Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Halorespiration или dehalorespiration или organohalide дыхания является использованием галогенированных соединений в качестве терминальных акцепторов электронов в анаэробном дыхании . [1] [2] [3] Halorespiration может играть роль в микробном биоразложении . Наиболее распространенными субстратами являются хлорированные алифатические соединения (PCE, TCE), хлорированные фенолы и хлороформ . Дегалоидные бактерии очень разнообразны. Этот признак обнаружен у некоторых протеобактерий, хлорофлекси (зеленые несерные бактерии), грамположительных клостридий с низким содержанием G + C. [4] и ультрамикробактерии. [5]

Процесс Halorespiration [ править ]

В процессе ореола дыхания или дегалогенирования используется восстановительное дегалогенирование для производства энергии, которая может использоваться дышащим микроорганизмом для осуществления своего роста и метаболизма. [6] Галогенированные органические соединения используются в качестве концевых акцепторов электронов , что приводит к их дегалогенированию. [6] Восстановительное дегалогенирование - это процесс, при котором это происходит. [6] Он включает восстановление галогенированных соединений путем удаления галогеновых заместителей с одновременным добавлением электронов к соединению. [7] Гидрогенолиз и вицинальное восстановление - два известных процесса этого механизма, которые были идентифицированы. [7]В обоих процессах удаленные галогеновые заместители высвобождаются в виде анионов. [7] Восстановительное дегалогенирование катализируется восстановительными дегалогеназами , которые являются ассоциированными с мембранами ферментами. [6] [8] [3] Предполагается, что ряд не только мембраносвязанных, но и цитоплазматических гидрогеназ, в некоторых случаях как часть белковых комплексов, будет играть роль в процессе дегало-дыхания. [9] Большинство этих ферментов содержат кластеры железо-сера (Fe-S) и корриноидный кофактор в своих активных центрах. [6] Хотя точный механизм неизвестен, исследования показывают, что эти два компонента фермента могут участвовать в восстановлении. [6]

Используемые субстраты и значение для окружающей среды [ править ]

Обычными субстратами, которые используются в качестве концевых акцепторов электронов при дегалогенреспирации, являются хлорорганические пестициды, арилгалогениды и алкильные растворители. [7] Многие из них являются стойкими и токсичными загрязнителями, которые могут быть полностью или частично разложены анаэробно путем дегалоидыхания. [6] [7] Трихлорэтилен (TCE) и тетрахлорэтилен (PCE) являются двумя примерами таких загрязнителей, и их разложение было предметом исследований. [6] [7] [10] PCE представляет собой алкильный растворитель, который ранее использовался в химической чистке, обезжиривании оборудования и других областях. [6] [7]Он остается обычным загрязнителем грунтовых вод. [6] [7] Выделены бактерии, способные полностью разлагать PCE до этена , нетоксичного химического вещества. [10] Было обнаружено, что они принадлежат к роду Dehalococcoides и используют H 2 в качестве донора электронов . [10] В прошлом процесс дегалогенреспирации применялся для биоремедиации in situ PCE и TCE. [6] [8]Например, усиленное восстановительное дехлорирование использовалось для обработки загрязненных грунтовых вод путем введения доноров электронов и дегалоидыхающих бактерий на загрязненный участок, чтобы создать условия, которые стимулируют рост бактерий и дегалогенодыхание. [8] При усиленном восстановительном дехлорировании загрязняющие вещества действуют как акцепторы электронов и полностью восстанавливаются с образованием этена в серии реакций. [8]

Использование в биоремедиации [ править ]

Экологически значимым аспектом бактериального галоудыхания является снижение содержания тетрахлорэтена (ФХЭ) и трихлорэтилена (ТХЭ); антропогенные загрязнители с высокой нейро- и гепатотоксичностью . [11] Их присутствие в качестве загрязнителей окружающей среды возникло в результате их обычного промышленного использования в качестве обезжиривающих средств для металлов с 1920-х по 1970 гг. [12] Эти ксенобиотические соединения имеют тенденцию образовывать частично нерастворимые слои, называемые плотными жидкостями в неводной фазе (DNAPL) на дне. подземных водоносных горизонтов , которые растворяются медленно, подобно резервуару, что делает ТВК и ПКЭ одними из наиболее распространенных загрязнителей подземных вод. [13]

Часто используемой стратегией удаления ТВК и ФХЭ из подземных вод является использование биоремедиации путем усиленного восстановительного дехлорирования (ERD). [14] ERD включает in-situ инъекции дегалоидыхающих бактерий среди ферментируемых органических субстратов, служащих донорами электронов , в то время как два загрязнителя, TCE и PCE, действуют как акцепторы электронов . [14] Это облегчает последовательное дехлорирование PCE и TCE до вредных цис- дихлорэтен (DCE) и винилхлорида (VC), которые затем используются в качестве акцепторов электронов для полного дехлорирования до безвредного этена . [14]

