揭开土壤微生物降解神秘面纱:不同碳源如何影响氟化合物的消解

文摘   2024-11-10 09:10   陕西  
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PFAS热点研究早知道


第一作者:Jinha Kim


通讯作者:Kung-Hui Chu


通讯单位:Texas A&M University



中文标题:土壤微生物组、基因、碳底物类别以及氟调聚物基前体的生物转化之间的联系.

英文标题:Nexus of Soil Microbiomes, Genes, Classes of Carbon Substrates, and Biotransformation of Fluorotelomer-Based Precursors.

摘要详文

基于含氟调聚物 (FT) 的全氟烷基和多氟烷基物质 (PFAS) 的不可预测的生物降解导致受 PFAS 影响的部位的风险管理变得复杂。在这里,我们成功地使用冗余分析将基于 FT 的前体生物降解与由不同类别的碳源塑造的土壤微生物组的关键微生物和基因联系起来:醇类 (C2-C4)、烷烃 (C6 和 C8)、芳香族化合物 (苯酚) 或烃类表面活性剂 (椰油酰胺丙基甜菜碱 [CPB])。所有富集物均脱氟含氟调聚物醇 (n:2 FtOH;n = 4、6、8)并在 6:2 含氟调聚物磺酸盐 (6:2 FtS) 作为硫源上生长。由于高微生物多样性和脱硫和脱氟基因的丰富性,富含丁醇的培养物显示 FtOHs 和 6:2 FtS 的脱氟程度最高。富含 CPB 的培养物积累了更多的 5:3 含氟调聚物羧酸,表明 Variovorax 和 Pseudomonas 具有独特的作用。由于具有不同碳源类别的两种富集之间的协同作用,观察到增强的 6:2 FtOH 脱氟作用,但富含苯酚和 CPB 的培养物除外。虽然 6:2 氟调聚物磺酰基甜菜碱未降解,但检测到痕量水平的 6:2 氟调聚物磺胺基胺。已鉴定的参与脱磺化、脱氟和碳源代谢的物种和基因是评估该位点前体降解的有前途的生物标志物。

图文摘要


图文速览

图 1. 8 天后在无硫 AMS 培养基中进行的 6:2 FtS 降解实验中,基于剩余 6:2 FtS、代谢物和释放氟化物(预期)的氟化物当量的质量平衡。



图 2. 在无硫 AMS 培养基中,通过富含 BuOH、苯酚、辛烷和 CPB 的培养物进行 6:2 FtSaB 降解实验,6:2 FtS 转化产物的出现情况。图中显示了在第 9 天添加额外碳源的灭活细胞对照和生物降解样品 (A) 中的 PFAS 浓度,以及在第 7 天未添加额外碳源的样品 (B)。


图 3. 原始土壤和各自富集培养物的 ASV 级微生物群落结构。


图 4. 预测的功能基因的相对丰度,这些基因负责 (A) PFAS 脱磺化、(B) PFAS 脱氟化和 (C) 各自的碳源代谢。条形图表示重复样本预测的范围。由于可诱导的 CPB 代谢基因未知,因此未预测 CPB 降解的分解代谢基因。(D) 6:2 FtOH 和 (E) 6:2 FtS 降解相关变量的 RDA 与预测的基因相对丰度模式相关。

主要发现

本研究的创新点在于系统地评估了不同类型碳源对氟烷基化物(PFAS)前体降解的影响,揭示了混合微生物群落在不同碳源下的交互作用。研究发现,丁醇富集的培养物在去氟化和去磺化方面表现最佳,表明该碳源有利于提高微生物多样性和相关基因的表达。此外,混合不同碳源的微生物群落可产生协同效应,从而显著增强氟醇的去氟化效果。该发现为在实际场地中通过碳源添加来增强污染物降解提供了新的思路,同时鉴定了一些关键微生物种类和基因作为前体降解的潜在生物标记物。


文章DOI:10.1021/acs.est.4c06471
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The End


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