氨氧化菌降解磺胺類抗生素機制研究取得進展

磺胺類抗生素及其耐葯基因在環境中普遍存在且對生態和人體健康造成危害，目前已成為全球關注的環境問題。微生物降解是環境中磺胺類抗生素去除的主要途徑，而氨氧化菌是降解磺胺類抗生素的重要菌群。然而，目前對於氨氧化菌降解磺胺類抗生素的機制了解甚少。

在國家自然科學基金等的聯合資助下，中國科學院南京地理與湖泊研究所周麗君、維也納大學韓平等科研人員利用三種不同種類的氨氧化菌純菌（包括氨氧化古菌（AOA）N. gargensis、氨氧化細菌（AOB）N. nitrosaNm90和完全氨氧化菌（Comammox）N. inopinata）對7種磺胺類抗生素進行微生物降解，考察不同氨氧化菌的降解能力、降解路徑及機制；並研究重要的氨氧化中間產物羥胺（NH2OH）對磺胺類抗生素的轉化作用。結果表明，氨氧化古菌N. gargensis對磺胺類抗生素去除率和歸一化的去除速率均高於氨氧化細菌（AOB）N. nitrosa Nm90和完全氨氧化菌（Comammox）N. inopinata。對氨氧化菌降解磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲惡唑的代謝產物（分子式和可能的分子結構）進行分析發現，I）氨氧化古菌主要通過脫氨基、羥基化和硝化作用轉化磺胺類抗生素；II）氨氧化細菌主要通過脫氨基作用轉化磺胺類抗生素；III）完全氨氧化菌僅通過脫氨基作用轉化磺胺類抗生素。結合基因組和代謝產物分子結構推測，脫氨基作用主要由脫氨基酶催化產生，而羥基化和硝化作用受非特異性的氨單加氧酶催化。另外，僅在氨氧化細菌降解磺胺類的反應中發現產物蝶呤-磺胺。氨氧化菌降解磺胺類抗生素僅在氨氧化過程活躍的情況下發生，由此推測氨氧化菌降解磺胺類抗生素屬於共代謝降解。同時，磺胺類抗生素也能夠被氨氧化中間產物羥胺（NH2OH）轉化，說明除了酶促反應外，微生物介導的非生物降解過程也同時發生。

該研究開展的氨氧化純菌降解實驗為研究磺胺類抗生素在污水處理廠及自然環境（如河流和湖泊等）中的環境行為及歸趨提供了重要的依據。

相關研究成果發表在環境科學期刊Water Research。

來源：中國科學院南京地理與湖泊研究所

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