Dehalococcoides - Dehalococcoides

Dehalococcoides
Научная классификация
Домен:
Бактерии
Тип:
Хлорофлекси
Учебный класс:
Дегалококкоидия
Род:
Dehalococcoides
Maymo-Gatell и другие. 1997
Разновидность

Dehalococcoides это род бактерии внутри класса Dehalococcoidia, которые получают энергию за счет окисления водорода и последующего восстановительное дегалогенирование из галогенированные органические соединения в режиме анаэробное дыхание называется органо-галогенидным дыханием.[1] Они хорошо известны своим большим потенциалом восстановления галогенированных этенов и ароматических углеводородов. Это единственные известные бактерии, способные преобразовывать высокохлорированные диоксины, ПХД. Кроме того, они являются единственными известными бактериями, которые трансформируют тетрахлорэтен (перхлорэтен, PCE) в этен.

Микробиология

Первый представитель рода Dehalococcoides был описан в 1997 году как Dehalococcoides ethenogenes штамм 195. Дополнительный Dehalococcoides члены были позже описаны как штаммы CBDB1,[2] BAV1, FL2, VS и GT. В 2012 году все еще изолированные Dehalococcoides штаммы были объединены под новым таксономическим названием Д. маккарти.[3]

Деятельность

Dehalococcoides обязательно органогалогенид дышащий бактерии[3] это означает, что они могут расти, только используя галогенированные соединения как акцепторы электронов. В настоящее время водород (H2) часто рассматривается как единственный известный донор электронов, поддерживающий рост dehalococcoides бактерии.[4][5][6] Однако исследования показали, что использование различных доноров электронов, таких как форматировать,[7] и метилвиологен,[5] также были эффективны в стимулировании роста различных видов dehalococcoides. Для осуществления процессов восстановительного дегалогенирования электроны передаются от доноров электронов через дегидрогеназы и, в конечном итоге, используется для восстановления галогенированных соединений,[3] многие из которых являются химическими веществами, синтезированными человеком, действующими как загрязняющие вещества.[8] Кроме того, было показано, что большая часть восстановительной активности дегалогеназы находится внутри внеклеточных и мембранных компонентов D. ethenogenes, указывая, что дехлорирование процессы могут функционировать частично независимо от внутриклеточных систем.[5] В настоящее время все известные dehalococcoides штаммы требуют ацетат для производства клеточного материала, однако, лежащие в основе механизмы не совсем понятны, поскольку им, по-видимому, не хватает основных ферментов, которые завершают циклы биосинтеза, обнаруженные у других организмов.[6]

Dehalococcoides может трансформировать многие высокотоксичные и / или стойкие соединения. Это включает в себя тетрахлорэтен (PCE) и трихлорэтен (TCE), которые превращаются в нетоксичный этен и хлорированные диоксины, винилхлорид, бензолы, полихлорированные бифенилы (Печатные платы), фенолы и многие другие ароматические загрязнители.[9][10][11]

Приложения

Dehalococcoides может уникальным образом трансформировать многие высокотоксичные и / или стойкие соединения, которые не трансформируются никакими другими известными бактериями, в дополнение к галогенированным соединениям, которые используются в других распространенных органогалогенидных респираторах.[8][12] Например, обычные соединения, такие как хлорированные диоксины, бензолы, Печатные платы, фенолы и многие другие ароматный субстраты могут быть преобразованы в менее вредные химические формы.[8] Тем не мение, dehalococcoides в настоящее время являются единственными известными дехлорирующими бактериями с уникальной способностью разлагать высокоэффективные непокорный, тетрахлорэтен (PCE) и трихолорэтен (TCE) в менее токсичные формы, которые более подходят для условий окружающей среды и, таким образом, используются в биоремедиация.[8][13][7] Их способность расти за счет использования загрязнителей позволяет им размножаться в загрязненной почве или грунтовых водах, что дает многообещающие перспективы для на месте дезактивация усилия.

Процесс преобразования галогенированных загрязнителей в нетоксичные соединения включает в себя различные восстановительные ферменты. Д. маккарти штамм BAV1 способен снижать винилхлорид, токсичный загрязнитель, который обычно поступает со свалок, в этен с помощью специальной редуктазы винилхлорида, которая, как считается, кодируется bvcA ген.[14] Дегалогеназа, восстанавливающая хлорбензол, также была идентифицирована в штамме CBDB1.[15]