Широкий спектр бактерий разных родов обладает способностью частично дехлорировать PCE и TCE в цис- DCE и VC. [14] Одним из таких примеров является бактерия Magnetospirillum , штамм MS-1, которая может восстанавливать PCE в цис- DCE в аэробных условиях. [15] Однако эти дочерние субстраты имеют более высокие профили токсичности, чем их исходные соединения. [14] Таким образом, эффективное дехлорирование цис- ДХЭ и ВК до безвредного этена имеет решающее значение для биоремедиации водоносных горизонтов, загрязненных ПХЭ и ТВК. [14] В настоящее время бактерии Dehalococcoidesродов - единственные известные организмы, которые могут полностью дехлорировать PCE в этен. Это связано с их специфическими трансмембранными восстановительными дегалогеназами (RDases), которые метаболизируют атомы хлора в ксенобиотических загрязнителях для получения энергии клеток. [16] В частности, Dehalococcoides изолирует VS и BAV1 кодирует винилхлорид RDases, которые метаболизируют VC в безвредные этена, что делает их виды требуются в системах БОВ , используемых в биоремедиации PCE и TCE. [16]

См. Также [ править ]

  • Восстановительное дехлорирование
  • Chloroflexi (тип)
  • Dehalococcoides
  • Dehalobacter

Ссылки [ править ]

