《輔因子介導人工混菌降解磺胺甲惡唑研究》是依託天津大學，由程景勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：輔因子介導人工混菌降解磺胺甲惡唑研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：程景勝
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在醫療和畜禽養殖業中磺胺類抗生素大量使用造成了嚴重的環境污染。天然混合菌中抗生素降解的多代謝途徑難以定向調控，限制了微生物對其的高效降解。微生物群落的穩定性和功能取決於菌群落間物質相互作用。. 本項目針對天然混合菌群降解磺胺類抗生素效率低和可控性差等問題，提出構建輔因子介導人工混菌降解磺胺甲惡唑(SMX)的科學構想，從不同微生物間物質交流入手，分析物質交流與菌群穩定性間關係；尋找輔因子變化規律，運用合成生物學方法構建輔因子功能模組，調節菌群間輔因子種類和濃度，揭示輔因子飼餵與SMX降解速率間潛在關係；檢測SMX的中間代謝物，尋找潛在的可控代謝途徑；探究細胞代謝物與菌群穩定性和SMX降解速率變化規律，以揭示菌群適配性、物質交流與SMX降解間關係，以期闡明輔因子調控SMX生物降解的物質交流機制。研究結果為構建高效人工混菌降解SMX和菌劑開發提供理論依據，為解除環境中磺胺類抗生素尋找新策略。
結題摘要
磺胺類抗生素在醫療和畜禽養殖業中大量使用造成了嚴重的環境污染, 導致抗生素耐藥性菌株，嚴重威脅到人類健康。天然或人工馴化的微生物混合菌群存在運行周期長、轉化效率低、穩定性及可控性差等問題，本項目通過構建人工混菌體系高效移除磺胺甲惡唑（SMX）等抗生素。研究結果表明：糞產鹼桿菌（AF菌）利用SMX作為碳源，混菌移除低濃度SMX（10 mg/L和50 mg/L）效率達90%，SMX提高了混菌與AF菌胞內NADH/NAD+的水平，乙醯化SMX是混菌在搖瓶培養條件下的主要轉化物；中空纖維膜生物反應系統有利於SMX的去除，降低乙醯化和羥胺化SMX的形成。高濃度的外源VC、VB6和GSSG提高了AF菌SMX的去除率，高濃度的VC、NADH和NAD+促進HO-SMX的形成，VB12抑制HO-SMX的形成，低含量GSSG促進Ac-SMX的形成，SMX的去移除可能與AF菌的生物量活性。AF菌和血紅密孔菌混菌體系減輕SMX轉化產物的細胞毒性，提高了SMX的去除效率，抑制了HO-SMX的形成。在此系統中SMX主要通過生物轉化而不是吸收。血紅密孔菌在兩天內完全清除SMX、CIP和NOR的混合物, 血紅密孔菌和黃孢原毛平革菌純培養和共培養消除SMX、CIP和NOR的抗菌活性，共培養是移除SMX和NOR的一種更環保的策略。同時，發現益生菌克勞氏芽孢桿菌在8小時內除去頭孢呋辛、頭孢噻肟和頭孢吡肟100%的混合物，頭孢呋肟和頭孢吡肟在共培養條件下的生物毒性低於純培養。生物表面活性劑對TCs的去除效果優於非離子表面活性劑, 四環素類抗生素的生物降解效率依次為CTC＞OTC＞TC, TCs的去除主要是通過生物轉化，而不是吸附和水解, 共培養減輕OTC和CTC轉化產物的細胞毒性。這些研究為環境中SMX等抗生素降解提供了重要的理論依據，為構建人工混菌系統高效生物移除SMX等抗生素提供了新思路。
