烟台海岸带所在硝基芳香污染物微生物降解机制方面取得新进展
硝基芳香化合物是一类重要的化工原料，广泛应用于医药、农药、染料、杀虫剂等化工产品的生产。该类化合物大多具有较高的毒性，在食物链中具有富积和放大效应，对人体具有致畸、致癌、致突变等性质，严重威胁人类健康。2,6-二溴-4-硝基酚（2,6-dibromo-4-nitrophenol，2,6-dbnp）是一种典型的卤代硝基酚。溴和硝基的吸电子特性导致苯环的电子云密度大大降低，使2,6-dbnp不易发生化学反应，难以受到氧化攻击，很难被降解，并持久危害生态环境和人类健康。众所周知，微生物在有机污染物的降解过程中起着关键的作用。但是，至今还未见微生物被报道能够降解2,6-dbnp。
中国科学院烟台海岸带研究所“海洋环境微生物与生物技术”团队近期筛选到一株能够利用2,6-dbnp作为唯一碳源、氮源和能源生长的细菌（cupriavidus sp. strain cnp-8）。团队结合基因组、转录组、和rt-qpcr分析鉴定了cnp-8菌株中参与2,6-dbnp代谢的基因簇（hnpabcd）。对参与代谢的关键酶hnpa、hnpb和hnpc进行了表达、纯化和鉴定，发现fadh2依赖的单加氧酶（hnpa）在黄素还原酶（hnpb）协助下能顺序催化2,6-dbnp的脱硝基和脱溴反应生成6-溴-偏苯三酚（6-bromohydroxyquinol, 6-bhq）；hnpc催化6-bhq双加氧反应开环，随后由马来酰乙酸还原酶（hnpd）进一步降解进入三羧酸循环。基因敲除和互补揭示hnpa基因是菌株cnp-8降解2,6-dbnp必需的基因。该研究首次报道微生物降解2,6-dbnp的过程和分子机制，研究结果近期发表在国际著名学术期刊journal of hazardous materials（1区 top，if=6.434）。
该团队长期致力于有机污染物微生物降解的分子机理和修复研究。团队前期还首次从分子、生化和遗传学水平上揭示微生物降解2-氯-5-硝基酚（frontiers in microbiology, 2017, if=4.019）和3-甲基-4-硝基酚（frontiers in microbiology, 2016, if=4.019）等典型硝基酚类污染物的分子机制。团队开发了自主知识产权的污染物修复菌剂，对三种有机磷农药降解产物：4-硝基酚（甲基对硫磷产物）、3-甲基-4-硝基酚（杀螟松产物）和2-氯-4-硝基酚（异氯硫磷产物）复合污染土壤开展了微生物修复，修复菌剂在8-16天能完全降解三种硝基酚污染物（50 ppm）。此外，分子生态学研究表明生物增强不会影响土著微生物生态系统（scientific reports. 2017, if=4.122）。团队近期系列研究成果填补了微生物对2,6-二溴-4-硝基酚、2-氯-5-硝基酚、3-甲基-4-硝基酚等海岸带典型硝基酚污染物代谢机理方面的空白，揭示了这些污染物的环境归属，为修复这类高毒性污染物污染环境提供了理论基础和尊龙最新版的技术支持。
胡晓珂研究员为以上系列研究的通讯作者，闵军助理研究员为第一作者，研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院前沿重点、烟台市科技发展计划、微生物代谢国家重点实验室开放基金等项目的支持。
图1. 微生物降解2,6-dbnp的过程和分子机理
图2. 微生物降解2-氯-5-硝基酚分子机理
图3. 微生物降解3-甲基-4-硝基酚分子机理
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