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多溴联苯醚(PBDEs)是一类广泛使用的溴代阻燃剂,造成的环境污染对人类健康和生态环境带来极大的危害。本文以2,2’,4,4’-四溴联苯醚(BDE-47)作为PBDEs的代表污染物,以本课题组菌种库中筛选到的一株对BDE-47具有高效降解/吸附作用的细菌—铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)为实验菌株,研究其对BDE-47的降解性能,分析BDE-47降解产物的生成规律及细胞毒性效应,利用转录组测序技术从基因水平解释微生物降解转化PBDEs的分子生物学机制。以Cr(VI)作为重金属代表,探索PBDEs和重金属共存在P.aeruginosa细胞界面的复合效应和的降解转化规律。主要研究成果如下:P.aeruginosa对BDE-47具有较好的降解效果,添加一定量的碳源和表面活性剂可以提升菌种对BDE-47的降解性能。P.aeruginosa对BDE-47的降解主要是通过胞内酶的作用,降解产物主要包括BDE-28和BDE-7两种脱溴产物和6-OH-BDE-47、5-OH-BDE-47、2-OH-BDE-28和4-OH-BDE-17等4种羟基化降解产物,另外还生成了2,4-DBP和4-BP两种溴酚类产物。P.aeruginosa对中间代谢产物BDE-28、BDE-7和2,4-DBP具有很好的降解效果。转录组测序结果发现,P.aeruginosa降解BDE-47的过程中有991个基因表达上调,923个基因表达下调(FDR≤0.001,|log2Ratio|≥1)。细胞膜外膜粘附蛋白、脂多糖、ABC转运蛋白、青霉素结合蛋白和孔蛋白等可能参与了P.aeruginosa胞外吸附BDE-47并将污染物运输到细胞内的过程。辅酶A连接酶、脱卤酶、P450单加氧酶、水杨酸羟化酶和尿黑酸1,2-双加氧酶可能参与了BDE-47还原脱溴、氧化羟基化以及开环矿化的分解代谢过程。过氧化物酶、超氧化物歧化酶、DNA修复重组蛋白和外排泵等基因的表达上调有利于菌体抵抗污染物造成的氧化胁迫。通过实时荧光定量PCR技术、RNA干涉技术等分子生物学实验发现P.aeruginosa降解/转化PBDEs过程中的外排泵机制。胞外的PBDEs通过细胞膜上的一些通道进入细胞内,一部分在胞内酶的作用下被降解,一部分会通过细胞膜上的外排泵排出细胞外,使得胞内积累的PBDEs在较低的水平,这既保证了PBDEs的有效降解,又可以使微生物细胞在处理较高浓度PBDEs时也保持高活性。BDE-47及其8种代谢产物对肝癌细胞HepG2的毒性研究结果表明,BDE-47及其所有降解产物对细胞的毒性表现为降低细胞存活率和增加细胞凋亡率,且这个毒性效应具有时间效应和剂量效应。BDE-47及其所有降解产物通过诱导ROS生成、影响SOD酶和GSH活性、扰乱细胞周期和诱导细胞基因损伤等方式造成细胞的死亡和凋亡。总的来说,溴酚类产物(2,4-DBP和4-BP)对HepG2细胞的毒性最高,其次为羟基化产物(6-OH-BDE-47、5-OH-BDE-47、2-OH-BDE-28和4-OH-BDE-17),而脱溴产物(BDE-28和BDE-7)的毒性相对是最低的。低剂量BDE-47、BDE-28和BDE-7预处理后,细胞产生了一定含量的ROS,可以刺激细胞抗氧化系统和其他的防御系统抵制外来污染物的干扰,提升SOD酶和GSH的活性,减弱高剂量暴露造成的细胞氧化胁迫,并且预处理过后激活基因的修复系统,细胞的基因损伤会显著降低,提升了细胞存活率,并减少了细胞的凋亡。P.aeruginosa可以同时降解BDE-47和去除Cr(VI)。P.aeruginosa对Cr(VI)的去除过程主要分两步,首先在细胞外将Cr(VI)还原为Cr(III),然后Cr(III)被吸附到细胞膜上或者进入细胞内。低浓度的BDE-47可以作为碳源促进菌体生长,提高胞外酶的产量,从而提高Cr(VI)的去除率;但是高浓度的BDE-47会抑制P.aeruginosa生长,从而抑制细菌对Cr(VI)的去除。低浓度的Cr(VI)共存时,可以刺激P.aeruginosa合成分泌更多的鼠李糖脂,并且一定程度地提高细胞表面疏水性和细胞质膜通透性,从而使更多的BDE-47能够进入细胞进而在胞内酶的作用下被分解代谢;另外,Cr(VI)还能促进细菌细胞分泌更多的胞内蛋白,从而提高BDE-47的降解率。上述研究为PBDEs的微生物降解、降解机制、降解产物的细胞毒性等领域的研究提供一定的理论依据。并且探讨了重金属共存条件下对PBDEs在细菌细胞水平的吸附、降解和转化的影响,具有重要的现实意义。