生物降解多氯联苯的生物化学和分子生物学方面的模式生物。目前关于PCBs的微生物降解研究已不再局限于对微生物资源的挖掘,而是更多地聚焦在LB400等降解菌的PCBs降解基因、降解酶的酶学特性以及酶的人工分子进化等方面。同时,LB400作为早期发现的降解菌,其对多氯联苯的降解途径、底物范围及相关机制也被广泛探讨;但是对于PCBs降解相关基因的调控研究较少。因此,本文以BurkholderiaxenovoransLB400对多氯联苯降解为核心,通过综述其代谢途径、代谢相关基因和酶系以及降解应用等方面的研究进展,以期为深入探讨BurkholderiaxenovoransLB400的应用以及进一步在遗传、分子和生化水平研究其他多氯联苯降解菌株提供借鉴。

Burkholderia xenovorans LB400联苯双加氧酶及突变体对DDTs的降解

DDTs(dichlorodiphenyltrichloroethane,1,1,1-三氯-2,2-双氯苯基乙烷)是一种典型的持久性有机污染物,曾在疟疾防治和农业除虫方面被广泛应用。虽然包括我国在内的很多国家已经禁止使用DDTs,但目前对环境中DDTs的检测发现它仍然广泛存在且具有新的输入源。DDTs的持续存在对近海生态系统和人类健康具有一定危害,因此它所造成的环境污染问题仍然值得关注。由于Rieske型芳香羟化双加氧酶能够起始多种持久性污染物的降解,过去的几十年里一直是芳香化合物降解领域的焦点。【目的】为探讨联苯双加氧酶对DDTs的降解特性及机制,本研究选取了食异生素伯克霍尔德氏菌LB400(Burkholderia xenovorans)联苯双加氧酶及突变体对p,pʹ-DDT和o,pʹ-DDT的降解过程进行研究。【方法】以BphAE_(LB400)为亲本,通过两步定点突变将283位的丝氨酸突变为蛋氨酸,获得突变体BphAE_(S283M)。通过比较亲本酶与突变体对DDTs的催化性能,模拟突变蛋白结构和分子对接等方法,探究其降解特性及机制。【结果】BphAE_(LB400)和突变体BphAE_(S283M)都无法降解对位的p,pʹ-DDT,但突变体BphAE_(S283M)可以代谢o,pʹ-DDT并产生2个立体异构体。对接p,pʹ-DDT的BphAE_(LB400)和BphAE_(S283M)的结构分析表明,BphAE_(LB400)和BphAE_(S283M)中p,pʹ-DDT的反应环均不与原晶体结构中的联苯反应环重合。而对接o,pʹ-DDT的BphAE_(S283M)的结构分析表明o,pʹ-DDT的反应环与晶体结构中的联苯反应环距离很近,且2、3位的碳原子与单核铁原子催化中心的距离在0.5 nm以内,此外,BphAE_(S283M)的催化腔表面积和体积比BphAE_(LB400)更大,这很可能有助于BphAE_(S283M)与o,pʹ-DDT的结合。【结论】283位氨基酸是影响BphAE_(LB400)对DDTs的催化代谢能力的关键氨基酸残基,它可以通过调节反应碳原子与催化中心的距离以及催化腔的大小来影响底物特异性。本次研究进一步阐明了283位氨基酸残基的影响机理,为更有效修复DDTs污染提供理论依据和技术支持。