Кометаболизм - Cometabolism

Кометаболизм определяется как одновременное деградация из двух соединения, в котором деградация второго соединения (вторичного субстрат ) зависит от наличия первого соединения (первичного субстрат ).[1] Это в отличие от одновременный катаболизм, где каждый субстрат катаболизированный одновременно разными ферменты.[1][2] Кометаболизм происходит, когда фермент, вырабатываемый организмом для катализа разложения его ростового субстрата с целью извлечения из него энергии и углерода, также способен разлагать дополнительные соединения. Случайное разложение этих дополнительных соединений не поддерживает рост бактерий, и некоторые из этих соединений могут даже быть токсичными в определенных концентрациях для бактерий.[3][4]

Первым сообщением об этом явлении было разложение этана видами Псевдомонас метаника.[4] Эти бактерии разлагают метан, являющийся субстратом для роста, с помощью фермента метанмонооксигеназа (MMO). Было обнаружено, что ММО способны разлагать этан и пропан, хотя бактерии не могли использовать эти соединения в качестве источников энергии и углерода для роста.[4]

Другой пример Mycobacterium vaccae, который использует фермент алканмонооксигеназу для окисления пропана. Случайно этот фермент тоже окисляется без дополнительных затрат на М. vaccae, циклогексан в циклогексанол. Таким образом, циклогексан метаболизируется совместно в присутствии пропана. Это позволяет добиться комменсального роста Псевдомонады на циклогексане. Последний может метаболизировать циклогексанол, но не циклогексан.[5][6]

Кометаболизм в биоремедиации

Некоторые молекулы, метаболически разлагаемые бактериями: ксенобиотик, настойчивый соединения, такие как PCE, ТВК, и МТБЭ, которые оказывают вредное воздействие на несколько типов сред. Таким образом, совместный метаболизм используется как подход к биологически разложить опасный растворители.[7][4]

Кометаболизм может использоваться для биоразложение из метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ): загрязнитель водной среды. Немного Псевдомонады было обнаружено, что члены могут полностью расщеплять МТБЭ кометабольно с помощью ферментов, которые они производят для окислять н-алканы (например. метан, пропан ).[7]

Кроме того, перспективный метод биоремедиация хлорированных растворителей вызывает кометаболизм загрязняющих веществ за счет аэробные микроорганизмы в грунтовых водах и почвах. Было продемонстрировано, что некоторые аэробные микроорганизмы способны делать это, в том числе н-алкан, ароматическое соединение (например. толуол, фенол ) и аммоний окислители.[4][3] Одним из примеров является Pseudomonas stutzeri OX1, который может разлагать опасные водорастворимые соединения тетрахлорэтилен (PCE).[6] PCE, один из основных загрязнителей подземных вод, считался не разлагаемым в условиях аэробный условия и только деградировали через восстановительное дегалогенирование для использования в качестве субстрата для роста организмов.[6] Восстановительное дегалогенирование часто приводит к частичному дехлорированию PCE, что приводит к образованию токсичных соединений, таких как ТВК, DCE, и винилхлорид. Pseudomonas st. OX1 могут разлагать PCE в аэробных условиях с помощью толуол-о-ксиленмонооксигеназы (ToMO), фермента, который они вырабатывают для получения энергии и углерода из толуола и некоторых других ароматических соединений. Этот биологический процесс можно использовать для удаления PCE с участков с аэробным загрязнением.[6]

Однако трудности и высокие затраты на поддержание ростовых субстратов организмов, способных превращать эти опасные соединения в кометы, и обеспечение для них аэробной среды привели к ограниченному применению кометаболизма в полевых условиях для разложения загрязнителей и растворителей. Недавно было предложено улучшить этот метод восстановления путем замены синтетических ароматный ростовые субстраты (например, толуол) этих бактерий с дешевыми нетоксичными вторичными метаболитами растений.[8]

Рекомендации

  1. ^ а б Джошуа, С. Дж .; Dahl, R .; Benke, P. I .; Кислинг, Дж. Д. (2011). «Отсутствие диауксии при одновременном использовании глюкозы и ксилозы Sulfolobus acidocaldarius». J Бактериол. 193 (6): 1293–1301. Дои:10.1128 / JB.01219-10. ЧВК  3067627. PMID  21239580.
  2. ^ Gulvik, C.A .; Бьюкен, А. (2013). «Одновременный катаболизм ароматических соединений растительного происхождения приводит к усилению роста представителей линии Roseobacter». Appl Environ Microbiol. 79 (12): 3716–3723. Дои:10.1128 / AEM.00405-13. ЧВК  3675927. PMID  23563956.
  3. ^ а б Цинь, Кэ; Struckhoff, Garrett C .; Агравал, Абинаш; Шелли, Майкл Л .; Донг, Хайлянь (01.01.2015). «Естественный потенциал ослабления трихолорэтилена в корнях водно-болотных растений: роль естественных аммоний-окисляющих микроорганизмов». Атмосфера. 119 (Дополнение C): 971–977. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2014.09.040. PMID  25303656.
  4. ^ а б c d е Нзила, Алексис (01.07.2013). «Обновленная информация о метаболизме органических загрязнителей бактериями». Загрязнение окружающей среды. 178 (Дополнение C): 474–482. Дои:10.1016 / j.envpol.2013.03.042. PMID  23570949.
  5. ^ Beam, H.W .; Перри, Дж. Дж. (1973-03-01). «Ко-метаболизм как фактор микробной деградации циклопарафиновых углеводородов». Archiv für Mikrobiologie. 91 (1): 87–90. Дои:10.1007 / BF00409542. ISSN  0003-9276.
  6. ^ а б c d Ryoo, D .; Shim, H .; Канада, К .; Barbieri, P .; Вуд, Т. К. (июль 2000 г.). «Аэробная деградация тетрахлорэтилена толуол-о-ксиленмонооксигеназой Pseudomonas stutzeri OX1». Природа Биотехнологии. 18 (7): 775–778. Дои:10.1038/77344. ISSN  1087-0156. PMID  10888848.
  7. ^ а б Ли, Шаньшань; Ван, Шань; Ян, Вэй (2016). «Биоразложение метил-трет-бутилового эфира путем совместного метаболизма со штаммом Pseudomonas sp.». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения. 13 (9): 883. Дои:10.3390 / ijerph13090883. ISSN  1661-7827. ЧВК  5036716. PMID  27608032.
  8. ^ Фрараччо, Серена; Стрейчек, Михал; Долинова, Ива; Мацек, Томас; Ухлик, Ондрей (2017-08-16). «Пересмотр гипотезы о вторичных соединениях: выбранные вторичные метаболиты растений способствуют бактериальному расщеплению цис-1,2-дихлорэтилена (cDCE)». Научные отчеты. 7 (1): 8406. Дои:10.1038 / s41598-017-07760-1. ISSN  2045-2322. ЧВК  5559444. PMID  28814712.