Несколько компаний по всему миру сейчас используют Dehalococcoides-содержание смешанных культур в коммерческих усилиях по восстановлению. В смешанных культурах присутствующие другие бактерии могут усиливать процесс дегалогенирования, производя продукты метаболизма, которые могут использоваться Dehalococcoides и другие участники процесса деградации.[9][16] Например, Dehalococcoides sp. штамм WL может работать вместе Dehalobacter поэтапно для разложения винилхлорида: Dehalobacter обращает 1,1,2-TCA до винилхлорида, который впоследствии разлагается Dehalococcoides.[17] Также необходимо добавление акцепторов электронов - они превращаются в водород. на месте другими присутствующими бактериями, которые затем могут быть использованы в качестве источника электронов Dehalococcoides.[12][9] Документально подтверждено, что MEAL (смесь метанола, этанола, ацетата и лактата) использовался в качестве субстрата.[18] В США BAV1 был запатентован для на месте восстановительное дехлорирование винилхлоридов и дихлорэтенов в 2007 г.[19] Д. маккарти при дехлорировании высокой плотности биофлоки также использовались в ex situ биоремедиация.[20]

Несмотря на то что dehalococcoides было показано, чтобы уменьшить загрязняющие вещества такие как PCE и TCE, по-видимому, отдельные виды обладают различными способностями к дехлорированию, что способствует уменьшению содержания этих соединений. Это может иметь последствия для тактики биоремедиации.[13] Например, отдельные штаммы dehalococcoides показали, что предпочитают производить более растворимые, канцерогенный промежуточные звенья, такие как 1,2-дихлорэтен изомеры и винилхлорид это контрастирует с целями биоремедиации, прежде всего из-за их вредного характера.[4][8] Следовательно, важным аспектом современной тактики биоремедиации является использование множества дехлорирующих организмов для стимулирования симбиотические отношения в смешанной культуре, чтобы обеспечить полное восстановление до менее токсичного этилена.[13] В результате исследования были сосредоточены на метаболических путях и факторах окружающей среды, которые регулируют восстановительные дегалогенирующие процессы, чтобы лучше реализовать dehalococcoides для тактики биоремедиации.[8]

Однако не все участники Dehalococcoides может уменьшить количество всех галогенизированных загрязняющих веществ. Некоторые штаммы не могут использовать PCE или TCE в качестве акцепторов электронов (например, CBDB1), а некоторые не могут использовать винилхлорид в качестве акцептора электронов (например, FL2).[14] Д. маккарти споезда 195 и SFB93 ингибируются высокими концентрациями ацетилен (который накапливается в загрязненных участках подземных вод в результате деградации TCE) через изменения в экспрессии генов, которые, вероятно, нарушают нормальную функцию цепи переноса электронов.[9] При выборе Dehalococcoides штаммов для биоремедиации, важно учитывать их метаболические возможности и их чувствительность к различным химическим веществам.

Геномы

Несколько штаммов Dehalococcoides sp. был упорядочен.[21][22][23] Они содержат от 14 до 36 оперонов, гомологичных редуктивной дегалогеназе (rdh), каждый из которых состоит из гена активных дегалогеназ (rdhA) и гена предполагаемого мембранного якоря (rdhB). Большинство rdh-оперонов в Dehalococcoides геномам предшествует ген-регулятор, либо marR-типа (rdhR), либо двухкомпонентной системы (rdhST). Dehalococcoides имеют очень маленькие геномы, содержащие около 1,4–1,5 млн пар оснований. Это одно из самых низких значений для свободноживущих организмов.

