アトラジンのバイオレメディエーションのためのスポーツベースの表示システム

A Spore-Based Display System for Bioremediation of Atrazine.

• Hsin-Yeh Hsieh
• Chung-Ho Lin
• Shu-Yu Hsu
• George C Stewart

抄録

人間活動により，石油製品，工業用溶剤，農薬，除草剤（アトラジン[ATR]を含む），医薬品などの有機化学物質が土壌や水生環境を汚染している．従来のアプローチによるこれらの汚染物質の浄化は、技術的にも経済的にも困難である。内胞子は、ほとんどの物理的な攻撃に対して高い耐性を持ち、土壌中に長期的に残留することができる。胞子は、バイオレメディエーションを目的とした重要な酵素を表面に発現させるように設計することができる。私たちは、胞子表面に高密度のタンパク質を発現させることができる胞子プラットフォームシステムを開発しました。胞子表面に結合した酵素は、土壌や水環境下で遊離酵素と比較して高い活性と安定性を示した。本研究では、ATRに対するバイオレメディエーションツールとしての胞子表示プラットフォームを評価した。ATRの解毒に重要なATRクロロヒドロラーゼである株ADP determinantを、BclA胞子表面ナプ層タンパク質の付着ドメインに連結された融合タンパク質として発現させた。 この株からの胞子は、胞子表面にN末端に連結されたAtzAで装飾されている。組換え胞子を液体環境および土壌環境でのATR解毒についてアッセイし、酵素動態および安定性を評価した。アトラジンは、米国中西部の州で最も広く適用されている除草剤の一つである。アトラジンは、米国中西部の州で最も広く使用されている除草剤の一つであり、その環境半減期が長いことから、アトラジンとその塩素化代謝物による地表水や地下水の汚染が懸念されています。ATRの毒性は、公衆衛生や生態系への影響が懸念されています。しかし、従来の方法では、コストがかかり、効率が悪いことがわかっています。我々は、土壌中に長期的に残留することが可能で、バイオレメディエーションに有用な酵素を高密度に発現させることができる新しい胞子プラットフォームシステムを開発した。酵素は、胞子外胞子層の表面に安定的に付着している。胞子をベースにしたシステムは、他の環境汚染物質の浄化にも有用であると考えられる。

Owing to human activities, a large number of organic chemicals including petroleum products, industrial solvents, pesticides, herbicides (including atrazine [ATR]), and pharmaceuticals contaminate soil and aquatic environments. Remediation of these pollutants by conventional approaches is both technically and economically challenging. endospores are highly resistant to most physical assaults and are capable of long-term persistence in soil. Spores can be engineered to express on their surface important enzymes for bioremediation purposes. We have developed a spore platform system that can display a high density of proteins on the spore surface. The spore surface-tethered enzymes exhibit enhanced activity and stability relative to free enzymes in soil and water environments. In this study, we evaluated a spore-display platform as a bioremediation tool against ATR. The strain ADP determinant, an ATR chlorohydrolase important to the detoxification of ATR, was expressed as a fusion protein linked to the attachment domain of the BclA spore surface nap layer protein and expressed in Spores from this strain are decorated with AtzA N-terminally linked on the surface of the spores. The recombinant spores were assayed for ATR detoxification in liquid and soil environments and enzyme kinetics and stability were assessed. We successfully demonstrated the utility of this spore-based enzyme display system to detoxify ATR in water and laboratory soil samples.Atrazine is one of the most widely applied herbicides in the U.S. Midwestern states. The long environmental half-life of atrazine has contributed to the contamination of surface and ground water by atrazine and its chlorinated metabolites. The toxic properties of ATR have raised public health and ecological concerns. However, remediation of ATR by conventional approaches has proven to be costly and inefficient. We developed a novel spore platform system that is capable of long-term persistence in soil and can be engineered to surface express a high density of enzymes useful for bioremediation purposes. The enzymes are stably attached to the surface of the spore exosporium layer. The spore-based system will likely prove useful for remediation of other environmental pollutants, as well.

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