  1. ^ Holliger, C .; Wohlfarth, G .; Дикерт, Г. (1998). «Восстановительное дехлорирование в энергетическом обмене анаэробных бактерий» (PDF) . FEMS Microbiology Reviews . 22 (5): 383. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.1998.tb00377.x .
  2. ^ Jugder, Бат-Эрдэнэ; Эртан, Халук; Бол, Сюзанна; Ли, Мэтью; Маркиз, Кристофер П .; Мэнфилд, Майкл (2016). «Органогалогенидные респираторные бактерии и восстановительные дегалогеназы: ключевые инструменты в биоремедиации органогалогенидов» . Границы микробиологии . 7 : 249. DOI : 10,3389 / fmicb.2016.00249 . ISSN 1664-302X . PMC 4771760 . PMID 26973626 .   
  3. ^ a b Джагдер, Бат-Эрдэн; Эртан, Халук; Ли, Мэтью; Мэнфилд, Майкл; Маркиз, Кристофер П. (01.10.2015). «Восстановительные дегалогеназы достигают зрелости при биологическом разрушении галогенидов». Тенденции в биотехнологии . 33 (10): 595–610. DOI : 10.1016 / j.tibtech.2015.07.004 . ISSN 0167-7799 . PMID 26409778 .  
  4. ^ Хираиши, A. (2008). «Биоразнообразие дехлориновых бактерий с особым упором на полихлорированные бифенил / диоксиновые дехлоринаторы» . Микробы и окружающая среда . 23 (1): 1–12. DOI : 10,1264 / jsme2.23.1 . PMID 21558680 . 
  5. ^ Дуда, VI; Сузина, NE; Поливцева, В.Н. Боронин AM (2012). «Ультрамикробактерии: формирование концепции и вклад ультрамикробактерий в биологию». Микробиология . 81 (4): 379–390. DOI : 10,1134 / S0026261712040054 . S2CID 6391715 . 
  6. ^ Б с д е е г ч я J K Futagami, Taiki; Гото, Масатоши; Фурукава, Кенсуке (1 января 2008 г.). «Биохимические и генетические основы дегалодыхания» . Химический отчет . 8 (1): 1–12. DOI : 10.1002 / tcr.20134 . ISSN 1528-0691 . PMID 18302277 .  
  7. ^ Б с д е е г ч Мен, WW; Tiedje, JM (сентябрь 1992 г.). «Микробное восстановительное дегалогенирование» . Микробиологические обзоры . 56 (3): 482–507. DOI : 10.1128 / mmbr.56.3.482-507.1992 . ISSN 0146-0749 . PMC 372880 . PMID 1406492 .   
  8. ^ a b c d Шойц, Шарлотта; Durant, Neal d .; Деннис, Филипп; Хансен, Мария Хейстерберг; Йоргенсен, Торбен; Якобсен, Расмус; Cox, Evan e .; Бьерг, Поул Л. (2008). «Одновременное образование этена и рост дехалококкоидов, содержащих гены восстановительной дегалогеназы винилхлорида, во время демонстрации поля усиленного восстановительного дехлорирования». Наука об окружающей среде и технологии . 42 (24): 9302–9309. Bibcode : 2008EnST ... 42.9302S . DOI : 10.1021 / es800764t . PMID 19174908 . 
  9. ^ Jugder, Бат-Эрдэнэ; Эртан, Халук; Вонг, Йе Куан; Брейди, Нади; Мэнфилд, Майкл; Маркиз, Кристофер П .; Ли, Мэтью (2016-08-10). «Геномный, транскриптомный и протеомный анализ Dehalobacter UNSWDHB в ответ на хлороформ». Отчеты по микробиологии окружающей среды . 8 (5): 814–824. DOI : 10.1111 / 1758-2229.12444 . ISSN 1758-2229 . PMID 27452500 .  
  10. ^ a b c Maymó-Gatell, X .; Chien, Y .; Gossett, JM; Зиндер, SH (1997-06-06). «Выделение бактерии, которая восстанавливает дехлорирование тетрахлорэтилена до этена». Наука . 276 (5318): 1568–1571. DOI : 10.1126 / science.276.5318.1568 . ISSN 0036-8075 . PMID 9171062 .  
  11. ^ Ruder, AM (сентябрь 2006). «Возможные последствия для здоровья профессионального воздействия хлорированных растворителей». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1076 (1): 207–227. Bibcode : 2006NYASA1076..207R . DOI : 10.1196 / annals.1371.050 . PMID 17119204 . S2CID 43678533 .  
  12. ^ Бакке, Берит; Стюарт, Патрисия А .; Уотерс, Марта А. (ноябрь 2007 г.). «Использование воздействия трихлорэтилена в промышленности США: систематический обзор литературы». Журнал гигиены труда и окружающей среды . 4 (5): 375–390. DOI : 10.1080 / 15459620701301763 . PMID 17454505 . S2CID 32801149 .  
  13. ^ Dugat-костные, Эрик (март 2012). «Деградация TCE in situ, опосредованная сложными дегалогеноспирующими сообществами во время процессов биостимуляции» . Микробная биотехнология . 5 (5): 642–653. DOI : 10.1111 / j.1751-7915.2012.00339.x . PMC 3815876 . PMID 22432919 .  
  14. ^ a b c d e f Шойц, Шарлотта (ноябрь 2008 г.). «Параллельное образование этена и рост дехалококков, содержащих гены дегалогеназы, восстанавливающей винилхлорид, во время демонстрации поля усиленного восстановительного дехлорирования». Наука об окружающей среде и технологии . 42 (24): 9302–9309. Bibcode : 2008EnST ... 42.9302S . DOI : 10.1021 / es800764t . PMID 19174908 . 
  15. ^ Шарма, Pramod K (март 1996). «Выделение и характеристика факультативно аэробных бактерий, которые восстановительно дегалогенируют тетрахлорэтен до цис-1,2-дихлорэтилена» . Прикладная и экологическая микробиология . 62 (3): 761–765. DOI : 10.1128 / aem.62.3.761-765.1996 . PMC 1388792 . PMID 16535267 .  
  16. ^ a b Хошнуд, Бехранг (август 2015 г.). «Закрытие генома и кинетика транскрипции генов RDase у Dehalococcoides и их распространенность в очистных сооружениях» . Библиотеки Национального университета Сингапура - через Proquest.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джагдер, Дж. (2015). «Восстановительные дегалогеназы достигают зрелости при биологической деструкции галогенидов». Тенденции в микробиологии . 33 (10): 595–610. DOI : 10.1016 / j.tibtech.2015.07.004 . PMID  26409778 .
  • Leys, D .; Адриан, Л .; Смидт, Х. (2013). «Органогалогенидное дыхание: микробы, дышащие хлорированными молекулами» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 368 (1616): 20120316. DOI : 10.1098 / rstb.2012.0316 . ISSN  0962-8436 . PMC  3638457 . PMID  23479746 .
  • Футагами, Тайки; Гото, Масатоши; Фурукава, Кенсуке (2014). Генетическая система органо-галогенид-респираторных бактерий . Биоразлагаемые бактерии . С. 59–81. DOI : 10.1007 / 978-4-431-54520-0_4 . ISBN 978-4-431-54519-4.
  • Hug, LA; Maphosa, F .; Leys, D .; Лоффлер, ИП; Smidt, H .; Эдвардс, EA; Адриан, Л. (2013). «Обзор галогенид-дышащих бактерий и предложение по системе классификации восстановительных дегалогеназ» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 368 (1616): 20120322. DOI : 10.1098 / rstb.2012.0322 . ISSN  0962-8436 . PMC  3638463 . PMID  23479752 .
  • Мафоса, Фараи; де Вос, Виллем М .; Смидт, Хауке (2010). «Использование инструментария экогеномики для экологической диагностики галогенидсодержащих бактерий» . Тенденции в биотехнологии . 28 (6): 308–316. DOI : 10.1016 / j.tibtech.2010.03.005 . ISSN  0167-7799 . PMID  20434786 .