原位自然水体中雌激素的微生物降解机制研究

Estrogens in the environment can cause endocrine disruption in animals and have received increasing attentions. Microbial degradation is considered as one of the major pathways of estrogen removal.Current studies mainly focused on the degradation mechanism of pure cultures, however, research on the degradation pathway of estrogens by microbial communities in the environment is still in its infancy. Based on our previous studies, we have acquired the ring-cleavage gene and estrogen catabolic intermediate- pyridinestrone acid, so in this project, we propose to use the functional gene and pyridinestrone acid as biomarkers to investigate the microbial degradation pathway of estrogens in the Jiulong River of Fujian province. We will further explore the changes of essential microbial groups through microcosm experiments. Results of this study will be helpful in evaluating the environmental risks of estrogens and will provide scientific principles for the bioremediation of estrogens in environment.

近年来环境中雌激素引发的雄性动物雌性化问题已经引起了社会的广泛关注，微生物降解作用是去除环境中雌激素的最主要途径。目前纯培养微生物对雌激素的降解机制研究已经取得了一定进展，而原位环境中雌激素的微生物降解途径研究尚属起步阶段。本项目瞄准这一前沿问题，以福建九龙江流域为研究区域，以前期研究中所获得的开环功能基因及开环产物-吡啶雌酮酸作为标记物，结合水环境理化参数，指征雌激素及该产物在自然水体中的时空分布及影响因素，并进一步通过微宇宙实验，探究开环产物的生成机理及功能微生物类群的响应规律，从而阐明原位环境中雌激素的微生物降解机制，该研究有助于评估雌激素的环境风险并为生物修复雌激素引起的环境问题提供有力的科学依据。

近年来由于雌激素的环境内分泌干扰效应，引起了社会的广泛关注，微生物降解作用被认为是去除环境中雌激素的最主要途径。原位环境中雌激素的微生物降解途径，与已发现的纯菌中的降解途径是否一致，如何将纯菌中所获得的关键功能基因及开环产物应用到原位环境的研究中？为回答这一问题，本项目首先针对前期已获得的纯培养菌株，通过比较基因组及转录组等多组学手段，在几株高效雌激素降解菌中，均发现了与开环基因OecC高度相似的功能基因，同时，发现几株纯菌降解雌激素的开环产物均为吡啶雌酮酸，推测该降解途径广泛存在于细菌降解雌激素的过程中；因此，继续以吡啶雌酮酸作为开环产物标记物，以全国流域共9条河流的十个表层水样品及九龙江流域四季水样作为研究对象，首次发现吡啶雌酮酸广泛存在于环境表层水体中，同时也探索了其在污水处理过程中的赋存状态，结果表明，该降解途径也存在于城市污水处理过程中；最后，对全国流域的十个表层水样品开展原位微宇宙实验，阐释了在原位水环境中，雌激素代谢产生吡啶雌酮酸的过程由微生物主导，在该微宇宙实验中，伯克氏菌属（Burkholderiaceae）、红球菌属（Rhodococcus）、新鞘氨醇杆菌属（Novosphingobium）等典型的雌激素降解菌属丰度显著增加，表明其可能是参与该过程的主要功能类群。本项目的完成将对雌激素降解机制的认知拓展到原位环境中，为评估其环境风险及相关修复手段的研发提供了有力的科学依据。