红球菌ZWL3NT降解3-硝基甲苯的代谢途径及机理研究

3-硝基甲苯 (3-nitrotoluene, 3NT) 是一种难生物降解的有机污染物。目前尚无纯培养微生物彻底降解该化合物的报道，更无相关的代谢途径和降解机理的报道。我们首次分离到能以3-硝基甲苯作为唯一碳源、氮源和能源生长的红球菌属菌株ZWL3NT (Rhodococcus sp. strain ZWL3NT)。该菌降解3-硝基甲苯时伴随有亚硝酸根离子的产生，这显示该菌通过氧化途径代谢3-硝基甲苯。我们拟通过研究Rhodococcus sp. strain ZWL3NT降解3-硝基甲苯的代谢中间产物，克隆并鉴定其编码3-硝基甲苯降解酶系的基因，在分子生物学和生化水平上阐明红球菌ZWL3NT 降解3-硝基甲苯的代谢途径和降解机理。为此类污染物引起的环境问题的生物控制和生物修复提供理论基础和技术指导。

3-硝基甲苯(3-nitrotoluene, 3NT)是一种难生物降解的有机污染物，是诱变剂和致癌剂。在单硝基甲苯的三种同分异构体中，3-硝基甲苯的毒性和降解难度均大于4-硝基甲苯和2-硝基甲苯。目前还未见纯培养微生物以3-硝基甲苯为唯一碳源、氮源和能源生长的报道。我们首次分离到能够降解3-硝基甲苯的红球菌属菌株ZWL3NT （Rhodococcus sp. strain ZWL3NT。本课题研究了菌株Rhodococcus sp. strain ZWL3NT 对3-硝基甲苯的降解特性。证明该菌能以3-硝基甲苯为唯一碳源、氮源和能源生长。ZWL3NT对3NT的最大降解浓度是4 mM，并于4天内彻底降解。菌株ZWL3NT还能利用2-硝基甲苯、邻苯二酚、3-甲基邻苯二酚作为唯一碳源和能源生长。检测到该菌降解3NT的中间代谢产物—3-甲基邻苯二酚和2-甲基顺式粘糠酸。在ZWL3NT野生菌制备的粗酶液中检测到邻苯二酚邻位开环酶（1,2-dioxygenase）活性和邻苯二酚间位开环酶（2,3-dioxygenase）活性。克隆并鉴定了ZWL3NT中与3-硝基甲苯代谢有关的两个基因簇ntdA1A2A3A4和cat (catR-catA-catB-catC)。catA 基因表达产物具有甲基邻苯二酚邻位开环酶活性，catB基因表达产物具有粘糠酸环化酶活性。本研究阐明了红球菌ZWL3NT 经3-甲基邻苯二酚中间产物降解3-硝基甲苯的代谢途径。这是一条迄今未见报道的微生物降解3-硝基甲苯的代谢途径。取得成果：发表SCI收录论文（标注基金资助）2 篇，获授权发明专利1 项。