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(lái)，石油污染越來(lái)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(guò)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(cè)到芳香酸類的中間代謝物，如苯甲酸，鄰、間、對(duì)-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?yàn)樗麄兪欠枷阕灏被?苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)轉(zhuǎn)化過(guò)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(guò)程，而且還因?yàn)樵谥扑?、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(guò)程所造成。芳香有機(jī)廢物因?yàn)槠浔江h(huán)的高熱穩(wěn)定性導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)期難以被降解的特性，以及他們對(duì)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(guó)大港油田地

3、層水中的兼性厭氧、嗜熱、可降解長(zhǎng)鏈烷烴的革蘭氏陽(yáng)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(guò)生物信息學(xué)和蛋白組學(xué)相結(jié)合的方法被驗(yàn)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(guò)程、環(huán)氧化和開(kāi)環(huán)過(guò)程的酶往往會(huì)被所預(yù)測(cè)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(gè)paaX的同源體，在NG80-2通過(guò)苯甲酸培養(yǎng)的過(guò)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(guò)程中，糖酵解的過(guò)程被下調(diào)了，糖異生的途徑表現(xiàn)出上調(diào)的趨勢(shì)。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(píng)果酸合酶G)均有明顯的上調(diào)現(xiàn)象，這與苯乙酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生大量的乙酰輔酶A作為碳源利用密不可分，因?yàn)橐环肿拥谋揭宜峥僧a(chǎn)生2分子的乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A。本項(xiàng)目通過(guò)蛋白組學(xué)方法對(duì)NG80-2中多種苯環(huán)化合物降解途徑進(jìn)行了驗(yàn)證，也說(shuō)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(shí)也是引起魚(yú)類出血性敗血癥的主要病原菌，給魚(yú)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(guó)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(guò)產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶來(lái)控制真菌或者粘體動(dòng)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(bào)道并且將其與兩株已報(bào)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(duì)比分析