할로레스피레이션

Halorespiration

할로레스피레이션 또는 탈할로스피레이션 또는 오르간오할라이드 호흡은 혐기성 호흡에서 단자 전자 수용기로 할로겐화 화합물을 사용하는 것이다.[1][2][3]할로레스피레이션은 미생물 생분해에서 한 몫을 할 수 있다.가장 흔한 기질로는 염소 처리된 연금술(PCE, TCE), 염소 처리된 페놀, 클로로포름 등이 있다.탈염성 박테리아는 매우 다양하다.이 특성은 일부 프로테오박테리아, 클로로플렉시(녹색 비황산세균), 낮은 G+C 그램의 양성 클로스트리디아에서 발견된다.[4]극초단백질균을 함유하고 있다.[5]null

할로레스피레이션의 과정

할로레스피레이션(halorespiration, dehalorespiration)의 과정은 환원성 탈할로겐화를 사용하여 재배열 미생물이 성장과 신진대사를 수행하는 데 사용할 수 있는 에너지를 생산한다.[6]할로겐화 유기 화합물은 단자 전자 수용기로 사용되며, 이것은 탈할로겐화를 초래한다.[6]환원성 탈할로네이션은 이러한 현상이 일어나는 과정이다.[6]할로겐 대체물을 제거하여 할로겐화 화합물을 줄이는 동시에 화합물에 전자를 첨가하는 것을 포함한다.[7]수소분해와 변연 감소는 이 메커니즘에서 확인된 두 가지 알려진 과정이다.[7]두 공정에서 제거된 할로겐 대체물은 음이온으로 방출된다.[7]환원성 탈할로겐화는 세포막 관련 효소인 환원성 탈할로겐화제에 의해 촉매화된다.[6][8][3]어떤 경우에는 단백질 복합체의 일부로서 막 관련성뿐만 아니라 세포질 수소화합물도 탈염기 과정에서 역할을 할 것으로 예측된다.[9]이러한 효소의 대부분은 활성 부위의 철-황(Fe-S) 군집과 코리노이드 공동 인자(Corrinoid coactor)를 포함한다.[6]비록 정확한 메커니즘은 알려지지 않았지만, 연구에 따르면 이 효소의 이 두 성분이 감소에 관여할 수 있다고 한다.[6]null

사용된 기판 및 환경적 중요성

디할로어스피레이션에서 말단 전자 수용체로 사용되는 일반적인 기질로는 유기염화농약, 아릴 할로겐화물과 알킬 용제가 있다.[7]이들 중 다수는 부분적 또는 완전하게 탈골에 의해서만 혐기적으로 분해될 수 있는 지속적이고 독성 있는 오염물질이다.[6][7]트리클로로에틸렌(TCE)과 테트라클로로에틸렌(PCE)은 이러한 오염물질의 두 가지 사례로, 그 분해는 연구의 초점이 되어 왔다.[6][7][10]PCE는 이전에 드라이클리닝, 기계 기름 제거 및 기타 용도에 사용된 알킬 용매다.[6][7]그것은 여전히 지하수의 흔한 오염물질이다.[6][7]PCE를 무독성 화학물질인 ethene으로 완전히 분해할 수 있는 박테리아가 격리됐다.[10]이들은 데할로코이데스속에 속하며 H를2 전자공여자로 사용하는 것으로 밝혀졌다.[10]과거 PCE와 TCE의 생체 인식 제거 과정은 상황에 적용되었다.[6][8]예를 들어 전자공여자와 탈염색세균을 오염현장에 도입하여 박테리아의 성장과 탈염색화를 촉진하는 조건을 조성함으로써 오염된 지하수를 치료하는 데 강화된 환원제 탈염소화제가 사용되어 왔다.[8]강화된 환원성 탈염소화에서 오염물질은 전자 수용체 역할을 하며 일련의 반응에서 궁극적으로 ethene을 생성하기 위해 완전히 감소한다.[8]null

바이오메디케이션에서 사용

박테리아 균의 할로겐화에서 생태학적으로 중요한 측면은 테트라클로로에테네(PCE)와 트리클로로에테네(TCE)의 감소인데, 이는 신경과 간독성이 높은 인공적인 오염물질이다.[11]환경 오염 물질로서의 그들의 존재는 1920년대 - 1970년대 금속 제거제로서의 일반적인 산업 사용에서 비롯되었다.[12]이러한 유전생물학적 화합물은 지하수 대수층 하단에 고밀도 비수상 액체(DNAPLs)라고 불리는 부분적으로 불용성 층을 형성하는 경향이 있는데, 이 층은 느리고 저수지와 같은 방식으로 용해되어 TCE와 PCE가 가장 흔한 지하수 오염 물질 중 하나가 된다.[13]null

