アクロモバクターLH-1によるフェナントレンの生分解を促進するバイオ乳化剤の機構を解明した

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Colloids Surf B Biointerfaces.2020 Jul;195:111253. S0927-7765(20)30609-3. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.111253.Epub 2020-07-09.

アクロモバクターLH-1によるフェナントレンの生分解を促進するバイオ乳化剤の機構を解明した

Mechanism of the biodemulsifier-enhanced biodegradation of phenanthrene by Achromobacter sp. LH-1.

Hailian Zang
Yanfei Dai
Yang Sun
Tingting Jia
Qiuying Song
Xianyue Li
Xinxin Jiang
Dongzhe Sui
Ziyi Han
Dapeng Li
Ning Hou

PMID: 32673989 DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.111253.

抄録

生乳化剤は、石油処理、採掘、石油汚染処理などに広く応用されています。多環芳香族炭化水素（PAH）は石油汚染環境下では一般的な成分であるが、生乳化剤がPAHの生分解を促進するメカニズムはほとんど知られていない。そこで、モデルPAHとして使用されているフェナントレン（PHE）のバイオアベイラビリティーに対する生乳化剤の促進効果と、PHE分解菌Achromobacter sp. LH-1の細胞膜特性を研究した。その結果、LH-1は分解率96.1％、吸着率60％を達成した。バイオ乳化剤は、ミセル内にPHEを封入してPHEを可溶化し、LH-1の細胞表面の疎水性（CSH）を高めることで、LH-1とPHEの結合を改善することができました。さらに、生乳化剤分子をLH-1膜のリン脂質二重層に埋め込むことで、LH-1膜の透過性と面積を増加させ、LH-1膜の不飽和脂肪酸含量を増加させて炭素鎖の配列を緩め、LH-1による生分解のためのPHEの取り込みをさらに促進させることができる。これらの結果から、バイオ乳化剤は、生態系におけるPHE分解菌の分解能力を高める強力な生物学的製剤であることが示唆され、PHE汚染環境の経済的かつ効率的なバイオレメディエーションへの応用が重要であると考えられます。

Biodemulsifiers are widely applied in petroleum processing, mining and petroleum pollution treatment. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a common component in petroleum-polluted environments; however, little is known about the mechanism behind the effect of biodemulsifiers on promoting PAH biodegradation. To obtain clear mechanistic insights, the facilitating effects of biodemulsifiers on the bioavailability of phenanthrene (PHE), which is used as a model PAH, and the cell membrane properties of PHE-degrading bacteria Achromobacter sp. LH-1 were researched. The results showed that LH-1 achieved a 96.1 % degradation rate and a 60 % adsorption rate. Biodemulsifiers could encapsulate PHE within micelles to solubilize PHE and increase the cell surface hydrophobicity (CSH) of LH-1 to improve the association of LH-1 with PHE. Furthermore, biodemulsifier molecules can be embedded in the phospholipid bilayer of the LH-1 membrane to increase the permeability and the area of the LH-1 membrane, and they can increase the unsaturated fatty acid contents of the LH-1 membrane to loosen the arrangement of carbon chains, thus further facilitating the uptake of PHE by LH-1 for biodegradation. These results suggest that biodemulsifiers are powerful biological products for increasing the degradation potential of PHE-degrading bacteria in ecosystems, and their application will be important for the economical and efficient bioremediation of PHE-contaminated environments.