Fe3 +促进假单胞菌对水中土霉素的降解

2019-11-13 上海启因生物

假单胞菌对土霉素的降解中Fe3+发挥着什么样的作用？

文章标题：

Fe3+ enhanced degradation of oxytetracycline in water by pseudomonas

Weining Qi ,Jian Long, Changqing Feng, Yao Feng, Dengmiao Cheng, Yuanwang Liu, Jianming Xue, Zhaojun Li

Water Research（IF=7）

DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.05.058

研究背景：

本文研究了不同碳源、金属离子、底物浓度、温度、pH值以及土霉素（OTC）相对丰度的变化来研究假单胞菌（T4）在OTC生物降解中的作用。

图1.OTC分子结构

方法

1. 色谱法对OTC定量和定性分析

2. 分光光度法检测细菌浓度

3. qPCR检测相关四环素类抗性基因

4. 在不同碳源、金属离子、底物浓度、温度、pH值以及OTC浓度条件下T4对OTC的生物降解

结果

1.OTC的降解效率

图2显示OTC随时间降解的效率。结果表明OTC可能发生自发降解反应，但自发降解很慢。

图3（A）所示为不同碳源（淀粉、麦芽糖、牛肉提取物蛋白胨、酵母提取物和无机盐的T4对OTC的降解。实验结果表明细菌可以抗生素为碳源，即OTC被T4作为碳源降解。图3（B）显示，与Cu2 +比较，添加Fe3 +可显着促进T4的生长。

图4显示初始OTC浓度（5 mg L?1至100 mg L?1）显著影响了T4对OTC的降解，影响依次为50>25>10>5>100 mg L?1。仅用T4处理时，50 mg L-1下的OTC降解率达到32.0%（图4 a），用T4和Fe3+组合处理时达到65.5%（图4 b）。Fe3+能促进T4的生长，从而增强了OTC的生物降解。

图5显示了不同温度下OTC降解速率和细菌生长的变化。在40℃下发现OTC的降解率最高，在T4（图5a）处理时为54.8%，在T4和Fe3+处理时为80.7%（图5b）。简言之，在不同温度下，OTC降解遵循40℃>35℃>30℃>25℃顺序。细菌生长随温度升高而增加。

如图6（A）和（B）所示，不同pH值下的降解效率依次为：pH7>6>8>9>5>4>3。

如图7所示，在OTC处理和OTC加Fe3 +处理时，OTC分别下降了28.1％和67.7％。然而，加入EDTA缓冲液作为萃取剂，OTC降解率降至26.3％。

图2. OTC不同时间的生物降解

图3. T4在不同条件下的OTC降解百分比：（A）不同碳源和（B）0.1％Fe3 +和0.1％Cu2 +。

图4不同初始浓度下T4对OTC的降解率。（A）T4在不同初始浓度下的OTC降解。（B）T4在不同初始浓度下用Fe3 +进行OTC降解。（C）和（D）是通过UV-VIS分光光度计测定的在600nm处存在或不存在Fe 3+的T 4的吸光度变化。

图5. T4在不同温度下对OTC的降解。（A）C0 = 50mg L-1，T4在不同温度下降解OTC。（B）C0 = 50mg L-1，T4在不同温度下加入Fe3 +使OTC降解。（C）和（D）是UV-VIS分光光度计在600nm下（A）和（B）的吸光度变化。

图6 在不同的pH值下，T4对OTC降解率（A）C0 = 50 mg L-1，T =40oC和（B）C0 = 50mg L-1，T = 40℃，加入Fe3 +。（C）和（D）是UV-VIS分光光度计在600nm处（A）和（B）的吸光度变化。

图7 .EDTA对OTC生物降解的影响。

2.OTC生物降解过程中ARG的实时监测

本研究未检测到四种常见四环素抗性基因，如tet（m）、tet（a）、tet（o）和tet（w）（表1）。这表明，当使用T4降解OTC时，不能将ARGs引入环境中。这意味着可以开发出一种新的方法来消除环境中ARG的扩散。

表1. 检测该实验中的ARG

3.天然水基质中T4的OTC降解

如图8所示，前三组在3天内的降解率超过45.0%。后三组的降解率超过88.0%，高于前三组。Fe3 +是影响T4降解OTC的最重要因素。可以加入Fe2O3来控制OTC污染的水环境中的Fe3 +浓度，以增强T4细菌对OTC的降解。

图8. T4在不同水质中的OTC降解

结果总结

我们的研究结果表明，Fe3 +促进T4对OTC的生物降解。温度和pH值是影响OTC生物降解的重要因素。提高温度不仅可以促进T4的生长及其活性，还可以促进OTC的降解。此外，在OTC的微生物降解过程中没有检测到常见的抗性基因。OTC在污水，养殖水和池塘水等不同水基质中的降解率均超过88.0％。该研究表明，T4对于在Fe3 +存在下从污染水中去除OTC非常有效，这为在各种水生环境中去除OTC提供了有价值的信息。