Выделение фенолразрушающих микроорганизмов из сточных вод в секциях Китайской медицинской мануфактуры

Фенол является распространенным загрязнителем окружающей среды. Целью данного исследования было выделение фенолразрушающих микроорганизмов из сточных вод в секциях Китайской медицинской мануфактуры. Фенол-деградирующий Acinetobacter lwoffii NL1 был идентифицирован на основе комбинации биохимических характеристик и генов 16S рРНК. Для анализа молекулярного механизма весь геном А. lwoffii NL1 был секвенирован, получив 3499 генов на одной круговой хромосоме и три плазмиды. Анализ ферментативной активности показал, что А. lwoffii NL1 деградировал фенол через орто-расщепление, а не через путь мета-расщепления. Ключевые гены, кодирующие фенолгидроксилазу и катехол 1,2-диоксигеназу, были расположены на мегаплазмиде (pNL1) и разделены мобильными генетическими элементами; их функция была подтверждена гетерологичной экспрессией в Escherichia coli и количественной ПЦР в реальном времени. A. lwoffii NL1 мог разлагать 0,5 г / л фенола в течение 12 ч и переносить максимум 1,1 г / л фенола, а также демонстрировал устойчивость к нескольким антибиотикам и ионам тяжелых металлов. В целом, это исследование показывает, что A. lwoffii NL1 потенциально может быть использован для эффективного разложения фенола при очистке сточных вод тяжелыми металлами.

Введение

Фенольные загрязнители были недавно вызваны быстрой урбанизацией и индустриализацией. Фенол и фенольные соединения обычно сбрасываются из различных сточных вод нефтехимической, фармацевтической и химической перерабатывающей промышленности (Ha et al., 2000; Duan et al., 2018). Концентрация летучего фенола в питьевой воде должна быть ниже 0,001 мг/л, а максимально допустимая концентрация в исходной воде - 0,002 мг/л, установленная Всемирной организацией здравоохранения (Paisio et al., 2014). Избыток фенола препятствует росту животных и растений в загрязненной среде и может даже привести к их гибели. Кроме того, фенол легко превращается в вредные ароматические соединения при взаимодействии с газообразным хлором или ионами железа с образованием хлорфенола или флороглюцинола (Pankaj and Hanhong, 2014). Из-за токсического воздействия фенола и продуктов его разложения это соединение было отнесено к категории приоритетных опасных загрязнителей. Удаление фенола из загрязненной воды зависит от физических, химических и биологических методов. Биологические методы в основном основаны на применении микроорганизмов, которые могут превращать фенол в безвредные низкоуглеродистые соединения своей собственной метаболической системой. Устойчивая, эффективная и экономичная технология очистки привлекает все большее внимание к обработке загрязненных фенолом сред (Rucka et al., 2017; Chandrasekaran et al., 2018).

В качестве типичных фенолразрушающих микроорганизмов использованы бактерии рода Pseudomonas. P. putida может разлагать 1 г/л фенола за 162 ч (6,17 мг/л в час) (Kumar et al., 2005), тогда как P. cepacia, выделенный из промышленных сточных вод, может разлагать 2,5 г/л фенола за 144 ч (17,36 мг/л в час) (Arutchelvan et al.,2005). Acinetobacter calcoaceticus может разлагать 91,6% 0,8 г /л фенола за 48 ч (15,27 мг /л в час) (Liu et al., 2016). Новый штамм Rhodococcus aetherivorans имеет скорость деградации 35,7 мг / л в час при 0,5 г / л фенола (Ногина и др., 2020). Мутанты M1 Rhodococcus ruber SD3 могут разлагать 98% 2 г /л фенола за 72 ч путем иммобилизации клеток (27,2 мг/л в час) (Peng et al., 2013). Кроме того, некоторые дрожжи и грибы также использовались для деградации фенола. Candida tropicalis, модельные фенолразрушающие дрожжи, могли разлагать 2,6 г / л фенола в течение 70,5 ч после мутации He–Ne лазера (36,88 мг / л в час) (Jiang et al., 2007). Фенолразрушающие нитчатые грибы в основном включают Aspergillus oryzae и Aspergillus flavus (Ghanem et al., 2009; Кривобок и др., 1994). Для повышения эффективности деградации фенола микроорганизмами было использовано несколько подходов, таких как селекция в сильно загрязненной фенолом среде, мутагенез и иммобилизация микробных клеток.

Биодеградация фенола микроорганизмами может происходить в аэробных и анаэробных