嗜熱土壤脫氮芽孢桿菌NG80-2降解苯環(huán)化合物的蛋白組學(xué)研究和維氏氣單胞菌B565基因組學(xué)分析.pdf

1、近年來，石油污染越來越多地受到人們的關(guān)注。在石油的復(fù)雜成分中，單環(huán)烷烴，主要是BTEX化合物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)以及可溶的組分，成為了污染地下水的主要污染物和威脅之一。石油中的芳香族成分經(jīng)過一系列的微生物的氧化還原等作用后使得污染水域內(nèi)經(jīng)常檢測到芳香酸類的中間代謝物，如苯甲酸，鄰、間、對-甲基苯甲酸等。而且，單環(huán)芳香化合物幾乎在所有生物體內(nèi)大量地存在，因為他們是芳香族氨基酸(苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)轉(zhuǎn)化過程中的重要產(chǎn)物。芳香族化

2、合物是在自然界中除了糖結(jié)構(gòu)外分布最為廣泛的化合物，不僅源于高等植物的木質(zhì)素的解聚過程，而且還因為在制藥、化學(xué)和石油工業(yè)中發(fā)生的事故和產(chǎn)生的副產(chǎn)物等釋放過程所造成。芳香有機(jī)廢物因為其苯環(huán)的高熱穩(wěn)定性導(dǎo)致的長時期難以被降解的特性，以及他們對人類產(chǎn)生的急性致癌、致誘變和致畸等危害性而引起高度重視。因此，在近二十年里苯環(huán)族芳香烴的代謝途徑的研究也受到了人們很大程度地關(guān)注。
　　 嗜熱土壤脫氮芽孢桿菌NG80-2是一株分離于中國大港油田地

3、層水中的兼性厭氧、嗜熱、可降解長鏈烷烴的革蘭氏陽性菌株。前期的基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，NG80-2可能存在四組不同的苯環(huán)化合物代謝基因簇，分別為GTNG_1888-GTNG_1899(苯甲酸降解基因簇)、GTNG_1919-GTNG_1930(苯乙酸降解基因簇)、GTNG_2973-GTNG_2993(4-羥基苯乙酸降解基因簇)、GTNG_3150-GTNG_3164(鄰氨基苯甲酸降解基因簇)，這暗示著NG80-2可能具備降解豐富苯環(huán)化合物的

4、能力。在本研究中，NG80-2編碼的四組不同苯環(huán)化合物的基因簇通過生物信息學(xué)和蛋白組學(xué)相結(jié)合的方法被驗證，它們分別是苯甲酸(苯甲酰輔酶A途徑)、苯乙酸(苯乙酰輔酶A途徑)、4-羥基苯乙酸(3，4-二羥基苯乙酸途徑)和鄰氨基苯甲酸(3-羥基鄰氨基苯甲酸途徑)降解途徑。數(shù)據(jù)表明，這些催化第一步激活過程、環(huán)氧化和開環(huán)過程的酶往往會被所預(yù)測的苯環(huán)化合物特異地誘導(dǎo)，而負(fù)責(zé)下游途徑的酶卻表現(xiàn)出了較為廣泛的底物特異性。另外，NG80-2的這些苯環(huán)化合

5、物降解基因簇還編碼著一些新穎的降解酶，分別為苯甲酰輔酶A環(huán)氧酶、3，4-二羥基苯乙酸-2，3-雙加氧酶等。在苯甲酸降解基因簇中存在著一個paaX的同源體，在NG80-2通過苯甲酸培養(yǎng)的過程中起到正調(diào)控因子的作用。除了NG80-2這些苯環(huán)化合物降解酶被證明外，在NG80-2代謝這些苯環(huán)化合物的過程中，糖酵解的過程被下調(diào)了，糖異生的途徑表現(xiàn)出上調(diào)的趨勢。此外，在苯乙酸為唯一碳源的條件下，乙醛酸旁路的GTNG_583(異檸檬酸裂合酶)和GTN

6、G_1384(蘋果酸合酶G)均有明顯的上調(diào)現(xiàn)象，這與苯乙酸代謝過程中產(chǎn)生大量的乙酰輔酶A作為碳源利用密不可分，因為一分子的苯乙酸可產(chǎn)生2分子的乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A。本項目通過蛋白組學(xué)方法對NG80-2中多種苯環(huán)化合物降解途徑進(jìn)行了驗證，也說明該嗜熱菌株因其具備降解豐富苯環(huán)化合物的能力而存活在復(fù)雜的油層環(huán)境中。
　　 維氏氣單胞菌是可以經(jīng)常在環(huán)境、臨床和食物中發(fā)現(xiàn)的革蘭氏陰性、桿形細(xì)菌。氣單胞菌屬中的致病菌可引起免疫缺陷病人一

7、系列包括創(chuàng)傷感染、腹瀉和敗血病等多種疾病。維氏氣單胞菌同時也是引起魚類出血性敗血癥的主要病原菌，給魚類生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。維氏氣單胞菌B565分離于中國天津的池塘淤泥沉積物中。在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，該菌可通過產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶來控制真菌或者粘體動物引起的相關(guān)疾病。
　　 在本研究中，維氏氣單胞菌B565的全基因組序列被報道并且將其與兩株已報道的氣單胞屬的嗜水氣單胞菌ATCC7966與殺鮭氣單胞菌A449菌株的全基因組序列進(jìn)行對比分析