Микробная биодеградация — это использование методов биоремедиации и биотрансформации для использования естественной способности микробного метаболизма ксенобиотиков разлагать, трансформировать или накапливать загрязнители окружающей среды, включая углеводороды (например, нефть), полихлорированные бифенилы (ПХБ), полиароматические углеводороды (ПАУ), гетероциклические соединения . (например, пиридин или хинолин ), фармацевтические вещества, радионуклиды и металлы.
Интерес к микробному биоразложению загрязняющих веществ в последние годы усилился [1] [2] , а недавние крупные методологические прорывы позволили провести детальный геномный, метагеномный, протеомный, биоинформатический и другие высокопроизводительные анализы экологически важных микроорганизмов , что дает новое представление о биодеградации загрязнителей. пути и способность организмов адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.
Биологические процессы играют важную роль в удалении загрязняющих веществ и используют катаболическую универсальность микроорганизмов для разложения или преобразования таких соединений. В экологической микробиологии глобальные исследования на основе генома улучшают понимание метаболических и регуляторных сетей, а также предоставляют новую информацию об эволюции путей деградации и стратегиях молекулярной адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды .
Растущее количество бактериальных геномных данных открывает новые возможности для понимания генетических и молекулярных основ деградации органических загрязнителей . Ароматические соединения являются одними из наиболее стойких из этих загрязнителей, и уроки можно извлечь из недавних геномных исследований Burkholderia xenovorans LB400 и Rhodococcus sp. штамм RHA1, два крупнейших бактериальных генома, полностью секвенированные на сегодняшний день. Эти исследования помогли расширить наше понимание бактериального катаболизма , некатаболической физиологической адаптации к органическим соединениям и эволюции крупных бактериальных геномов . Во-первых, метаболические путииз филогенетически различных изолятов очень схожи по общей организации. Таким образом, как первоначально было отмечено у псевдомонад , большое количество «периферических ароматических» путей направляют ряд природных и ксенобиотических соединений в ограниченное число «центральных ароматических» путей. Тем не менее, эти пути генетически организованы родоспецифичным образом, примером чему служат пути b-кетоадипата и Раа. Сравнительные геномные исследования также показывают, что некоторые пути более распространены, чем первоначально предполагалось. Таким образом, пути Box и Paa иллюстрируют преобладание неоксигенолитических стратегий расщепления кольца в процессах аэробной деградации ароматических веществ.гомологичные ферменты, по-видимому, содержат мало примеров истинной избыточности. Например, множественность диоксигеназ, расщепляющих кольцо, в некоторых изолятах родококков можно объяснить загадочным ароматическим катаболизмом различных терпеноидов и стероидов. Наконец, анализы показали, что недавний генетический поток, по-видимому, сыграл более значительную роль в эволюции некоторых крупных геномов, таких как LB400, чем других. Однако наметившаяся тенденция заключается в том, что большой репертуар генов мощных деградаторов загрязнителей, таких как LB400 и RHA1, развился главным образом посредством более древних процессов. То, что это верно для таких филогенетически разнообразных видов, примечательно и еще раз предполагает древнее происхождение этой катаболической способности. [3]