应用案例

Picarro G2201-i(“碳同位素”携手“多组学技术”助力微生物代谢矿化有机污染物新途径的研究）

发表时间：2024-04-17

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六溴环十二烷（HBCD）是一种典型的溴化阻燃剂，具有持久性、长迁移性、生物积累性和毒性，2013年就被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物，只能在严格的监管条件下使用。但其在空气、水、沉积物、土壤和生物体中仍旧经常被广泛地检测到。因此，HBCD残留物已引起了公众的广泛关注，其在环境中的去除与修复也变得迫切和必要。

“生物降解”在去除HBCD的过程中起着重要的作用，获得高效的HBCD降解细菌及其作用机制研究尤为重要。一方面以往的研究虽已经证实了HBCD在活性污泥和土壤中的去除效率和降解途径，且已经从环境中分离出几种能降解HBCD的纯培养物，但迄今为止报道的HBCD降解细菌尚未被证明能完全矿化HBCD（即降解产物为自身生物体和CO₂）。另一方面，虽然当前已知参与HBCD转化的几种酶（如LinA、LinB、DhaA等），但其他的用于HBCD去除的酶分支仍然缺乏。

近日，中山大学仇荣亮教授、彭星星副教授，在Journal of Hazardous Materials发表了题为“Citrobacter sp. Y3 harbouring novel gene HBCD-hd-1 mineralizes hexabromocyclododecane via new metabolic pathways according to multi-omics characterization”的研究论文。在之前证实了C. sp.Y3可利用柠檬酸钠作为额外的碳源来转化HBCD的基础上，系统的研究了菌株Y3的降解效率和矿化过程。使用稳定同位素标记[¹³C]HBCD（α-、β-和γ-HBCD）作为研究基质，采用高通量测序对菌株Y3进行了详细的基因组和蛋白质组表征，通过超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF-MS)鉴定中间体，使用组学注释功能基因和蛋白质表达，重建了HBCD的降解途径。研究结果对去除环境中的HBCD具有重要意义。

图1. 实验设置 (a)通过测定菌株Y3存在下¹³CO₂产量，评估[¹³C]HBCD矿化情况；(b)关键基因的功能验证；(c)用含有HBCD-hd-1的重组E. coli BL21在不同时间点（0、1、2、3、4天）降解HBCD及其中间产物4-BBA，每个实验进行了三次重复。

¹³CO₂稳定同位素分析使用了Picarro G2201-i分析仪，采用其CO²同位素测量模式，对实验过程中产生的¹³CO₂、¹²CO₂进行精准测定。结果显示C. sp.Y3可以使用[13C] HBCD作为唯一碳源，并将其降解甚至矿化为¹³CO₂，大约14天内最大转化率为100%。基因组学和蛋白质组学分析表明，C. sp.Y3中含有6种与HBCD降解相关的脱溴酶，包括卤代烷脱卤酶(DhaA)、卤酸脱卤酶(HAD)等，还发现一种名为HBCD-hd-1的编码HAD的功能基因在HBCD降解过程中上调，并在大肠杆菌中异源表达。带有HBCD-hd-1基因的重组大肠杆菌可将典型的中间体4-溴丁酸转化为4-羟基丁酸且在HBCD降解过程中表现出优异的降解性能，伴有近100%的溴(Br)离子生成。HBCD-hd-1在Y3中的表达加速了HBCD的生物降解，该酶的鉴定可能为研究从环境中去除HBCD提供了新的思路。

关键指标碳同位素分析仪介绍

Picarro G2201-i是一款原位同步测量CO₂ 和CH₄碳同位素的分析仪，研究人员只需一台仪器便可追踪系统、全面的碳转移和分解过程。该双组分分析仪不但给研究工作带来了易用性和快捷性，专利的CRDS技术中小腔室的设计，更为生态学、微生物学、环境学领域的专家，提供了培养实验结果获取的高准确性。小型化与耐用性令其更容易运输到野外并提供即时的结果，以便研究者根据实地情况更改实验设置，在有限的野外作业时间内取得最优的成果。

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