지하수에서 TCE와 PCE를 제거하기 위해 일반적으로 사용되는 전략은 강화된 환원제염소화(ERD)를 통한 생물학적 요법의 사용이다.[14] ERD는 전자 기증자의 역할을 하는 발효성 유기 기질 중 탈염기세균의 현장 주입을 수반하는 반면, TCE와 PCE는 전자 수용자의 역할을 한다.[14]이를 통해 CCE와 TCE의 순차적 탈염소화를 유해한 시스-디클로로테네(DCE)와 염화비닐(VC)으로 촉진하고, 이후 무해한 에테네에 완전한 탈염소화를 위한 전자 수용기로 적합하게 된다.[14]null

여러 종류의 박테리아에 걸친 광범위한 배열은 부분적으로 CCE와 TCE를 시스-DCE와 VC로 디염소산할 수 있는 용량을 가지고 있다.[14]이러한 예로는 자기공명성 박테리아인 스트레인 MS-1이 있는데, 이는 유산소 조건에서 PCE를 시스-DCE로 감소시킬 수 있다.[15]그러나 이 딸 기판은 그들의 모화합물보다 더 높은 독성 프로파일을 가지고 있다.[14]이와 같이, PCE와 TCE 오염 대수층의 생물 거식화에는 CIS-DCE와 VC를 무해한 에테네로 효과적으로 탈염소화하는 것이 중요하다.[14]현재, 데할로코이드 생성물의 박테리아는 PCE를 완전히 탈염소화시킬 수 있는 것으로 알려진 유일한 유기체다.이는 세포에너지를 위해 유전생물학적 오염물질에 있는 염소 원자를 대사하는 특정한 투과환원성 탈할로겐화제(RDAS) 때문이다.[16]특히 디할로코이드는 VC를 무해한 에테네로 대사하는 VC와 BAV1을 인코딩하는 염화비닐 RDAS를 격리시켜 PCE와 TCE의 생물방식에 사용되는 ERD 시스템에서 필요한 종으로 만든다.[16]null

참고 항목

참조

  1. ^ Holliger, C.; Wohlfarth, G.; Diekert, G. (1998). "Reductive dechlorination in the energy metabolism of anaerobic bacteria" (PDF). FEMS Microbiology Reviews. 22 (5): 383. doi:10.1111/j.1574-6976.1998.tb00377.x.
  2. ^ Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Bohl, Susanne; Lee, Matthew; Marquis, Christopher P.; Manefield, Michael (2016). "Organohalide Respiring Bacteria and Reductive Dehalogenases: Key Tools in Organohalide Bioremediation". Frontiers in Microbiology. 7: 249. doi:10.3389/fmicb.2016.00249. ISSN 1664-302X. PMC 4771760. PMID 26973626.
  3. ^ a b Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Lee, Matthew; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P. (2015-10-01). "Reductive Dehalogenases Come of Age in Biological Destruction of Organohalides". Trends in Biotechnology. 33 (10): 595–610. doi:10.1016/j.tibtech.2015.07.004. ISSN 0167-7799. PMID 26409778.
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  5. ^ Duda, V. I.; Suzina, N. E.; Polivtseva, V. N.; Boronin, A. M. (2012). "Ultramicrobacteria: Formation of the concept and contribution of ultramicrobacteria to biology". Microbiology. 81 (4): 379–390. doi:10.1134/S0026261712040054. PMID 23156684. S2CID 6391715.
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  9. ^ Jugder, Bat-Erdene; Ertan, Haluk; Wong, Yie Kuan; Braidy, Nady; Manefield, Michael; Marquis, Christopher P.; Lee, Matthew (2016-08-10). "Genomic, transcriptomic and proteomic analyses of Dehalobacter UNSWDHB in response to chloroform". Environmental Microbiology Reports. 8 (5): 814–824. doi:10.1111/1758-2229.12444. ISSN 1758-2229. PMID 27452500.
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  14. ^ a b c d e f Scheutz, Charlotte (November 2008). "Concurrent ethene generation and growth of Dehalococcoides containing vinyl chloride reductive dehalogenase genes during an enhanced reductive dechlorination field demonstration". Environmental Science & Technology. 42 (24): 9302–9309. Bibcode:2008EnST...42.9302S. doi:10.1021/es800764t. PMID 19174908.
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  16. ^ a b Khoshnood, Behrang (August 2015). "Genome Closing and Transcription Kinetics for RDase Genes in Dehalococcoides and Their Prevalence in a Wastewater Treatment Plant". National University of Singapore Libraries – via Proquest.

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