海水系排水を処理する従属栄養性硝化・好気性脱窒同時処理(SHNAD)プロセスにおける汚染物質除去機構とアンピシリンストレスに対する遺伝的応答の解明

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Bioresour. Technol..2020 Jul;315:123827. S0960-8524(20)31099-3. doi: 10.1016/j.biortech.2020.123827.Epub 2020-07-13.

海水系排水を処理する従属栄養性硝化・好気性脱窒同時処理(SHNAD)プロセスにおける汚染物質除去機構とアンピシリンストレスに対する遺伝的応答の解明

Deciphering pollutants removal mechanisms and genetic responses to ampicillin stress in simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification (SHNAD) process treating seawater-based wastewater.

Haoming Wang
Jin Li
Bo Wang
Guanghao Chen

PMID: 32683293 DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123827.

抄録

海水系排水を処理する従属栄養性硝化・好気性脱窒法(SHNAD)のアンピシリンストレス下での汚染物質除去機構と遺伝的応答を調べた。海産SHAND菌は10mg/Lアンピシリンに対して良好な耐性を示し、窒素除去効率は94.5%、有機物除去効率は82.6%であった。また、アンピシリンの海産SHAND菌に対する半減期阻害濃度は50mg/Lであった。抗生物質耐性遺伝子（ARG）の相対的な存在量は、アンピシリンの添加により減少し、その後増加した。blaVIMは25mg/Lアンピシリンに対する抵抗性に重要な役割を果たし、汚染物質除去の回復に寄与した。BlaSHVとblaTEMはARGのサブタイプを支配し、ARGの豊富さの96.6％を占めていた。アンピシリン50mg/Lでは、活性酸素種（ROS）産生が47.9％、アポトーシス細胞数が367.5％増加した。活性酸素の過剰産生はアンピシリンによって刺激され、細菌の細胞のアポトーシスを引き起こした。海洋性SHNAD菌は、アンピシリンに抵抗するために、より多くの細胞外高分子物質を産生した。

Pollutants removal and genetic responses of simultaneous heterotrophic nitrification and aerobic denitrification (SHNAD) treating seawater-based wastewater were studied under ampicillin stress. Marine SHAND bacteria exhibited good tolerance to 10 mg/L ampicillin with nitrogen removal efficiency and organics removal efficiency of 94.5% and 82.6%, respectively. Besides, the half-inhibitory concentration of ampicillin on marine SHAND bacteria was 50 mg/L. The relative abundances of antibiotic resistance genes (ARGs) first decreased and then increased with ampicillin addition. The blaVIM played an important role to resist 25 mg/L ampicillin, which contributed to the recovery of pollutants removal. BlaSHV and blaTEM dominated ARG subtypes, which accounted for 96.6% of ARGs abundance. At 50 mg/L ampicillin, reactive oxygen species (ROS) production and cell numbers of apoptosis increased by 47.9% and 367.5%, respectively. The overproduction of ROS was stimulated by ampicillin, which caused bacterial cell apoptosis. Marine SHNAD bacteria produced more extracellular polymeric substances to resist ampicillin.