一株源于海洋环境的新鞘氨醇菌降解高分子量PAHs的分子机制研究

针对当前海洋环境中多环芳烃污染的现状和特点，以一株筛选自红树林湿地高效、广谱降解PAHs的海洋细菌为模式菌株，开展海洋细菌降解PAHs机理的分子生物学研究。该模式菌株归属于新近发现的、在海洋PAHs污染环境中占优势的、且对PAHs具有较强降解能力的新鞘氨醇菌属海洋细菌。以环境毒性高、难生物降解的5环PAH－苯并［a］芘为模式化合物，一方面，采用核酸分子生物学技术，以已报道的且亲缘关系较近的菌株的降解基因信息为参考，设计引物或者探针进行已知降解基因的同源性分析和克隆；另一方面，采用表达蛋白质组技术，分析比较在受不同PAHs诱导和未受诱导下降解菌蛋白质的表达差异，从降解酶系的角度出发，定向捕捉未知的降解基因。最后，整合以上信息，解析海洋细菌参与PAHs降解的相关酶系和功能基因，并结合中间代谢产物的分析，推测海洋细菌降解高分子量PAHs的可能代谢途径，以揭示海洋细菌降解PAHs的机制与过程。

针对当前海洋环境中多环芳烃（PAHs）污染的现状和特点，本研究以一株筛选自红树林湿地高效、广谱降解PAHs的海洋细菌strain F2为模式菌株，开展海洋细菌降解PAHs机理的分子生物学研究。该模式菌株归属于新近发现的、在海洋PAHs污染环境中占优势的、且对PAHs具有较强降解能力的新鞘氨醇菌属(Novosphingobium)海洋细菌，16S rRNA基因系统发育分析结果表明，strain F2与Novosphingobium pentaromativorans US6-1T同源性最高，达到了99.7%。本研究对strain F2对菲、芘和苯并芘（三环至五环PAH）降解特性、差异表达蛋白质组、关键酶基因表达等方面进行了较为系统的研究，推测海洋细菌降解高分子量PAHs的可能代谢途径，以揭示海洋细菌降解PAHs的机制与过程。获得的主要结果如下：.降解能力检测表明，新鞘氨醇菌strain F2能高效降解3-5环PAHs，经过24h，36h和48h后对起始浓度为10ppm的菲、芘和苯并芘的降解率分别可达到86.62%，31.81% 和 22.18%；.在双向电泳（2D-E）分离差异表达蛋白前对strain F2全蛋白提取和电泳过程中的主要影响因子进行了优化，获得了理想的蛋白图谱；通过功能蛋白组学分析和串联质谱鉴定，发现了在PAHs诱导下strain F2产生了的包含PAHs降解，转运和调节因子，碳代谢，氨基酸代谢，核苷酸代谢，特殊功能蛋白和未知功能蛋白在内的七大类功能蛋白；根据环羟基化双加氧酶α亚基和4-羟基苯甲酸3-单加氧酶的基因序列信息设计特异性引物，采用反转录实时PCR分析发现这两个基因的表达在不同底物诱导下均有不同程度的上调；strain F2在通过环羟基化双加氧酶开环后经一系列的酶作用后，经3-氧代乙二酸通路中的水杨酸或者邻苯二甲酸支路生成TCA循环的中间代谢物进入TCA循环并最终降解成H2O和CO2。.