文章梗概
真邁生物使用者俄羅斯科學院烏法聯邦研究中心在國際期刊——toxics上發表題為「Biodegradation Potential of C7-C10 Perfluorocarboxylic Acids and Data from the Genome of a New Strain of Pseudomonas mosselii 5(3)」的研究成果。 研究者從殺蟲劑（含氟化物）汙染的土壤中分離到一株假單胞菌 Pseudomonas mosselii 5(3)，並行現其對C7-C10的全氟羧酸perfluorocarboxylic acids (PFCAs)具有降解潛能，隨後透過GenoLab M測序儀完成了該菌株的基因組測序 ，發現其基因組全長為5.6 Mb，含有5134個基因，其中有4個基因編碼的酶，參與氟化物的降解。此外，唯一碳源（各種C7-C10的全氟羧酸）培養實驗和LC-MS分析也驗證了該假單胞菌降解全氟羧酸的潛能。
背景介紹
全氟羧酸的主要代表是全氟辛酸和全氟辛烷磺酸，它們穩定性高，廣泛用於殺蟲劑生產、織物保護劑、食品外包裝、電鍍及滅火器的泡沫成分。這類化合物在生物體內易累積，難降解，不僅會毒害野生動物，對人體也有毒副作用，如：誘發各種腫瘤，引起免疫系統和肝臟紊亂，影響胎兒發育及生殖功能。隨著人類的大量使用，在水體與土壤等環境中，全氟羧酸被廣泛檢出。因此，開發有效的技術來分解全氟羧酸類化合物已迫在眉睫。
當前，分解全氟羧酸類化合物的常規手段，包括化學處理、高溫焚燒和超音波技術。然而，這些方法既昂貴又低效，無法取得令人滿意的結果。 因此，生物降解技術，尤其是基於微生物的全氟羧酸化合物降解技術就提上了日程，而目前許多研究發現，假單胞菌具有降解有機氟化合物的能力。
*以下為該研究成果解讀
結果概要
01 菌株的種屬鑒定與基因組功能註釋
基於生理與生化實驗的一系列結果及16S rRNA的分析，菌株被歸屬到假單胞菌 Pseudomonas 。選取屬內代表菌株，基於全基因組分析結果，被分類到 Pseudomonas mosselii （圖1A）。對 P. mosselii 5(3) 二代測序，組裝得到的基因組全長5,676,241 bp，GC含量64.38%。菌株 P. mosselii 5(3)含有5134個基因，其中56.8%的基因功能能被KEGG資料庫註釋，尤其是外源物質生物降解與代謝「Xenobiotics biodegradation and metabolism」這個分類中有超過60個功能基因，它們主要參與降解各種芳香族化合物(乙苯、硝基甲苯、二甲苯、苯乙烯、萘、多環芳烴、胺基苯甲酸酯、戴奧辛等)。此外，在基因組中還發現了可能參與全氟羧酸脫羧和脫羰基化的酶的編碼基因，如參與氟化物脫鹵過程的鹵烷脫鹵酶基因( dhaA )和鹵乙酸脫鹵酶H-1基因( dehp )。
02 在C7-C10全氟羧酸生長表現
細菌為了在全氟羧酸上生長，需要將其運輸到細胞中，合成一種能夠斷裂C-F鍵的高效酶，並辨識有毒的氟離子，隨後將其從細胞中排出。本研究發現：以上的障礙對於 P. mosselii 5(3)都不是問題，因為它能夠在以C7-C10 全氟羧酸作為唯一碳源的礦物培養基上良好生長，而6-7天後，其生物量達到峰值。
03 解析C7-C10全氟羧酸的降解途徑
全氟羧酸的生物降解可能包括多個步驟：脫羧、羥基化和脫氟。LC-MS檢測了菌株以全氟羧酸為碳源生長的培養液的代謝物，采用離子交換色譜檢測氟離子,並結合基因組中編碼參與脫羧、羥基化和脫氟反應的酶，繪制出下圖所示的生物降解途徑。
結論
1. 菌株 P. mosselii 5(3)分離自殺蟲劑汙染的土壤，首次報道了它能降解C7-C10全氟羧酸。
2. 菌株的基因組測序發現了之前未在微生物中報道的基因，包括氟化合物降解關鍵的酶或蛋白，如鹵烷脫鹵酶基因、鹵乙酸脫鹵酶H-1基因、氟離子轉運基因和烷磺酸單加氧酶基因。
3. LC-MS分析結果表明，轉化是由全氟己酸引起的，伴隨氟離子的釋放。
4. 菌株 P. mosselii 5(3)在分子層面上證實具有分解C7-C10 全氟羧酸的高潛力，該項研究將有助於探索菌株在降解全氟羧酸的細胞生物學過程和相關生物技術的開發，以恢復受有機氟化物汙染的環境。
參考文獻
Chetverikov S, Hkudaygulov G, Sharipov D, et al. Biodegradation Potential of C7-C10 Perfluorocarboxylic Acids and Data from the Genome of a New Strain of Pseudomonas mosselii 5 (3)[J]. Toxics, 2023, 11(12): 1001.
