Đã có nhiều bằng chứng về VK KK tham gia hô hấp loại clo đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa và loại độc tố của các hợp chất hữu cơ chứa clo như chloroethene, chlorobenzene, chlorophenol, PCB, PCDD/Fs. Theo công bố của một số tác giả thì các VK tham gia loại khử clo thuộc 3 ngành chính là Firmicutes (VK Gram
dương có tỷ lệ G + C thấp), Proteobacteria (bao gồm - và δ- Proteobacteria) và
Chloroflexi (Hình 1.7) (Smidt, 2000, 2004; Hiraishi, 2008; Richardson, 2013).
(i) Các đại diện của ngành Firmicutes bao gồm các chi Desulfitobacterium,
Dehalobacter, Clostridium, Acetobacterium có khả năng loại khử clo của các hợp chất hữu cơ mạch thẳng, vòng thơm hay cả hai.
(ii) Các đại diện của ngành Proteobacteria bao gồm các chi Desulfuromonas,
Desulfomonile, Desulfovibrio, Dehalospirillum và một số chi khác như
Sulfurospirillum, Anaeromyxobacter, Geobacter, Pseudomonas, Shewanella v.v. (Suyama, 2001; Rowe, 2008; Richardson, 2013; Kranzioch, 2013).
(iii) Các đại diện của ngành Chloroflexi bao gồm các chi Dehalococcoides, Dehalobium và Dehalogenimonas. Đây là các chi VK có khả năng loại clo của rất nhiều hợp chất chứa clo vòng thơm, đa vòng thơm và mạch thẳng (Hiraishi, 2008; Richardson, 2013; Kranzioch, 2013). Ngoài ra, rất nhiều VK thuộc ngành Chloroflexi
không nuôi cấy được cũng có mặt trong các khu vực ô nhiễm các hợp chất hữu cơ chứa clo (Nguyễn Bá Hữu, 2009; Đào Thị Ngọc Ánh, 2013).
Dựa vào đặc tính sinh lý về khả năng loại khử clo, các VK có khả năng hô hấp loại khử clo được chia thành ba nhóm là nhóm hô hấp loại khử clo bắt buộc, nhóm hô hấp loại khử clo không bắt buộc và nhóm loại khử clo đồng trao đổi chất (Hiraishi, 2008).
(a) VK hô hấp loại khử clo không bắt buộc là nhóm có khả năng loại khử clo của các hợp chất chứa clo để sinh năng lượng trong quá trình hô hấp (Hiraishi, 2008). Tuy nhiên, các VK nhóm này vẫn có thể tổng hợp năng lượng khi được nuôi cấy trên các cơ chất hữu cơ không chứa clo khác như hydrocarbon, 2,4,6- trinitrotoluene, 2,4-dinitro-toluene, hexahydro-1,2,3-trinitro-1,3,5-triazine và có thể là một số hợp chất vô cơ như muối sulfate, thiosulfate, nitrate, nitrite, Mn2+, Fe2+ (Barton, 2007). Nhóm này thường có kiểu trao đổi chất đa dạng, dễ nuôi cấy và phân lập. Hầu hết các VK KSF thuộc nhóm này. Theo một số tác giả (Hiraishi, 2008; Maphosa, 2010; Richardson, 2013), nhóm hô hấp loại khử clo không bắt buộc bao gồm các loài thuộc chi Anaeromyxobacter, Desulfomonile, Desulfovibrio,
(b) VK hô hấp loại clo bắt buộc là nhóm VK có kiểu sống bị giới hạn, tổng hợp năng lượng cho sinh trưởng từ quá trình loại khử clo của các hợp chất vòng thơm hay mạch thẳng chứa clo với H2 là chất cho điện tử. Tất cả các chủng đã phân lập được đều là VK sinh trưởng trong khoảng nhiệt độ và pH trung tính, sống trong môi trường đất, nước ngọt và nước biển (Hiraishi, 2008). VK hô hấp loại clo bắt buộc gồm các loài thuộc chi Dehalobacter, Dehalococcoides, Dehalobium, Dehalogenimonas và một số đại diện thuộc ngành Chloroflexi không nuôi cấy. Nhóm VK này thường là kỵ khí bắt buộc và chỉ sử dụng năng lượng sinh ra từ quá trình loại khử clo cho hô hấp và sinh trưởng. Nhóm này rất khó phân lập và nuôi cấy ở dạng chủng thuần. Tuy nhiên, nhóm VK này có tiềm năng để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ chứa clo do chúng chứa rất nhiều bản sao gene chức năng tham gia vào quá trình loại khử clo (Krajmalnik-Brown, 2005; Lee, 2006; Richardson, 2013).
