三氯卡班对脱氮副球菌反硝化过程影响机制研究

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三氯卡班(Triclocarban,TCC)是广谱的氯代芳烃(含两个苯环和两个酰胺键)抗菌剂,在清洁剂、纺织品、塑料、儿童玩具、化妆品和其他个人护理产品被广泛使用。SARS-Cov-2在全球大范围流行可能使TCC等抗菌剂使用量持续增加,但是随之而来的环境风险尚未得到全面评估。为了填补氯代抗菌剂对纯培养微生物反硝化功能影响研究的空白,本文选取典型的反硝化细菌——脱氮副球菌Paracoccus denitrificans PD 1222作为研究对象,探究不同环境浓度TCC(0,25,50和75μg/L)对其反硝化功能的影响。反硝化实验结果表明,TCC浓度为25μg/L时,脱氮副球菌NO2--N的累积峰值浓度是对照组的2.08倍,强温室效应气体N2O是对照组的约813倍。TCC浓度为75μg/L,反硝化功能被完全抑制。通过iTRAQ定量蛋白质组学技术对差异蛋白进行表达丰度、功能注释与网络互作等分析,阐明25μg/L TCC对脱氮副球菌的分子作用机制。对照组和25μg/L TCC培养条件下脱氮副球菌的差异蛋白结果显示存在164个显著差异蛋白,其中71个是表达上调蛋白,93个是表达下调蛋白。N2O大量积累的主要原因是负责还原N2O到N2的功能酶Nos Z受到TCC的明显抑制,其次,与碳代谢、电子产生和传递相关的氧化磷酸化、三羧酸循环、丙酮酸代谢、铁载体类非核糖体多肽的生物合成等途径均受到显著影响。差异蛋白互作网络分析表明核糖体蛋白是最关键的节点蛋白,翻译过程受到了TCC显著影响。为了进一步探究TCC水解脱毒对脱氮副球菌发挥正常功能的可行性,将TCC双酰胺键水解菌——苍白杆菌Ochrobactrum sp.TCC-2与脱氮副球菌共培养,比较反硝化效能差异。当两株细菌进行联合反硝化功能时,苍白杆菌发挥TCC水解脱毒作用,有利于脱氮副球菌进行反硝化并使N2O-N的排放量下降了2个数量级,同时脱氮副球菌可以快速对有毒中间产物NO2-进行还原,解除NO2-对苍白杆菌生长的抑制作用。两株菌发挥各自的特点,协同促进了反硝化过程的正常进行。本文为探究TCC影响功能微生物反硝化过程的分子功能提供一定的理论基础。并指出在评估抗生素或抗菌剂的环境效应时,应考虑影响其对氮素生物地球化学循环和温室气体排放的潜在风险,为有效评估抗菌剂等新兴有机污染物对全球气候变暖提供重要参考数据。此外,为传统污水处理面对抗菌剂等新兴有机污染物的毒性挑战,保障水生态安全提供一定科学依据和理论指导。
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