Создание соли

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1352 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1958 года

1 Цитаты

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Сброс промышленных сточных вод, сельскохозяйственное производство, морское судоходство, добыча нефти и другие виды деятельности привели к серьезному загрязнению морской среды, включая микропластик, нефть и продукты ее переработки, тяжелые металлы, пестициды и другие органические вещества. Эффективность биоремедиации загрязнений морской среды может быть ограничена высокими концентрациями солей (>1% по массе), что может привести к очевидной потере микробной активности. В этом исследовании функциональные промоторы P1, P2-1 и P2-2, цензурирующие солевой стресс, были выделены и идентифицированы из штамма Vibrio natriegens Vmax. Были построены три модели разложения, вызванного солью, для разложения полиэтилентерефталата (ПЭТ), хлорпирифоса (ЦП) и гексабромциклододеканов (ГБЦД) с использованием морского штамма Vmax. Сконструированные штаммы эффективны для разложения соответствующих субстратов со скоростью разложения при 15 мг/л ПЭТ за 8 дней, 50 мг/л ЦП за 24 часа и 1 мг/л ГБЦД за 4 часа соответственно. Кроме того, была реализована стратегия иммобилизации для переработки и повторного использования сконструированных штаммов путем экспрессии хитин-связывающего белка GbpA. Это исследование может помочь ответить на вопрос об использовании быстрорастущих морских бактерий, таких как V. natriegens Vmax, для эффективного разрушения загрязнения морской среды.

Благодаря быстрому развитию промышленности и сельского хозяйства серьезное загрязнение морской среды стало серьезной проблемой для экономического и социального развития, особенно в развивающихся странах1. Загрязнение морской среды, включая тяжелые металлы, нефть, стойкие органические загрязнители (СОЗ), мусор и радионуклиды, может прямо или косвенно нанести вред живым организмам и ресурсам2. За последние 50 лет загрязнение пластиком возросло, и, по оценкам, содержание пластика в морской воде превышает 250 000 тонн3. Разработаны методы удаления микропластика с помощью сорбции и фильтрации, такие как поглощение частиц микропластика на поверхности морских зеленых водорослей, фильтрация микропластика по мембранной технологии и даже в сочетании с мембранными биореакторами, при этом эффективность удаления достигает 97,2%4. Было обнаружено, что два типа штаммов Bacillus, выделенных из отложений мангровых зарослей, разлагают различные виды микропластика, причем снижение составляет всего 0,0019 мг/день5.

Однако разложение микропластика в морской воде мало изучено, и лишь ограниченное количество бактерий способно разлагать загрязнения в морских условиях с диапазоном солености 3,3–3,7%.

Галотолерантные бактерии способны накапливать высокие концентрации различных органических осмотических растворов (ООС), таких как совместимые растворенные вещества (водорастворимые сахара или сахарные спирты, другие спирты, аминокислоты или их производные), эктоин, трегалоза, глицин-бетаин и т. д. ,7,8,9,10. Эти ООС могут помочь поддерживать осмотический баланс цитоплазмы с внешней средой, сохраняя нормальную биологическую активность клеток. Многие морские организмы являются слабыми галофилами (содержание NaCl в морской воде составляет 3 % по массе).

Штамм V. natriegens Vmax, выделенный из морской среды, имеет время генерации менее 10 минут и не может расти без NaCl с оптимальной концентрацией 2–3% (мас./об.)11. Кассеты, содержащие ген РНК-полимеразы Т7 под контролем IPTG- или арабинозо-индуцируемого промотора (lacUV5 и araBAD соответственно), были вставлены в большую хромосому V. natriegens (ATCC 14048, исходный штамм V. natriegens Vmax). Когда были введены экспрессионные плазмиды, содержащие ген GFP под контролем промотора Т7, была обнаружена устойчивая экспрессия GFP12. Однако сообщений об использовании V. natrigens в качестве носителя для разложения загрязнителей окружающей среды, особенно в морской среде, было немного.

В этом исследовании штамм Vmax использовался для разложения загрязнителей окружающей среды в условиях солевого стресса. Во-первых, с помощью транскриптомного анализа были предложены механизмы солеустойчивости штамма Vmax, а соответствующие промоторы, индуцированные солью, были идентифицированы и охарактеризованы. Затем на основе идентифицированных промоторов были построены три модели разложения хлорпирифоса (ЦП), гексабромциклододеканов (ГБЦД) и полиэтилентерефталата (ПЭТ). Переработку созданных штаммов контролировали путем связывания их с хитиновыми материалами, которые специфичны для видов вибрионов и широко распространены в морской среде.