Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các chủng vi khuẩn linh hoạt oxy hóa arsenit trong các điều kiện kị khí hoặc hiếu khí và sử dụng hydro hoặc acetate như là các chất cho electron thay thế
Biodegradation - 2011
Tóm tắt
Arsen là một hợp chất gây ung thư, phân bố rộng rãi trong nước ngầm trên toàn thế giới. Sự fate của arsen trong nước ngầm phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật, hoặc bằng cách oxy hóa arsenit (AsIII), hoặc bằng cách khử arsenat (AsV). Do tính độc hại và khả năng di chuyển cao hơn của AsIII so với AsV, quá trình oxy hóa AsIII thành AsV do vi khuẩn xúc tác có thể giảm thiểu tác động môi trường của arsen. Mặc dù vi khuẩn oxy hóa AsIII hiếu khí rất được biết đến, nhưng quá trình oxy hóa AsIII không có oxy với nitrate như là chất nhận electron cũng đã được chứng minh là xảy ra. Trong nghiên cứu này, ba chủng vi khuẩn oxy hóa AsIII, Azoarcus sp. chủng EC1-pb1, Azoarcus sp. chủng EC3-pb1 và Diaphorobacter sp. chủng MC-pb1, đã được đặc trưng. Mỗi chủng được thử nghiệm để đánh giá khả năng oxy hóa AsIII của chúng với bốn chất nhận electron khác nhau là nitrate, nitrite, chlorate và oxy. Việc oxy hóa hoàn toàn AsIII đã được thực hiện với cả nitrate và oxy, chứng minh khả năng mới của các chủng vi khuẩn này trong việc oxy hóa AsIII trong cả điều kiện không có oxy lẫn có oxy. Nitrate chỉ bị khử thành nitrite. Các tác nhân cho electron khác nhau đã được sử dụng để nghiên cứu độ phù hợp của chúng trong việc hỗ trợ khử nitrate. Hydro và acetate đã được các mẫu nuôi cấy sử dụng dễ dàng. Tính linh hoạt của các vi khuẩn oxy hóa AsIII này trong việc sử dụng oxy và nitrate để oxy hóa AsIII cũng như các chất nền hữu cơ và vô cơ như là các chất cho electron thay thế giải thích sự hiện diện của chúng trong những môi trường không bị ô nhiễm arsen. Các phát hiện cho thấy rằng ít nhất một số vi khuẩn oxy hóa AsIII rất linh hoạt về mặt chất nhận electron và chất cho electron, và chúng có lẽ được phân bổ rộng rãi trong các môi trường có nồng độ arsen thấp.
Từ khóa
#arsen #oxy hóa #vi khuẩn #AsIII #AsV #nitrate #nitrite #chlorate #môi trường ô nhiễmTài liệu tham khảo
Ahn SJ, Costa J, Emanuel JR (1996) PicoGreen quantitation of DNA: effective evaluation of samples pre- or post-PCR. Nucleic Acids Res 24(16):2623–2625
Ascar L, Ahumada I, Richter P (2008) Influence of redox potential (Eh) on the availability of arsenic species in soils and soils amended with biosolid. Chemosphere 72(10):1548–1552
Beauchemin S, Kwong YTJ (2006) Impact of redox conditions on arsenic mobilization from tailings in a wetland with neutral drainage. Environ Sci Technol 40(20):6297–6303
DR ATS (2007) Toxicological profile for arsenic. US Department of Health and Human Services, Public Health Service, Atlanta
Elsaied H, Naganuma T (2001) Phylogenetic diversity of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large-subunit genes from deep-sea microorganisms. Appl Environ Microbiol 67(4):1751–1765
Fortune WB, Mellon MG (1938) Determination of iron with o-phenanthroline—a spectrophotometric study. Ind Eng Chem 10:0060–0064
Garcia-Dominguez E, Mumford A, Rhine ED, Paschal A, Young LY (2008) Novel autotrophic arsenite-oxidizing bacteria isolated from soil and sediments. FEMS Microbiol Ecol 66(2):401–410
Goldberg S (2002) Competitive adsorption of arsenate and arsenite on oxides and clay minerals. Soil Sci Soc Am J 66(2):413–421
Green HH (1918) Description of a bacterium which oxidizes arsenite to arsenate, and of one which reduces arsenate to arsenite, isolated from a cattle-dipping tank. S Afr J Sci 14:465–467
Harvey CF, Swartz CH, Badruzzaman ABM, Keon-Blute N, Yu W, Ali MA, Jay J, Beckie R, Niedan V, Brabander D, Oates PM, Ashfaque KN, Islam S, Hemond HF, Ahmed MF (2002) Arsenic mobility and groundwater extraction in Bangladesh. Science 298:1602–1606
Hering JG (2005) Contrasting sorption behavior of arsenic(III) and arsenic(V) in suspensions of iron and aluminum oxyhydroxides. Paper presented at the advances in arsenic research, Washington DC, pp 8–24
Hirota R, Kato J, Morita H, Kuroda A, Ikeda T, Takiguchi N, Ohtake H (2002) Isolation and characterization of cbbL and cbbS genes encoding form I ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large and small subunits in Nitrosomonas sp strain ENI-11. Biosci Biotechnol Biochem 66(3):632–635
Hoeft SE, Lucas F, Hollibaugh JT, Oremland RS (2002) Characterization of microbial arsenate reduction in the anoxic bottom waters of Mono Lake, California. Geomicrobiol J 19(1):23–40
Hoeft SE, Blum JS, Stolz JF, Tabita FR, Witte B, King GM, Santini JM, Oremland RS (2007) Alkalilimnicola ehrlichii sp nov., a novel, arsenite-oxidizing haloalkaliphilic gammaproteobacterium capable of chemoautotrophic or heterotrophic growth with nitrate or oxygen as the electron acceptor. Int J Syst Evol Microbiol 57:504–512
