フェノール分解のための効率的なクロレラsp.-Cupriavidus necator（C. necator）小生態系とその協力機構

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Sci. Total Environ..2020 Jul;743:140775. S0048-9697(20)34299-6. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140775.Epub 2020-07-06.

フェノール分解のための効率的なクロレラsp.-Cupriavidus necator（C. necator）小生態系とその協力機構

An efficient Chlorella sp.-Cupriavidus necator microcosm for phenol degradation and its cooperation mechanism.

Tao Yi
Ying Shan
Bo Huang
Tao Tang
Wei Wei
Nigel W T Quinn

PMID: 32663680 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140775.

抄録

フェノール分解のためのクロレラsp.-Cupriavidus necator（C. necator）小生態系を人為的に構築した。最初にクロレラsp.とC. necatorの協力関係を実証した後、クロレラsp.とC. necatorの接種率、光強度、温度、pHがこの小宇宙の性能に及ぼす影響を系統的に評価し、最適化した。フェノール分解の最適条件は、Chlorella sp./C. necatorの接種比1:1、光強度110μmolms、温度25～32℃、pH5.5～7.5であった。最適な条件では、この小生態系は60時間以内に最大濃度1200mgLのフェノールを分解することができました。その結果、フェノール濃度を微細藻類の許容濃度まで低下させた場合、すなわちフェノール分解の最終段階でのみ協調効果が生じることが明らかになり、微細藻類のフェノールに対する耐性が分解性能よりも重要である可能性が示唆された。高フェノール濃度にさらされたこの微細藻類の協調機構を議論するために、比較トランスクリプトーム解析を行った。その結果、光合成や炭素固定に関与する遺伝子のアップレギュレーションにより、クロレラ菌とC. necatorとの間でCOとOの交換が行われており、その協力関係が明らかになった。本研究は、この小生態系がフェノール汚染物質のバイオレメディエーションに大きな可能性を秘めていることを示唆している。

A Chlorella sp.-Cupriavidus necator (C. necator) microcosm was artificially established for phenol degradation. The cooperation relationship between Chlorella sp. and C. necator was initially demonstrated, and then the effects of Chlorella sp./C. necator inoculation ratio, light intensity, temperature and pH on the performance of this microcosm were systematically evaluated and optimized. The optimal conditions for phenol degradation were as follows: a Chlorella sp./C. necator inoculation ratio of 1:1, a light intensity of 110 μmol m s, a temperature in the range of 25-32 °C and a pH in the range of 5.5-7.5. Under optimal conditions, this microcosm could degrade phenol with a maximum concentration of 1200 mg L within 60 h. It was found that only when the phenol concentration was reduced to the tolerance concentration of microalgae, that is, the last stage of phenol degradation, the cooperation effect could be generated, indicating that the tolerance of microalgae to phenol may be more important than its degradation performance. Comparative transcriptomic analysis was conducted to discuss the cooperation mechanism of this microcosm subject to high phenol concentrations. The up-regulation of genes involved in photosynthesis and carbon fixation of Chlorella sp. demonstrated the CO and O exchange between Chlorella sp. and C. necator and their cooperation relationship. This study suggests that this microcosm has great potential for the bioremediation of phenol contaminants.