重金属共存液体媒体中のフェナントレン分解SJTF8の特性評価とその代謝経路の解析

Characterization of the Phenanthrene-Degrading SJTF8 in Heavy Metal Co-Existing Liquid Medium and Analysis of Its Metabolic Pathway.

• Chong Yin
• Weiliang Xiong
• Hua Qiu
• Wanli Peng
• Zixin Deng
• Shuangjun Lin
• Rubing Liang

抄録

多環芳香族炭化水素（PAH）は、発がん性の大きな脅威を持つ一般的な有機汚染物質であり、金属/PAHに汚染された環境の改善は最も困難な課題の一つである。本研究では、ストレス環境下でも安定して優れたPAH分解効率を示すSJTF8を単離し、同定した。SJTF8は、代表的なPAH（ナフタレン、フェナントレン、アントラセン）と複素環・ハロゲン化芳香族化合物（ジベンゾチオフェン、9-ブロモフェナントレン）を唯一の炭素源として利用することができ、98%以上のPAHを分解することができた。500 mg/L フェナントレンを 4 日間で 98%以上分解することができ、-3,4-ジヒドロフェナントレン-3,4-ジオールが第一段階の中間体であった。また，SJTF8株は重金属や酸性pHに対しても優れた耐性を示した。さらに、SJTF8 の全ゲノム配列を取得し、3 種類のプラスミドを発見した。その結果、ストレス耐性とPAH分解に関与する可能性のある遺伝子をアノテーションしたところ、プラスミド1と2に大部分が分布していることがわかった。プラスミド2を除去すると、PAH分解能力が失われた。ゲノムマイニングの結果をもとに、SJTF8のフェナントレンへの分解経路と代謝物が予測された。

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are common organic pollutants with great carcinogenic threaten, and metal/PAH-contaminated environments represent one of the most difficult remedial challenges. In this work, SJTF8 was isolated and identified with great and stable PAH-degrading efficiency even under stress conditions. It could utilize typical PAHs (naphthalene, phenanthrene, and anthracene) and heterocyclic and halogenated aromatic compounds (dibenzothiophene and 9-bromophenanthrene) as the sole carbon source. It could degrade over 98% of 500 mg/L phenanthrene in 4 days, and the -3,4-dihydrophenanthrene-3,4-diol was the first-step intermediate. Notably, strain SJTF8 showed great tolerance to heavy metals and acidic pH. Supplements of 0.30 mM of Cu, 1.15 mM of Zn, and 0.01 mM of Cd had little effect on its cell growth and phenanthrene degradation; phenanthrene of 250 mg/L could still be degraded completely in 48 h. Further, the whole genome sequence of SJTF8 was obtained, and three plasmids were found. The potential genes participating in stress-tolerance and PAH-degradation were annotated and were found mostly distributed in plasmids 1 and 2. Elimination of plasmid 2 resulted in the loss of the PAH-degradation ability. On the basis of genome mining results, the possible degrading pathway and the metabolites of SJTF8 to phenanthrene were predicted.