雌激素降解工程菌的構(gòu)建與代謝調(diào)控機理研究結(jié)題摘要

背景：環(huán)境雌激素是一類影響人類健康，破環(huán)生態(tài)平衡的內(nèi)分泌干擾物。環(huán)境雌激素的去除方法主要是通過微生物的生物降解代謝來完成。高效雌激素降解菌種類和降解能力需要不斷篩選豐富和強化提升，雌激素降解酶與底物的相互作用機制還需要進一步研究，雌激素降解酶編碼基因特性與表達調(diào)控還需要進一步探索。因此，我們將篩選雌激素高效降解菌，并從菌株降解、生長特性、菌株基因組特征、降解酶基因表達和調(diào)控等方面研究雌激素生物降解代謝機制。 研究內(nèi)容及重要結(jié)果：分別取不同雌激素藥廠土樣、泥樣和污水處理廠泥樣、水樣等樣品70個；篩選出雌激素降解菌30余株，雌激素高效降解菌13株。其中，放線菌門紅球菌屬具有最好的底物適應(yīng)能力，對大多數(shù)高濃度雌激素污染物在實驗時間內(nèi)可完全降解。雌激素降解最優(yōu)條件：溫度為27-33℃，pH值為6.8-8，接種量為5-7.5%。通過全基因組測序技術(shù)和RT-PCR等分析技術(shù)確定了專性降解菌的基因組基本信息和雌激素降解基因的數(shù)量、位置、序列長度和功能作用以及在雌激素降解過程中的作用機制。雌激素高效降解菌生物強化活性污泥，能使原污水處理過程中雌激素降解能力增強25-50%。 意義：通過以上研究，填補了國內(nèi)雌激素降解菌種不足的空白，明確了雌激素降解酶編碼基因的表達和作用機制，同時在專性降解菌強化活性污泥領(lǐng)域做出了首次嘗試。為基因重組菌株的構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ)，為雌激素生物強化降解菌的制備提供更大的可能。 2100433B

雌激素是一種典型的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，受多環(huán)雜化形成的空間位阻效應(yīng)影響,難以被微生物降解，在許多城市污水處理廠的外排水中都能檢測到其存在。當前，針對水中雌激素生物降解的研究，多集中在工藝條件優(yōu)化和專性降解菌特性分析層面，僅有少數(shù)報告涉及基因增強技術(shù)應(yīng)用于去除水中難降解有機物。本項目以典型雌激素--雌二醇、雙酚A和壬基酚為研究對象，開展基因修飾強化生物降解水中雌激素的研究，重點體現(xiàn)在以下三個方面：（1）解析專性降解菌的特異基因片段，闡明菌株對典型雌激素的代謝機制；（2）基因重組拓寬菌株底物利用范圍，提高對雌激素的降解效率；（3）分析重組菌的特異基因表達，獲得重組菌生物強化活性污泥法的調(diào)控方法。通過上述研究，可以從基因水平上強化專性菌株的底物利用范圍和降解能力，獲得基因工程菌應(yīng)用于生物強化活性污泥法的關(guān)鍵控制方法，為基因技術(shù)應(yīng)用于污水生物處理系統(tǒng)提供理論指導與技術(shù)支持。

冷卻水是用量巨大的工業(yè)用水，而常用的水處理劑多為含磷化合物，其排放造成嚴重的環(huán)境污染。本項目參照國際上研究發(fā)展易生物降解的水處理劑的成功經(jīng)驗，使用原子力顯微鏡等先進手段，從測量介觀-.微觀尺度上有機分子與水垢晶粒表面相互作用出發(fā)，從實驗上和理論上研究阻垢效應(yīng)的微觀機理，建立開發(fā)綠色處理劑分子設(shè)計的理論基礎(chǔ)及設(shè)計程序。

PAHs在土壤中的反硝化降解已為人們所認識，但其厭氧降解與反硝化過程的偶聯(lián)及微生物機理尚不明確。本項目擬選擇萘和芘兩種典型的PAHs，以清潔土壤和PAHs污染土壤為研究對象，結(jié)合土壤厭氧培養(yǎng)和液體富集培養(yǎng)實驗，研究反硝化條件下PAHs代謝過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化及相關(guān)功能基因（PAHs厭氧降解及反硝化功能基因）表達量的動態(tài)變化，分別從物質(zhì)轉(zhuǎn)化和基因表達來探討PAHs厭氧代謝與反硝化過程偶聯(lián)的機理；之后，通過穩(wěn)定同位素標記的室外土壤培養(yǎng)實驗，采用DNA-SIP、454測序等手段，來探究土壤中直接參與PAHs反硝化代謝的細菌及反硝化菌的類群，初步探討土壤PAHs反硝化降解在自然土壤PAHs去除中的貢獻率，為進一步明確PAHs在土壤中的轉(zhuǎn)化過程提供理論基礎(chǔ)，為土壤PAHs污染治理新思路的創(chuàng)立提供一定的理論依據(jù)。