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环境微生物学课题组揭示卤代芳烃3,5-二溴-4-羟基苯甲酸微生物代谢的新机制

2018315日,美国微生物学会(ASM)旗下杂志《应用与环境微生物学》(Applied and Environmental Microbiology)发表了万博manbetx正规大网环境微生物学课题组的题为“Comparative transcriptome analysis reveals the mechanism underlying 3,5-dibromo-4-hydroxybenzoate catabolism via a new oxidative-decarboxylation pathway”的研究成果,万博manbetx正规大网微生物学系陈凯副教授为论文第一作者,蒋建东教授为通讯作者。

卤代芳烃具有难降解、高毒、生物富集等特点,对人类健康和生态环境安全造成严重的威胁。卤代芳烃的微生物降解备受学术界的广泛关注。3,5--4-羟基苯甲酸(DBHB)在自然界中普遍存在,一方面来源于除草剂溴苯腈的代谢,另一方面来源于海洋生态系统的自发形成。揭示DBHB的微生物代谢机制,一方面对于其污染的环境修复具有指导意义,另一方面可丰富卤代芳烃的微生物代谢机制研究。

目前已报道的关于DBHB的微生物代谢机制有两种:一是严格厌氧菌Desulfitobacterium chlororespiransDBHB为电子受体进行脱卤呼吸型还原脱溴(图1A),但还原脱溴酶的基因尚未揭示(Appl Environ Microbiol 2005, 71:3741-3746);二是本团队先前报道的在好氧菌株Comamonassp. 7D-2中发现的还原脱溴途径(图2B),即还原脱卤酶(BhbABhbA2)以NADPH作为电子供体和H供体对DBHB进行还原脱溴( Mol Microbiol 2013, 89:1121-1139; Appl Environ Microbiol 2016, 82:1401-1411)。本研究借助比较转录组学技术和分子生物学实验手段,揭示了菌株Pigmentiphaga sp. H8DBHB代谢的新途径和新机制——氧化脱羧途径(图1 CD):首先,NADPH依赖型的黄素单加氧酶OdcA利用NAD(P)H作为电子供体将DBHB转化为2,6-二溴对苯二酚(2,6-DBHQ);随后,2,6-DBHQ在双加氧酶OdcB的作用下开环降解为2-溴马来酰乙酸(2-bromomaleylacetate);2-bromomaleylacetate被马来酰乙酸还原酶OdcC还原脱溴转化为马来酰乙酸(maleylacetate),并进一步被还原为β-酮己二酸(β-ketoadipate);最后,β-ketoadipate进入TCA循环。本研究成果不仅丰富了卤代芳烃的微生物降解机制研究,也为卤代芳烃污染的生物降解和修复提供了新的菌株资源和基因资源。

论文链接:http://aem.asm.org/content/84/6/e02467-17.long

 

                    图1 3,5-二溴-4-羟基苯甲酸(DBHB)的微生物代谢机制