(c) Nhóm loại khử clo đồng trao đổi chất là nhóm VK KK bắt buộc hay không bắt buộc, chúng loại khử clo cùng với quá trình trao đổi chất và sinh năng lượng. Đại diện của nhóm này bao gồm Propionigenium, Pseudomonas, Shewanella, Desulfobacterium, Acetobacterium, Clostridium (Hiraishi, 2008). Đây là các VK kỵ khí bắt buộc hay không bắt buộc nhưng chúng có thể sống trong điều kiện hoàn toàn không có oxy. Đặc biệt là VK Pseudomonas là VK hiếu khí nhưng cũng sống được trong điều kiện có rất ít hay hoàn toàn không có oxy.
Hình 1.7.Cây phát sinh chủng loại của các VK loại khử clo dựa trên trình tự đoạn gene 16S rRNA. Con số trong ngoặc đơn là mã số trên GenBank (Hiraishi, 2008)
O: Các VK loại khử clo bắt buộc F: các VK loại khử clo không bắt buộc +: Các VK có khả năng loại khử clo đồng trao đổi chất
Khi nghiên cứu quần xã VK KK loại clo từ vị trí ô nhiễm các dung môi hữu cơ ở West Louisiana Hoa Kỳ cho thấy có 42 dòng VK trong đó Dehalobacter chiếm 25 dòng, Clostridium chiếm 5 dòng, Dehalococcoides chiếm 4 dòng, các chi khác chiếm ít hơn 3 dòng (Grostern, 2006). Ngoài ra, một số VK sinh metan như
Methanosarcina và acetogene như Acetobacterium, Spomusaovate có thể loại clo theo cơ chế đồng trao đổi chất (EPA, 2006; Hiraishi, 2008). Trong các mẫu làm giàu từ sông Dương Tử (Trung Quốc) trên PCE, các VK Dehalobacter, Dehalococcoides, Desulfomonile và Desulfitobacterium có mặt và quá trình loại clo
của PCE xảy ra hoàn toàn tới ethene. Tuy nhiên, nếu không có mặt Dehalococcoides
thì quá trình loại khử clo chỉ dừng lại ở 1,2-cis-DCE (Kranzioch, 2013).
Ngoài ra, có nhiều VSV hiếu khí khác cũng tham gia loại khử clo của DDT thành DDD như Proteus vulgaris, E.coli, Enterobacter, Bacillus, Flavobacterium, Cyanobacteria. Một số VK hiếu khí khác lại phân hủy DDT theo con đường kỵ khí như Hydrogenomonas, Enterobacter aerogenes, Bacillus, E.coli (Gohil, 2011).
Trong số các VK KK có khả năng hô hấp loại khử clo, VK KSF,
Dehalococcoides và Pseudomonas được nghiên cứu nhiều do đặc tính riêng của chúng. Cho đến nay, Dehalococcoides được xem là các “thợ khử” clo, thuộc nhóm hô hấp loại khử clo bắt buộc còn VK KSF thuộc nhóm loại khử clo không bắt buộc, dễ nuôi cấy. VK Pseudomonas có thể sống trong cả điều kiện hiếu khí hay kỵ khí không bắt buộc và có khả năng loại khử clo (trong điều kiện kỵ khí) hay chuyển hóa các hợp chất hữu cơ chứa clo (trong điều kiện hiếu khí). Do đó, sự đa dạng các nhóm này sẽ được trình bày ở các tiểu mục sau.