浊点系统和胶束体系中多环芳烃Sphingomonas polyaromaticivorans降解代谢的差异响应机制

The pollution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is becoming increasingly serious. Surfactants have been extensively studied for enhancing PAHs' bioavailability by solubilization. However, many reports on the inhibition of biodegradation by surfactants have caused great troubles in their potential applications. Our previous study found that, for micelle and cloud point system consisted of the same surfactants, the former inhibited cell metabolism while the latter enhanced that, during the degradation of phenanthrene by S. polyaromaticivorans. The only difference between the two systems is that the latter has a coacervate phase. So, how does the extra coacervate phase cause the metabolic difference of PAHs in the cloud point system to the micelle system, and what is the difference response mechanism of degrading metabolism in the two systems, which are the main scientific issues to be solved in this project. The technical problems are: what kind of means can we apply to dig out the key response materials and sites of microbial degrading metabolism to the two systems. Therefore, the diversity of aromatics metabolism will be determined by acquiring genomics sequences. The metabolic regulation of substrates and products will be explored by analyzing cell surface properties. Key responders and functional proteins will be mined through metabolomics and proteomics. The differential response mechanism of PAHs' degrading metabolism in the micelle and cloud point systems will be explored. The theoretical basis for solubilizing bioremediation of hydrophobic organic pollutants will be improved.

多环芳烃污染日益严重，表面活性剂通过增溶作用能提高其生物利用度被广泛研究。然而，大量有关表面活性剂抑制污染物生物降解的报道为其潜在应用造成极大困扰。本项目前期研究发现，在S. polyaromaticivorans降解菲的过程中，由相同表面活性剂构成的胶束体系和浊点系统，前者抑制而后者强化了降解作用。两者唯一的不同，是后者具有凝聚层相。那么，凝聚层相是如何引起浊点系统中多环芳烃的代谢差异于胶束体系的，两种体系中微生物降解代谢的差异响应机制是什么？是本项目所要解决的主要科学问题。而面临的技术问题是：采用何种手段才能挖掘出降解代谢对两种体系的关键响应物及位点。为此，本项目拟用基因组测定降解菌的芳烃代谢多样性，通过细胞表面性质分析降解代谢的底产物调控作用，利用代谢组和蛋白组挖掘关键响应物及功能蛋白，探索浊点和胶束体系中微生物降解代谢的差异响应机制，完善疏水性有机污染物增溶生物修复的理论基础。

多环芳烃污染日益严重，表面活性剂通过增溶作用能提高其生物利用度被广泛研究。由相同表面活性剂构成的胶束体系和浊点系统，前者抑制而后者强化了降解作用。本项目以此为切入点，以菲作为多环芳烃的典型污染物代表，考察了多种强化体系中菲的生物降解，取得了重要结果如下：（1）建立了浊点系统中微生物细胞的重复利用策略。与胶束体系相比，浊点系统具有更高的生物相容性。基于此，我们探索了通过重复使用细胞和浊点系统来进一步提高培养效率的可能性。采用细胞和浊点系统的组合再利用策略，最终提高了细胞利用率和菲降解效率。该研究为循环利用细胞连续降解土壤和水中的菲提供了潜在的应用。（2）考察了胶束体系和环糊精影响多环芳烃生物降解的主要机制。本项目研究了Triton X-100（TX-100）和β-环糊精（β-CD）对菲生物利用度和生物降解性的影响。结果表明，用β-CD处理的生物膜的残余结构比用TX-100处理的生物膜的结构更完整。因此，尽管TX-100和β-CD可以增强菲向水相的传质，但后者显著提高了菲的生物利用度和生物降解性。（3）完成了稀土共污染下多环芳烃生物降解的过程强化。这部分内容的重点是稀土对多环芳烃生物降解的影响。芽孢菌MSP117在其细胞表面上吸附并固定了稀土离子，从而降低了稀土离子的生物利用度。而这有利于泥浆系统中菲的生物降解。（4）探索了非水相液体中多环芳烃的界面生物降解。多环芳烃在非水相液体（NAPL）中的生物利用度有限，限制了其降解。在壳聚糖和羧甲基纤维素（CMC）两种聚合物的辅助下，研究了亲水细菌Moraxella sp. CFP312对正十四烷中菲的生物降解。我们发现CMC在促进CFP312稳定Pickering乳液方面比壳聚糖更有效。在细菌-CMC复合体系中，油分散成小液滴以获得高乳化指数和大比表面积。而油水界面上的细菌可以直接利用油相中的菲，因此强化了非水相中菲的生物降解。本项目已取得一批有特色的研究成果，包括5篇sci论文，2篇核心期刊论文，2本专著，以及授权2件国家发明专利。