Биохимия

Dehalococcoides По всей видимости, штаммы не кодируют хиноны, но дышат новой цепью переноса электронов, связанной с белками.[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Dehalococcoides". NCIB Браузер таксономии.
  2. ^ Адриан Л., Шевзик Ю., Веке Дж., Гериш Х. (2000). «Бактериальная дегалогенреспирация с хлорированными бензолами». Природа. 408 (6812): 580–583. Bibcode:2000Натура 408..580А. Дои:10.1038/35046063. PMID  11117744. S2CID  4350003.
  3. ^ а б c Loffler, F.E .; Yan, J .; Риталахти, К. М .; Адриан, Л .; Эдвардс, Э. А .; Константинидис, К. Т .; Muller, J. A .; Fullerton, H .; Zinder, S.H .; Спорман, А. М. (2012). Dehalococcoides mccartyi gen. Nov., Sp. Nov., Облигатно дышащие органогалогенидами анаэробные бактерии, имеющие отношение к циклическому циклу галогенов и биоремедиации, относятся к новому классу бактерий, Dehalococcoidia classis nov., Отряду Dehalococcoidales ord. Nov. И семейству Dehalococcoidaceae. ., в филуме Chloroflexi ". Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии. 63 (Pt 2): 625–635. Дои:10.1099 / ijs.0.034926-0. ISSN  1466-5026. PMID  22544797.
  4. ^ а б Ченг, Дэн; Хэ, Цзяньчжун (15 сентября 2009 г.). «Выделение и характеристика штамма MB Dehalococcoides sp., Который дехлорирует тетрахлорэтен до транс-1,2-дихлорэтилена». Прикладная и экологическая микробиология. 75 (18): 5910–5918. Дои:10.1128 / AEM.00767-09. ЧВК  2747852. PMID  19633106.
  5. ^ а б c Nijenhuis, Ivonne; Зиндер, Стивен Х. (1 марта 2005 г.). «Характеристика гидрогеназной и восстановительной дегалогеназной активности штамма 195 Dehalococcoides ethenogenes». Прикладная и экологическая микробиология. 71 (3): 1664–1667. Дои:10.1128 / AEM.71.3.1664-1667.2005. ЧВК  1065153. PMID  15746376.
  6. ^ а б Тан, Иньцзе Дж .; Йи, Шань; Чжуан, Вэй-Цинь; Зиндер, Стивен Х .; Кислинг, Джей Д .; Альварес-Коэн, Лиза (15 августа 2009 г.). «Исследование метаболизма углерода в штамме 195 Dehalococcoides ethenogenes с использованием изотопомеров и транскриптомных анализов». Журнал бактериологии. 191 (16): 5224–5231. Дои:10.1128 / JB.00085-09. ЧВК  2725585. PMID  19525347.
  7. ^ а б Майер-Блэквелл, Кошлан; Азизиан, Мохаммад Ф .; Грин, Дженнифер К .; Спорман, Альфред М .; Семприни, Льюис (7 февраля 2017 г.). "Выживание дыхания винилхлорида dehalococcoides mccartyi под долгосрочным ограничением доноров электронов ". Экологические науки и технологии. 51 (3): 1635–1642. Bibcode:2017EnST ... 51.1635M. Дои:10.1021 / acs.est.6b05050. PMID  28002948.
  8. ^ а б c d е ж Мафоса, Фараи; Lieten, Shakti H .; Динкла, Инес; Stams, Alfons J .; Смидт, Хауке; Феннелл, Донна Э. (2 октября 2012 г.). «Экогеномика микробных сообществ при биоремедиации хлорированных загрязненных территорий». Границы микробиологии. 3: 351. Дои:10.3389 / fmicb.2012.00351. ЧВК  3462421. PMID  23060869.
  9. ^ а б c d Мао, Синьвэй; Oremland, Ronald S .; Лю, Тонг; Гушгари, Сара; Landers, Abigail A .; Baesman, Shaun M .; Альварес-Коэн, Лиза (21.02.2017). "Ацетиленовое топливо для восстановительного дехлорирования TCE определенными Dehalococcoides / Pelobacter Consortia". Экологические науки и технологии. 51 (4): 2366–2372. Bibcode:2017EnST ... 51.2366M. Дои:10.1021 / acs.est.6b05770. ISSN  0013-936X. ЧВК  6436540. PMID  28075122.
  10. ^ Лу, Гуй-Нин; Тао, Сюэ-Цинь; Хуанг, Вейлинь; Данг, Чжи; Ли, Чжун; Лю, Цун-Цян (2010). «Пути дехлорирования различных хлорированных ароматических загрязнителей, проводимые Dehalococcoides sp. Штаммом CBDB1». Наука об окружающей среде в целом. 408 (12): 2549–2554. Bibcode:2010ScTEn.408.2549L. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2010.03.003. PMID  20346484.
  11. ^ Феннелл, Донна Э .; Nijenhuis, Ivonne; Уилсон, Сьюзан Ф .; Зиндер, Стивен Х .; Хэггблом, Макс М. (2004-04-01). «Штамм 195 Dehalococcoides ethenogenes восстанавливает дехлорирование различных хлорированных ароматических загрязнителей». Экологические науки и технологии. 38 (7): 2075–2081. Bibcode:2004EnST ... 38.2075F. Дои:10.1021 / es034989b. ISSN  0013-936X. PMID  15112809.
