Phân lập vi khuẩn từ đất nhiễm dioxin tại sân bay Biên Hòa và đánh giá khả năng phân giải carbazole

LAS 2,3-diol "9 cco

Quá trình oxy hóa góc xảy ra ở các nguyên tử carbon phụ thuộc vào cầu ether (4, 4a) nhờ các dioxygenase [34]. Hoạt động của dioxygenase dẫn đến sự phân cắt vòng phá hủy hoàn toàn cau trúc phăng và do đó dẫn đến giảm đáng kể độc tính của dioxin [11, 34]. +0) hydrodibenzo-p-dioxin 2,2’ 3-Trihydroxydihpenyl. Trong quá trình nay, dioxin dioxygenase đã tấn công vào vị trí góc tiếp giáp với nguyên tử nitơ (vị tri 1 và 9a), chuyên đổi carbazole thành axit anthranilic. XLDN2-5 phân hủy dibenzofuran thành axit 2-hydroxy-6-(2-hydroxyphenyl)-6-oxo-2,4-hexadienic và sau đó thành axit salicylic thông qua con đường oxy hóa góc.

Đặc biệt, XLDN2-5 có thé làm suy giảm dibenzofuran và dibenzothiophene băng cách sử dụng carbazole làm chất nền khi cả ba cơ chất này có mặt đồng thời trong môi trường nuôi cay. Trên thực tế, xử lý sinh học chỉ hiệu quả tại khu vực có điều kiện môi trường thích hợp cho sự phát triển và sản xuất enzyme chức năng phân giải chất ô nhiễm. Các yếu tố phi sinh học và sinh học (như pH, nhiệt độ, khả năng cung cấp chất dinh dưỡng và khả dung sinh học của các chất ô nhiễm) có thé khác nhau giữa các địa điểm hoặc khác nhau giữa các thời điểm của cùng địa điểm do những biến động môi trường.

Trong các báo cáo của Jin và cộng sự, khả năng phân hủy sinh học hydrocarbon dầu mỏ trên môi trường biên bị ức chế do hàm lượng nitơ và phốt pho thấp [19]. Ảnh hưởng tiêu cực của mức độ dinh dưỡng cao đối với sự phân hủy sinh học của chất hữu cơ gây ô nhiễm được ghi nhận trong nhiều báo cáo [22]. Vì vậy, trong các báo cáo gần đây, các nhà khoa học kết hợp các chủng vi khuẩn đơn lẻ nhằm tích hợp khả năng phân giải của từng chủng giúp tăng hiệu quả xử lý carbazole.

Môi trường tích tụ nguồn ô nhiễm lâu dài thúc day quá trình thích nghi của hệ vi sinh vật bản địa, trở thành nguồn nguyên liệu lý tưởng cho việc tìm kiếm và sàng lọc nguồn gen tiềm năng. Do đó, đây là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc nghiên cứu quan xã vi sinh vật có tính đặc trưng cao, đồng thời là nguồn phân lập hiệu quả đối với các chủng vi sinh vật có khả năng khoáng hóa và đồng chuyên hóa carbazole. Thêm vào đó, con đường chuyển hóa phức tạp hơn của dioxin cùng sự phối hợp của hệ thong enzyme da dang va linh hoạt trở thành cơ hội cho việc phát hiện và nghiên cứu con đường chuyền hóa carbazole mới.

Bước quan trọng nhất trong quá trình này là hiểu được cộng đồng vi sinh vật tự nhiên, sức mạnh tong hợp của hệ với môi trường và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phan hủy sinh học và biểu hiện gen chức năng. Việc tăng sinh mật độ quan thé các nhóm vi sinh vật này có tiềm năng lớn trong công cuộc xử lý sinh học và phục hồi môi trường các vùng ô nhiễm. Trên cơ sở đó, các chủng vi khuẩn sở hữu con đường chuyền hóa carbazole hoan chỉnh, có khả năng phân giải carbazole làm nguồn carbon cho sinh trưởng khi hoạt động đơn lẻ được phân lập.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình làm giàu, hoạt tính phân giải carbazole của cộng đồng vi sinh vật được nhận biết thông qua sự thay đôi màu sắc và đặc điểm cơ chất trong môi trường. Việc tăng nồng độ carbazole qua các lần làm giàu giúp ổn định các nhóm vi sinh vật đóng vai trò chủ chốt, đồng thời ức chế sinh trưởng của các nhóm VSV không có hoạt tính phân hủy carbazole. Khả năng phân giải carbazole của các hệ VSV tại thế hệ làm giàu bảy (ER7) được xác định thông qua việc định lượng carbazole tong số còn lại trong môi trường sau quá trình nuôi cấy.

