深海细菌Cycloclasticus sp. MCCC 1A01040能够降解芘、萘、菲、蒽、芴、苊、联苯等多种多环芳烃

相关菌株：

Cycloclasticus sp. P1=MCCC 1A01040

背景：

石油是海洋环境中广泛存在的有机污染物。据估计，每年约0.1%的总产量最终流入海洋系统。芳烃，尤其是多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs），因其致癌性和在环境中的持久性而引起了人们最强烈的关注。具有最高分子量（HMW）的多环芳烃是最有害且最难降解的。由四个以上环组成的多环芳烃（通常称为HMW PAHs）通常被一组微生物代谢，或者需要其他碳底物的存在才能完全矿化。

从近岸环境分离到了许多PAH降解菌，包括解环菌Cycloclasticus、海杆菌Marinobacter、鞘氨醇单胞菌Sphingomonas、黄杆菌Flavobacterium、弧菌Vibrio、假交替单胞菌Pseudoalteromonas、海单胞菌Marinomonas和盐单胞菌Halomonas。它们能够降解萘、菲或苣（chrysene）。解环菌是海洋PAHs降解的重要降解菌。已经命名了该属的三个种，包括Cycloclasticus pugetii, C. spirillensus和C. oligotrophus，它们都能够利用不同的芳烃。然而它们都不能利用芘（pyrene）或苣（chrysene）做为唯一碳源生长。

研究结果：

Cycloclasticus sp. P1（=MCCC 1A01040）是第一个报道的能够利用芘（pyrene）做为唯一碳源生长的细菌。该菌株分离自太平洋深海沉积物的多环芳烃富集菌群。这株菌群能够降解萘、菲、芘、苊（acenaphthene）、芴（fluorene）、蒽（anthracene）、荧蒽（fluoranthene）、2-甲基萘和2,6-二甲基萘，但不能以苣或苯并[α]芘（benzo[a]pyrene）生长。作为这个菌群的关键成员，菌株P1与这个属的其他成员在细胞形态和碳源范围方面均有所不同。基于芘降解的中间产物分析，推断菌株P1采取与先前报道不同的上游通路，采用一套新的独特基因来降解芘。

菌株P1能够利用唯一碳源生长的PAHs包括萘、2-甲基萘、2,6-二甲基萘、联苯、芴、苊、DBF、DBT、菲、蒽和芘。然而该菌株不能利用荧蒽、苣或苯并[α]芘。与同属其他菌株的碳源利用范围差异如表2。它们在利用蒽（anthracene）、二苯并噻吩（dibenzothiophene, DBT）、水杨酸和苯甲酸方面存在差异。菌株P1的关键特性是其能够不依赖其他碳源存在地利用芘。已知水杨酸盐和邻苯二甲酸酯（phthalate）是多环芳烃降解的常见中间化合物，但P1不能同时使用它们。也不能利用邻苯二酚（catechol）这一水杨酸的下游代谢物，然而通过测定酶活，菌株P1中确定存在通过邻苯二酚的水杨酸途径。该途径能够被芘、萘和菲诱导，但不被水杨酸和邻苯二酚自身诱导。

表. 菌株P1与同属其他成员的碳源利用范围比较

该菌株P1为短杆状，大小约1.17 μm × 0.53 μm，有鞭毛。该菌株在平板上生长非常缓慢，即便添加萘熏蒸等做为单一碳源也是如此。但是在液体培养基，尤其是当其细菌存在时，P1做为PAH降解菌生长良好。

以芘为唯一的碳源和能源培养14天后，通过GC-MS在培养液上清液中检测到三种代谢物。代谢物Ⅰ（峰1）的保留时间（Rt）为16.558 min，与环戊（def）菲酮的相似性为91%。代谢物Ⅱ（峰3）被鉴定为4-菲咯啉（79%相似性），Rt为17.508 min。不幸的是，峰4没有被表征，因为它在NIST文库中显示出较低的相似性，与10-甲氧基菲的相似性仅为51%。菌株P1可能采用了一种新的分解代谢途径。基于这些化合物并结合前述水杨酸途径，推测如下图。

图. 菌株Cycloclasticus sp. P1.降解芘代谢途径示意图

中间产物: I, cyclopenta(def)phenanthrenone; II, 4-phenanthrenol; III, catechol

汇编：Li G.

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