2つの木材腐朽菌Ganoderma applanatumとLaetiporus sulphureusによるNSAIDsの新規コビマス分解。リグニン分解酵素の誘導、等温および速度論的研究

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Ecotoxicol. Environ. Saf..2020 Jul;203:110997. S0147-6513(20)30836-8. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.110997.Epub 2020-07-16.

2つの木材腐朽菌Ganoderma applanatumとLaetiporus sulphureusによるNSAIDsの新規コビマス分解。リグニン分解酵素の誘導、等温および速度論的研究

Novel cobiomass degradation of NSAIDs by two wood rot fungi, Ganoderma applanatum and Laetiporus sulphureus: Ligninolytic enzymes induction, isotherm and kinetic studies.

Paul Olusegun Bankole
Adedotun Adeyinka Adekunle
Byong-Hun Jeon
Sanjay Prabhu Govindwar

PMID: 32684518 DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110997.

抄録

非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)混合物30mgL(セレコキシブ,ジクロフェナク,イブプロフェン)を、木腐れ菌であるGanoderma applanatum(GA)とLaetiporus sulphureus(LS)により72時間分解することを検討した。その結果，セレコキシブ，ジクロフェナクおよびイブプロフェンの除去効率はGA+LSで98，96および95％であった。しかし、GA、LSともにNSAIDsに対する除去効率は低かった（それぞれ61、73％）。しかし、GA+LSを添加した場合には、99.5%の分解率を達成した。全体として、セレコキシブ、ジクロフェナク、イブプロフェンについては、GAよりもLSの方がそれぞれ89、80、66%と高い分解効率を示した（92、87、79%）。酵素分析の結果，NSAIDsの分解中に真菌群がラッカース（Lac），リグニンペルオキシダーゼ（LiP），マンガンペルオキシダーゼ（MnP）をそれぞれ201，180，135％誘導することが明らかになった。実験データは、Langmuir(R=0.980)とTemkin(R=0.979)の等温モデルを用いて解析したところ、最高の適合度を示し、NSAIDsとの相互作用時に菌糸体が単層で不均一な性質を示すことが示唆された。また、分解機構は疑似二次動態モデル（R=0.987）に従っており、NSAIDsの分解には真菌のバイオマスが強く影響していることが示唆された。さらに、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GCMS)および高速液体クロマトグラフィー(HPLC)分析により、GA, LSおよびコンソーシアム(GA+LS)で処理したNSAIDsの分解代謝状態を確認した。このことから、NSAIDsを完全に除去するには、菌類コンソーシアムを利用することが経済的かつ環境に優しい方法であることが明らかになった。

A novel study on biodegradation of 30 mg L of Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs (NSAIDs) mixture (celecoxib, diclofenac and ibuprofen) by two wood-rot fungi; Ganoderma applanatum (GA) and Laetiporus sulphureus (LS) was investigated for 72 h. The removal efficiency of celecoxib, diclofenac and ibuprofen were 98, 96 and 95% by the fungal consortium (GA + LS). Although, both GA and LS exhibited low removal efficiency (61 and 73% respectively) on NSAIDs. However, 99.5% degradation of the drug mixture (NSAIDs) was achieved on the addition of the fungal consortium (GA + LS) to the experimental set-up. Overall, LS exhibited higher degradation efficiency; 92, 87, 79% on celecoxib, diclofenac and ibuprofen than GA with 89, 80 and 66% respectively. Enzyme analyses revealed significant induction of 201, 180 and 135% in laccase (Lac), lignin peroxidase (LiP) and manganese peroxidase (MnP) by the fungal consortium during degradation of the NSAIDs respectively. The experimental data showed the best goodness of fit when subjected to Langmuir (R = 0.980) and Temkin (R = 0.979) isotherm models which suggests monolayer and heterogeneous nature exhibited by the mycelia during interactions with NSAIDs. The degradation mechanism followed pseudo-second-order kinetic model (R = 0.987) indicating the strong influence of fungal biomass in the degradation of NSAIDs. Furthermore, Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GCMS) and High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) analyses confirmed the degraded metabolic states of the NSAIDs after treatment with GA, LS and consortium (GA + LS). Hence, the complete removal of NSAIDs is best achieved in an economical and eco-friendly way with the use of fungi consortium.