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氨氧化菌降解磺胺類抗生素機(jī)制研究取得進(jìn)展

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-08 來源:互聯(lián)網(wǎng)

磺胺類抗生素及其耐藥基因在環(huán)境中普遍存在且對(duì)生態(tài)和人體健康造成危害,目前已成為全球關(guān)注的環(huán)境問題。微生物降解是環(huán)境中磺胺類抗生素去除的主要途徑,而氨氧化菌是降解磺胺類抗生素的重要菌群。然而,目前對(duì)于氨氧化菌降解磺胺類抗生素的機(jī)制了解甚少。

 

在國家自然科學(xué)基金等的聯(lián)合資助下,中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所周麗君、維也納大學(xué)韓平等科研人員利用三種不同種類的氨氧化菌純菌(包括氨氧化古菌(AOA)N. gargensis、氨氧化細(xì)菌(AOB)N. nitrosa Nm90和完全氨氧化菌(Comammox)N. inopinata)對(duì)7種磺胺類抗生素進(jìn)行微生物降解,考察不同氨氧化菌的降解能力、降解路徑及機(jī)制;并研究重要的氨氧化中間產(chǎn)物羥胺(NH2OH)對(duì)磺胺類抗生素的轉(zhuǎn)化作用。結(jié)果表明,氨氧化古菌N. gargensis對(duì)磺胺類抗生素去除率和歸一化的去除速率均高于氨氧化細(xì)菌(AOB)N. nitrosa Nm90和完全氨氧化菌(Comammox)N. inopinata。對(duì)氨氧化菌降解磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲惡唑的代謝產(chǎn)物(分子式和可能的分子結(jié)構(gòu))進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),I)氨氧化古菌主要通過脫氨基、羥基化和硝化作用轉(zhuǎn)化磺胺類抗生素;II)氨氧化細(xì)菌主要通過脫氨基作用轉(zhuǎn)化磺胺類抗生素;III)完全氨氧化菌僅通過脫氨基作用轉(zhuǎn)化磺胺類抗生素。結(jié)合基因組和代謝產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)推測(cè),脫氨基作用主要由脫氨基酶催化產(chǎn)生,而羥基化和硝化作用受非特異性的氨單加氧酶催化。另外,僅在氨氧化細(xì)菌降解磺胺類的反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物蝶呤-磺胺。氨氧化菌降解磺胺類抗生素僅在氨氧化過程活躍的情況下發(fā)生,由此推測(cè)氨氧化菌降解磺胺類抗生素屬于共代謝降解。同時(shí),磺胺類抗生素也能夠被氨氧化中間產(chǎn)物羥胺(NH2OH)轉(zhuǎn)化,說明除了酶促反應(yīng)外,微生物介導(dǎo)的非生物降解過程也同時(shí)發(fā)生。

 

該研究開展的氨氧化純菌降解實(shí)驗(yàn)為研究磺胺類抗生素在污水處理廠及自然環(huán)境(如河流和湖泊等)中的環(huán)境行為及歸趨提供了重要的依據(jù)。

 

相關(guān)研究成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)期刊Water Research。

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