Kết quả từ ba thử nghiệm dinh dưỡng chỉ ra rằng, đối với việc duy trì hệ vi sinh vật có hoạt tinh phân giải carbazole ổn định, môi trường tối thiểu chứa carbazole là nguồn carbon và năng lượng duy nhất sẽ là lựa chọn nuôi cấy tốt hơn môi trường giàu dinh dưỡng. Do đó, hệ vi sinh vật BiHC4-ER7 có tiềm năng dé ứng dụng xử ly carbazole trong điều kiện thực tế tại khu vực đất bạc màu, nghèo dinh dưỡng như sân bay quân sự Biên Hòa. Tuy nhiên, hiệu quả phân giải carbazole của hệ không ổn định và suy giảm khi được thử nghiệm trên môi trường xen kẽ nguồn dinh dưỡng hoặc môi trường bổ sung nguồn carbon dễ sử dụng là D-glucose.

Phương pháp nuôi cấy làm giàu sử dụng carbazole làm nguồn carbon và năng lượng chọn lọc cho phép phát triển định hướng các nhóm vi sinh vật có vai trò trong quá trình chuyển hóa và khoáng hóa carbazole. Như vậy, chúng tôi xác định được 5 ngành bao gồm 19 họ và 17 chỉ trong cộng đồng vi sinh vật BiHC4-ER7 phân giải carbazole được làm giàu từ đất nhiễm dioxin nặng FC2-PL4. Như vậy, chủng vi khuân BiH032 có khả năng phân giải carbazole thuộc nhóm các vi sinh vật chiếm tỷ lệ vô cùng nhỏ trong hệ BiHR4-ER7 và không xác định được bằng các phương pháp sinh học phân tử.

Phân tích cây phát sinh chủng loại dựa trên trình tự 16S rDNA cho thấy chủng BiH015 có quan hệ gần gũi với các loài thuộc chi vi khuẩn Mycolicibacterium (Hình 3.11). Chủng sinh trưởng chậm trên đĩa thạch (quan sát thấy tế bào trên đĩa thạch từ ngày 5) và duy trì tốt khả năng phân giải carbazole khi cấy chuyển nhiều lần giữa môi trường có và không có carbazole. Ở đây, chủng vi khuẩn BiH015 đã cho thấy khả năng duy trì hoạt tính phân giải carbazole nồng độ cao (200 ppm) trong điều kiện môi trường có nồng độ D-Glucose lên tới 5 g/L.

Tuy nhiên, tương tự chủng BIH032, BIH015 không thuộc nhóm loài chiếm ưu thế và khó phân lập ở các điều kiện nuôi cấy thông thường ngay cả khi môi trường chọn lọc chỉ có carbazole là nguồn carbon và năng lượng duy nhất. Thành phần gen chức năng liên quan đến con đường chuyên hóa carbazole của BiH015 được chọn lọc và phân tích dựa trên các đơn vị phân loại đã được công bố sở hữu con đường này. Phân tích gen cho thấy chúng là Rieske (2Fe-2S). Kết quả này tương tự với thành phần vận chuyển điện tử của. Gen mã hóa dioxygenase — mở vòng trung tâm. Cấu trúc vòng trung tâm carbazole bị phá vỡ bởi carbazole 1,9a-dioxygenase bắt đầu quá trình phân hủy carbazole. Phân tích gen cho thấy BiH015 sở hữu hai. âm), tương ứng với hai thành phan terminal dioxygenase đầu — cuối đã được báo cáo.

Da làm giàu thành công 7 hệ vi sinh vật phân giải carbazole 6n định từ bảy mẫu đất nhiễm dioxin nặng tại các vi trí khác nhau tại sân bay Biên Hòa, bao gồm BiHC4-ER7, BiHC5-ER7, BiHT3-ER7, BiHT6-ER7, BiHDI-ER7, BiHD2-. Ching BiH015 duy trì hiệu quả phân giải carbazole ổn định trong khoảng nhiệt độ từ 25°C đến 35°C, BiH015 có khả năng phân giải carbazole tốt ngay cả khi môi trường có đồng thời nguồn carbon D-.