生物酶降解土壤中四环素类抗生素的机理研究

The continuous accumulation of tetracycline residues in soils poses a great threat to ecosystems and thus attracts extensive attention recently. However, the mechanism of tetracycline biodegradation has been rarely investigated. In the study, we will separate and screen special soil microorganisms for tetracyclines degradation, analyse the microorganism enzyme contributing to tetracyclines degradation, and optimize the reaction conditions. The mechanism of tetracycline biodegradation will be investigated via several approaches, such as the stable isotope trace analysis and liquid chromatography time-of-flight mass spectrometry analysis. Our results will provide scientific support for the bioremediation of tetracycline in soil and water.

四环素类抗生素(TCs)在土壤环境中的大量残留所引起的生态环境问题是目前国内外关注的研究热点话题之一。作为一种难降解的有机污染物，TCs的土壤微生物降解机理的研究较为滞后。本项目通过筛选高效降解土霉素、四环素和金霉素等四环素类抗生素的特种土壤微生物，分析微生物降解四环素类抗生素过程中生物酶的类别和确定生物酶的最优降解条件，并结合稳定同位素示踪技术、液相色谱/飞行时间质谱联用仪分析技术等多种手段，阐明生物酶降解土壤中TCs的降解机理，为受此类抗生素污染的土壤和水体的生物修复及环境治理技术的研发提供理论依据。

项目依据四环素类抗生素在土壤环境中的大量残留所引起的生态问题这一研究热点，从四环素污染土壤出发，筛选能够高效降解的四环素的微生物，并系统的研究了微生物降解四环素的特性、生物酶降解四环素的机理。研究结果对深入刻画细菌抵抗并转化四环素的过程及分子机制、真菌酶降解四环素的特性及途径，取得了以下重要结论：（1）嗜麦芽寡养单胞菌能够共代谢降解四环素，并将其转化为低毒或无毒的代谢产物，丰富了特种微生物菌种资源，为人们修复四环素污染环境提供了一个可能的渠道；（2）提出了四环素在细菌中的降解机制，由抵抗和酶促转化两种途径共同完成。结瘤蛋白将四环素泵出细胞；HXGPT酶促进核糖体保护蛋白活性；核糖体保护蛋白延长因子Tu和G阻止四环素连接于核糖体的30s亚基上；超氧化物歧化酶和过氧化物酶的联合催化，将四环素4号位的氮甲基进行脱离。揭示了这一普遍存在于广大生物体中的抗氧化系统，在特定的条件下能对四环素分子进行转化。这一结果对理解微生物解毒有机污染物具有重要意义，同时对现有的有机物的生物转化系统有了一定的补充。（3）真菌表达胞外酶对四环素降解的研究表明，H2O2浓度为制约四环素催化降解速率的关键因子，在H2O2充足的条件下，可以反复催化四环素的降解，且降解产物的抑菌强度明显降低，为人们利用生物酶在四环素类抗生素污染治理中的应用打下理论基础。此外，在执行项目期间还广泛的参加了国内外学术会议并进行了国际合作，扩大了国际影响。