アトラジンのバイオレメディエーションとメタゲノム解析による土壌微生物多様性への影響

Atrazine Bioremediation and Its Influence on Soil Microbial Diversity by Metagenomics Analysis.

• Pooja Bhardwaj
• Kunvar Ravendra Singh
• Niti B Jadeja
• Prashant S Phale
• Atya Kapley

抄録

農業土壌における農薬の蓄積は環境問題であり、多くの場合、異なるバイオレメディエーション戦略によって対処されている。本研究では、アトラジンをモデル汚染物質として用いて、バイオスティミュレーション、バイオオーグメンテーション、自然減衰といった様々な土壌バイオレメディエーションの選択肢を、その効率性と自己同属性微生物叢の反応性の観点から分析した。圃場条件を模擬した土壌100kgを用いて土壌メソコズムを構築した。本研究では，以前に除草剤に曝露した土壌を用いてバイオオーグメンテーションを実施した。私たちは、微生物群集が外来化合物に対してどのように反応するかを、分類学的および機能的能力の両面から分析することを試みた。そのために、アトラジンの90%が分解された時点でのメソコームのメタゲノムを解析した結果、アトラジンが分解された時点でのメソコームのメタゲノムは、アトラジンが分解された時点でのメソコームのメタゲノムと同じであることがわかった。その結果，バイオレメディエーションのためのバイオオーグメンテーションは，DT90値が15.48±0.79日であり，自然減衰が41.20±1.95日であったのに対し，バイオレメディエーションは効率的であることがわかった。メタゲノム解析の結果、SBSの中胚葉にはErysipelotrichales, Selemonadales, Clostridiales, Thermoanaerobacteralesの各属の菌類のみが生息していることが明らかになった。さらに、本研究で試験した様々なバイオレメディエーション戦略において、細菌属として、、、、、、などの細菌属が優占的なメンバーとして出現した。これらの結果は、汚染物質に曝露された場合に、固有の微生物叢がその群集と代謝機構を調整することを示唆している。また、汚染ストレス下にあるサイトでは、新たに汚染された陸域生態系を比較的短時間で、かつ経済的な方法で生物学的に修復するための効率的な微生物群集が見られた。

Pesticide accumulation in agricultural soils is an environmental concern, often addressed through distinct bioremediation strategies. This study has tried to analyze various soil bioremediation options viz., biostimulation, bioaugmentation, and natural attenuation in terms of efficiency and the response of autochthonous microbial flora by using atrazine as a model contaminant. Soil mesocosms were established with 100 kg of soil simulating the field conditions. The soil previously exposed to the herbicide was used for the bioaugmentation strategy undertaken in this study. We have tried to analyze how the microbial community responds to a foreign compound, both in terms of taxonomic and functional capacities? To answer this, we have analyzed metagenome of the mesocosms at a time point when 90% atrazine was degraded. Bioaugmentation for bioremediation proved to be efficient with a DT90 value of 15.48 ± 0.79 days, in comparison to the natural attenuation where the DT90 value was observed to be 41.20 ± 1.95 days. Metagenomic analysis revealed the abundance of orders Erysipelotrichales, Selemonadales, Clostridiales, and Thermoanaerobacterales exclusively in SBS mesocosm. Besides , bacterial genera such as , , and have emerged as the dominant members in various bioremediation strategies tested in this study. Inclusive results suggest that inherent microbial flora adjust their community and metabolic machinery upon exposure to the pollutant. The site under pollutant stress showed efficient microbial communities to bio-remediate the newly polluted terrestrial ecologies in relatively less time and by economic means.

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