Bacillus sp.DB-17中BDE-209降解基因的克隆及代谢分子机理的研究

多溴联苯醚（PBDEs）的难降解性、长距离迁移性和生物富集性，给人类健康和生态系统带来了潜在的巨大风险。本课题拟以污染环境中含量最高的多溴联苯醚BDE-209为靶标，以前期获得的高效降解菌Bacillus sp. DB-17为研究对象，分别从代谢产物分析和功能基因的角度进行研究：1）采用GC-MS技术分析代谢中间产物以及终产物；2）利用含有Mini-Tn10转座子的pHV1248质粒得到代谢关键基因突变株，克隆十溴二苯醚降解相关基因，体外表达后以不同底物分析各基因功能；3）最后结合上述两方面的结果勾勒出Bacillus sp. DB-17降解十溴二苯醚的详细代谢途径。研究成果不仅可以填补十溴二苯醚降解基因资源的空白，同时能够使我们准确的了解十溴二苯醚在环境中微生物作用下的降解过程和降解机理，有助于更准确地评估目前环境中十溴二苯醚的污染水平以及对十溴二苯醚污染土壤和水体进行生物修复。

本研究采用高效液相、气相质谱等化学分析方法以及转座子突变库、基因工程等遗传学方法在表观以及分子生物学水平上对Bacillus sp.DB-17降解十溴二苯醚（BDE-209）的机制进行了深入的研究，最终发现：1.降解过程是通过双加氧酶催化启动，随后在苯醚键上断裂生成苯酚及儿茶酚；2.降解过程是由bph基因簇催化完成，其中主要基因为bphA1，bphA2，bphA3，bphA4，bphB；3.BphA1，BphA2，BphA3，BphA4共同完成双加氧反应，产物为2,3位羟化的产物；4.BphB直接催化苯醚键的断裂，该功能从未被报道过。本研究首次从分子水平阐明了多溴联苯醚的降解机制，且发现了bph基因簇中的多个基因具有全新的催化功能。该发现为生物修复多溴联苯醚污染提供了全新基因资源，无论是用于蛋白工程的研究还是应用于重组细菌介导的土壤原位修复，都具有重要的意义。