  12. ^ а б Маймо-Гатель, Ксавьер; Цзянь, Юэ-тынг; Госсетт, Джеймс М .; Зиндер, Стивен Х. (1997-06-06). «Выделение бактерии, которая восстанавливает дехлорирование тетрахлорэтилена до этена». Наука. 276 (5318): 1568–1571. Дои:10.1126 / science.276.5318.1568. ISSN  0036-8075. PMID  9171062.
  13. ^ а б c Гростерн, Ариэль; Эдвардс, Элизабет А. (2006). «Рост Dehalobacter и Dehalococcoides spp. Во время разложения хлорированных этанов». Прикладная и экологическая микробиология. 72 (1): 428–436. Дои:10.1128 / AEM.72.1.428-436.2006. ЧВК  1352275. PMID  16391074.
  14. ^ а б Краймальник-Браун, Роза; Хёльшер, Тина; Томсон, Айви Н .; Сондерс, Ф. Майкл; Риталахти, Кирсти М .; Леффлер, Франк Э. (2004-10-01). «Генетическая идентификация предполагаемой винилхлоридредуктазы в штамме BAV1 Dehalococcoides sp.». Прикладная и экологическая микробиология. 70 (10): 6347–6351. Дои:10.1128 / aem.70.10.6347-6351.2004. ISSN  0099-2240. ЧВК  522117. PMID  15466590.
  15. ^ Адриан, Лоренц; Рахненфюрер, Ян; Гобом, Йохан; Хёльшер, Тина (01.12.2007). «Идентификация хлорбензол-восстановительной дегалогеназы в штамме CBDB1 Dehalococcoides sp.». Прикладная и экологическая микробиология. 73 (23): 7717–7724. Дои:10.1128 / aem.01649-07. ISSN  0099-2240. ЧВК  2168065. PMID  17933933.
  16. ^ Дюамель, Мелани; Эдвардс, Элизабет А. (01.12.2006). «Микробный состав культур, разлагающих хлорированный этен, с преобладанием Dehalococcoides». FEMS Microbiology Ecology. 58 (3): 538–549. Дои:10.1111 / j.1574-6941.2006.00191.x. ISSN  0168-6496. PMID  17117995.
  17. ^ Гростерн, Ариэль; Эдвардс, Элизабет А. (01.01.2006). «Рост Dehalobacter и Dehalococcoides spp. Во время разложения хлорированных этанов». Прикладная и экологическая микробиология. 72 (1): 428–436. Дои:10.1128 / aem.72.1.428-436.2006. ISSN  0099-2240. ЧВК  1352275. PMID  16391074.
  18. ^ McKinsey, P.C. (20 февраля 2003 г.). "Биоремедиация загрязненных трихлорэтиленом отложений, дополненная консорциумом Dehalococcoides ". Проверено 8 октября, 2017.
  19. ^ Лёффлер, Франк (3 мая 2007 г.). «Заявка на патент США 20070099284». Получено 2017-10-09.
  20. ^ Фахардо-Уильямс, Девин (2015). «Сочетание биофлокуляции дехалококкоидов с высокими темпами дехлорирования для биоремедиации ex situ и in situ». ProQuest. ProQuest  1718184775.
  21. ^ Кубе, М .; Бек, А .; Зиндер, Ш .; Kuhl, H .; Reinhardt, R .; Адриан, Л. (октябрь 2005 г.). «Последовательность генома бактерии, дышащей хлорированным соединением, штамм CBDB1 вида Dehalococcoides». Nat Biotechnol. 23 (10): 1269–73. Дои:10.1038 / nbt1131. PMID  16116419.
  22. ^ Seshadri, R .; Адриан, Л .; Fouts, DE .; Eisen, JA .; Phillippy, AM .; Methe, BA .; Ward, NL .; Нельсон, WC .; и другие. (Январь 2005 г.). «Последовательность генома PCE-дехлорирующей бактерии Dehalococcoides ethenogenes». Наука. 307 (5706): 105–8. Bibcode:2005Наука ... 307..105С. Дои:10.1126 / science.1102226. PMID  15637277. S2CID  15601443.
  23. ^ Pöritz, M .; Горис, Т .; Wubet, T .; Таркка, МП .; Buscot, F .; Nijenhuis, I .; Lechner, U .; Адриан, Л. (июнь 2013 г.). «Геномные последовательности двух специалистов по дегалогенированию - штаммов Dehalococcoides mccartyi BTF08 и DCMB5, обогащенных из сильно загрязненного района Биттерфельда». FEMS Microbiol Lett. 343 (2): 101–4. Дои:10.1111/1574-6968.12160. PMID  23600617.
  24. ^ Кублик, Аня; Деобальд, Дарья; Хартвиг, Стефани; Schiffmann, Christian L .; Андрадес, Адарелис; фон Берген, Мартин; Соерс, Р. Гэри; Адриан, Лоренц (01.09.2016). «Идентификация мультибелкового восстанавливающего комплекса дегалогеназы в штамме CBDB1 Dehalococcoides mccartyi предполагает наличие белковой цепи респираторного транспорта электронов, исключающей участие хинона». Экологическая микробиология. 18 (9): 3044–3056. Дои:10.1111/1462-2920.13200. ISSN  1462-2920. PMID  26718631.

внешняя ссылка