Inskeep WP, Macur RE, Hamamura N, Warelow TP, Ward SA, Santini JM (2007) Detection, diversity and expression of aerobic bacterial arsenite oxidase genes. Environ Microbiol 9(4):934–943
Kojima H, Fukuhara H, Fukui M (2009) Community structure of microorganisms associated with reddish-brown iron-rich snow. Syst Appl Microbiol 32(6):429–437
Krumova K, Nikolovska M, Groudeva V (2008) Characterization of arsenic-transforming bacteria from arsenic contaminated sites in Bulgaria. Biotechnol Biotechnol Eq 22(2):729–735
Lin Z, Puls RW (2000) Adsorption, desorption and oxidation of arsenic affected by clay minerals and aging process. Environ Geol 39(7):753–759
Malasarn D, Saltikov W, Campbell KM, Santini JM, Hering JG, Newman DK (2004) ArrA is a reliable marker for As(V) respiration. Science 306(5695):455
Miziorko HM, Lorimer GH (1983) Ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase-oxygenase. Annu Rev Biochem 52:507–535
Oremland RS, Stolz JF (2003) The ecology of arsenic. Science 300(5621):939–944
Oremland RS, Hoeft SE, Santini JA, Bano N, Hollibaugh RA, Hollibaugh JT (2002) Anaerobic oxidation of arsenite in Mono Lake water and by facultative, arsenite-oxidizing chemoautotroph, strain MLHE-1. Appl Environ Microbiol 68(10):4795–4802
Oremland RS, Stolz JF, Hollibaugh JT (2004) The microbial arsenic cycle in Mono Lake, California. FEMS Microbiol Ecol 48(1):15–27
Oremland RS, Kulp TR, Blum JS, Hoeft SE, Baesman S, Miller LG, Stolz JF (2005) A microbial arsenic cycle in a salt-saturated, extreme environment. Science 308(5726):1305–1308
Paez-Espino D, Tamames J, de Lorenzo V, Canovas D (2009) Microbial responses to environmental arsenic. Biometals 22(1):117–130
Rhine ED, Garcia-Dominguez E, Phelps CD, Young LY (2005) Environmental microbes can speciate and cycle arsenic. Environ Sci Technol 39(24):9569–9573
Rhine ED, Phelps CD, Young LY (2006) Anaerobic arsenite oxidation by novel denitrifying isolates. Environ Microbiol 8(5):899–908
Rhine ED, Ni Chadhain SM, Zylstra GJ, Young LY (2007) The arsenite oxidase genes (aroAB) in novel chemoautotrophic arsenite oxidizers. Biochem Biophys Res Commun 354(3):662–667
Richey C, Chovanec P, Hoeft SE, Oremland RS, Basu P, Stolz JF (2009) Respiratory arsenate reductase as a bidirectional enzyme. Biochem Biophys Res Commun 382(2):298–302
Saltikov CW, Newman DK (2003) Genetic identification of a respiratory arsenate reductase. Proc Natl Acad Sci USA 100(19):10983–10988
Santini JM, vanden Hoven RN (2004) Molybdenum-containing arsenite oxidase of the chemolithoautotrophic arsenite oxidizer NT-26. J Bacteriol 186(6):1614–1619
Santini JM, Sly LI, Schnagl RD, Macy JM (2000) A new chemolithoautotrophic arsenite-oxidizing bacterium isolated from a gold mine: phylogenetic, physiological, and preliminary biochemical studies. Appl Environ Microbiol 66(1):92–97
Santini JM, Sly LI, Wen AM, Comrie D, De Wulf-Durand P, Macy JM (2002) New arsenite-oxidizing bacteria isolated from Australian gold mining environments - Phylogenetic relationships. Geomicrobiol J 19(1):67–76
Scala DJ, Kerkhof LJ (1998) Nitrous oxide reductase (nosZ) gene-specific PCR primers for detection of denitrifiers and three nosZ genes from marine sediments. FEMS Microbiol Lett 162(1):61–68
Senn DB, Hemond HF (2002) Nitrate controls on iron and arsenic in an urban lake. Science 296(5577):2373–2376
Silver S, Phung LT (2005) Genes and enzymes involved in bacterial oxidation and reduction of inorganic arsenic. Appl Environ Microbiol 71(2):599–608
Smedley PL, Kinniburgh DG (2002) A review of the source, behaviour and distribution of arsenic in natural waters. Appl Geochem 17(5):517–568
Sun WJ, Sierra-Alvarez R, Fernandez N, Sanz JL, Amils R, Legatzki A, Maier RM, Field JA (2009) Molecular characterization and in situ quantification of anoxic arsenite-oxidizing denitrifying enrichment cultures. FEMS Microbiol Ecol 68(1):72–85
Sun WJ, Sierra-Alvarez R, Milner L, Field JA (2010) Anoxic oxidation of arsenite linked to chlorate reduction. Appl Environ Microbiol 76:6804–6811
Tufano KJ, Reyes C, Saltikov CW, Fendorf S (2008) Reductive processes controlling arsenic retention: revealing the relative importance of iron and arsenic reduction. Environ Sci Technol 42(22):8283–8289
Turner AW (1949) Bacterial oxidation of arsenite. Nature 164(4158):76–77
USEPA (2001) National primary drinking water regulations; arsenic and clarifications to compliance and new source contaminants monitoring. Fed Regist 66(14):6975–7066
Wang YT, Suttigarn A (2007) Arsenite oxidation by Alcaligenes faecalis strain O1201 in a continuous-flow bioreactor. J Environ Eng 133(5):471–476