白浅灰链霉菌SaLBX-2对聚乙烯降解的功能研究

Polyethylene (PE) is the most productive and commonly used plastic polymer in the world. The waste PE plastics are becoming the main source of “white pollution”. However, there are also scarce clear and in-depth researches on biodegradation of PE. Most of these studies focused on the isolation and identification of strains, physiological and biochemical analysis and optimization of degradation conditions. The number and types of key enzymes, metabolic degradation process, relationship between gene expression and the efficiency of biodegradation are not clear. Streptomyces albogriseus LBX-2, a strain of Actinomyces, was isolated and identified from the soil. The results showed that PE (Mw = 100, 000 Da) could be degraded about 19% as the sole carbon source after 30 days. It was proved that SaLBX-2 could oxidize and attach to PE by scanning electron microscope(SEM) and Fourier infrared spectrum(FTIR). In this study, transcriptome, metabolome and experimental techniques of molecular biology are combined to determine the differences of metabolites at different time, the key enzymes involved in PE biodegradation. CRISPR/Cas9 genome editing, shuttle vector construction and other techniques will be used to verify the biodegradation function of 2-3 key genes, and develop the recombinant strains degrading PE effectively. This research will benefit to solve the "white pollution" caused by PE and provide certain scientific basis.

聚乙烯(Polyethylene，PE)是世界上产量和用量最大的塑料制品，自然条件下难以降解，是“白色污染”的主要来源。目前对PE的生物降解研究较少，且多停留在菌株分离、鉴定、降解优化等基础阶段，而降解过程中的关键酶种类、PE降解代谢产物、基因表达与降解效率之间的关系都尚未阐明。本课题组前期从填埋PE的土壤中分离得到一株放线菌-白浅灰链霉菌SaLBX-2，其基因组大小为7.2Mb，具有69个胞外蛋白基因，其以PE为唯一碳源经30天培养后PE失重率高达19％，扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱结果表明SaLBX-2能吸附并氧化PE。本课题拟将代谢组、转录组和分子生物学实验相结合，分析PE在SaLBX-2处理不同阶段的产物差异，揭示PE降解关键酶，利用CRISPR/Cas9基因编辑等技术对2-3个关键酶基因进行功能验证，为未来构建更高效降解PE的基因工程菌株，绿色解决“白色污染”问题提供科学依据。

聚乙烯(PE)是世界上产量和用量最大的塑料制品，自然条件下难以降解造成了严重的环境污染，目前有关PE降解机制和代谢产物的研究较少，且降解过程中的关键基因与功能尚不清晰。本课题以能够高效降解PE的菌株-白浅灰链霉菌SaLBX-2作为研究对象，在以PE为唯一碳源的培养条件下进行取样，利用代谢组和蛋白质组学技术对其降解PE的代谢产物和差异蛋白进行测定，综合运用生物信息学、生物化学、基因工程等技术，对降解PE的关键酶进行了挖掘，分析得到100余个差异代谢产物和1000余种差异蛋白，通过数据分析和文献查阅确定了PE降解途径中可能的4个关键基因，利用基因工程手段对4个目的基因进行了克隆、表达和初步纯化研究。此外，本研究还测定SaLBX-2在土壤中对PE降解作用，结果发现SaLBX-2可在土壤中稳定存在，且能降低土壤中PE颗粒的直径，同时对土壤中PE降解产物进行GC-MS分析，发现产生了一些酯类代谢产物。利用十六烷和二甲苯对白浅灰链霉菌LBX-2进行疏水率和自凝聚率测定，测得疏水率分别为93.9%±0.8、85.9%±0.5，静置1h自凝聚力为81.9%±1.1。利用该菌株对浓度为3%正十六烷进行降解，结果发现处理15 d降解率为28.90%。花盆种植实验表明SaLBX-2可以对烷烃胁迫下的牧草具有较好的保护作用，可以提升其生物量及酶活力，有助于土壤中的烷烃污染物的降解与修复。项目自主发表SCI论文1篇，普通期刊1篇，撰写及在投SCI论文2篇，后续仍会有不低于2篇相关SCI论文可以发表。参与本项目研究生9人，其中1人已经毕业且论文题目直接相关，4人在读且所做课题直接相关，4人部分参与本课题。项目投入经费26万元，支出17.43万元，各项支出与预算基本相符，剩余经费8.57万元，剩余经费将继续写用于本项目未完成的研究支出。