微生物降解有机磷农药研究进展

“民以食为天、食以安为先”。填不饱肚子是人类经历中最不堪回首的苦难记忆。中国人在吃饱之后，又要求吃得好吃的放心，这是人们在生活理念上的不知不觉的巨大转折。然而今天，面对琳琅满目的食品，人们却从新开始为食物发愁：吃什么才放心？最近，抗性分子遗传学组的科研人员在微生物降解有机磷农药的研究方向，取得了一批具有重要理论意义和应用价值的研究成果。本研究从农药厂活性污泥中分离并鉴定了一株高效且具有很宽的降解谱的有机磷降解菌，经16S rRNA和生理生化鉴定为Stenotrophomonas sp.。从该降解菌中克隆了有机磷水解酶基因mpd，并将mpd基因在异源宿主E. coli BL21中实现了高水平的功能表达，其表达的有机磷水解酶对甲基对硫磷、对硫磷、毒死蜱等多种有机磷均有较好的降解作用。采用细胞表面表达的策略，利用多种特殊的蛋白分泌信号序列，将有机磷水解酶和绿色荧光蛋白共展示在微生物细胞表面，构建了多种荧光标记的全细胞生物催化剂。通过细胞分级、免疫印迹和蛋白酶消化实验，证实了有机磷水解酶和绿色荧光蛋白成功地锚定在了微生物细胞表面，构建的荧光标记的全细胞生物催化剂。这些表面展示MPH的基因工程菌株作为全细胞生物催化剂可以应用于对有机磷农药残留的降解，同时可以通过绿色荧光在线监测这些工程菌及其活性。还能将其水解产物PNP彻底矿化为二氧化碳和水。在有机磷农药的降解和检测中具有巨大的应用潜能。将上述高效安全的转降解酶基因工程菌与工程技术有机的结合起来，建立了以特定降解微生物为催化剂的有机磷废气处理的生物反应器。其生物反应器中的菌体催化剂由一株高效表达有机磷水解酶的基因工程菌株E. coli BL21和一株天然的对硝基苯酚降解菌组成，并将菌体附载到生物反应器中的固体支持物上，将菌体催化剂作为生物反应器的核心反应元件，结合气相生物反应器，实现了高效安全的去除废气中的有机磷农药，并将其彻底矿化为二氧化碳和水。该工作的第一作者为抗性分子遗传学研究组杨超博士研究生，乔传令研究员为文章的通讯作者。该研究工作得到了国家“863”重大科技专项以及中国科学院创新重要方向基金的资助。相关研究成果已发表于环境生物技术领域的权威杂志Environ Sci Technol和Appl Environ Microbiol。（来源：中科院动物研究所）