Бактерии-деструкторы ароматических углеводородов и их хлорпроизводных: разнообразие, особенности метаболизма, функциональная геномика

• Автор: Плотникова, Елена Генриховна
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 330 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 1. Бактериальная деструкция полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)

1.1. Бактерии-деструкторы ПАУ

1.2. Метаболические пути деструкции нафталина и фенантрена у бактерий

1.3. Генетические системы биодеградации ПАУ

1.4. Микробная деструкция ПАУ в условиях повышенной солености среды

1.4.1. Галотолерантные/галофильные бактерии-деструкторы ПАУ

1.4.2. Механизмы галоадаптации у бактерий
1.4.3. Ассоциации бактерий, осуществляющие разложение ПАУ в условиях
повышенной солености среды
ГЛАВА 2. Бактериальная деструкция бифенила и полихлорированных бифенилов (ПХБ)
2.1. Бактерии-деструкторы бифенила/ПХБ
2.2. Метаболические пути деструкции бифенила/ПХБ у бактерий
2.3. Бифенил 2,3-диоксигеназа - ключевой фермент разложения бифенила и хлорированных бифенилов
2.4. Генетические системы биодеградации бифенила/ПХБ
ГЛАВА 3. Разложение замещенных бензойных кислот бактериями
3.1. Бактерии-деструкторы хлорбензойных кислот (ХБК)
3.2. Метаболические пути и генетические системы деструкции ХБК у бактерий
3.3. Пути метаболизма пирокатехина и (метил)замещенных пирокатехина
3.4. Генетическое конструирование штаммов-деструкторов ХБК и ПХБ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 4. Материалы и методы исследования
4.1. Объекты исследования
4.2. Среды и условия культивирования
4.3. Накопительные культуры
4.4. Ростовые характеристики и определение субстратной специфичности
бактерий
4.5. Эксперименты по моделированию смешанных культур
4.6. Определение таксономического положения бактерий
4.6.1. Морфологические и физиолого-биохимические признаки
4.6.2. Методы анализа хемотаксономических признаков
4.6.3. Молекулярно-генетические методы
4.7. Денатурирующий градиентный гель электрофорез
4.8. Плазмиды и определение стабильности признаков биодеградации
4.9. Определение активностей ферментов биодеградации ПАУ
4.10. Очистка и характеристика ферментов штамма R. ruber Р
4.11. Изучение генов деструкции нафталина, бифенила, ХБК
4.11.1. Изучение функциональных генов методом ПЦР
4.11.2. Клонирование и изучение генов деструкции 2ХБК и 4ХБК
4.12. Аналитические методы
4.12.1. Изучение бактериальной деструкции ПАУ, ПХБ и ХБК
4.12.2. Выделение и анализ осмопротекторных соединений
4.13. Модельные почвенные системы
4.14. Статистическая обработка
ГЛАВА 5. Бактерии-деструкторы полициклических ароматических углеводородов
5.1. Бактерии рода Arthrobacter
5.2. Бактерии рода Rhodococcus
5.3. Спорообразующие бактерии родов Bacillus и Paenibacillus
5.4. Бактерии рода Pseudomonas

5.5. Бактерии порядка Actinomycetales, выделенные из почв/грунтов района солеразработок
5.6. Галотолерантные свойства бактерий-деструкторов ПАУ
5.7. Бактериальные гены, контролирующие начальные этапы деструкции
нафталина
ГЛАВА 6. Бактерии-деструкторы бифенила и полихлорбифенилов
6.1. Характеристика бактерий-деструкторов
6.2. Особенности разложения ароматических соединений штаммами Rhodococcus ruber Р25 и Microbacterium sp. В
6.2.1. R. ruber P25 - деструктор opmo-, пара-хя op ир о ванн ых бифенилов
6.2.2. Деструкция 4-метилбензойной кислоты (МБК) R. ruber Р25, ключевые ферменты катаболизма МБК
6.2.3. Экстрахромосомальные ДНК штамма R. ruber Р
6.2.4. Деструкция ПХБ штаммом Microbacterium sp. В
6.3. Разнообразие генов, кодирующих а-субъединицы ферментов
подсемейства бифенил/толуол диоксигеназ, исследуемых бактерий
ГЛАВА 7. Природные и генетически-модифицированные бактерии-деструкторы хлорированных бензойных кислот
7.1. Характеристика бактерий-деструкторов ХБК, изолированных из техногенных почв
7.2. Генетические системы деградации хлорбензойных кислот
7.2.1. Гены раннего дегалогенирования 4ХБК бактерий рода Arthrobacter
7.2.2. fcb-Гены бактерий-деструкторов из техногеннозагрязненных почв
7.3. ohb-Гены, контролирующие окислительное дегалогенирование орто-замещенных хлорбензоатов, штамма Pseudomonas aeruginosa
7.4. Конструирование метаболических путей деструкции хлорароматических
соединений с использованием fcb- и ohb-генов
7.4.1. Клонирование и экспрессия fcb-генов в составе рекомбинантной плазмиды в клетках P. putida, конструирование гибридного пути деградации 4-хлорбензоата

позитивной регуляции nah-генов (Воронин, Цой, 1989; Tropel, van der Meer, 2004).
Исследован генетический контроль разложения нафталина через гентизат для штамма Ralstonia sp. U2. nag-Оперон содержит гены деградации нафталина, соответствующие генам “верхнего” пути окисления нафталина штамма P. putida G7, в том же порядке {nagA a GHA ЪА с A dBFCQEDJIKLMN), за исключением двух дополнительных открытых рамок считывания между генами nagAa и nagAb, обозначенных nagG и nagH и ответственных за синтез структурных субъединиц салицилат 5-гидроксилазы (рис. 5). Гены nagl, nagK и nagL кодируют ферменты катаболизма гентизата в фумарат и пируват: гентизат 1,2-диоксигеназу, фумарилпируват гидроксилазу, малеилпируват изомеразу, соответственно. Функция белков - продуктов генов JMN не ясна Ген, кодирующий регуляторный белок, и ген хемотаксиса расположены перед геном nagAa. Все гены, расположены на 18 т.п.н. регионе, который регулируется транскрипционным регулятором LysR-типа по описанной для nah-генов модели (Fuenmayor et al., 1998; Zhou et al., 2001, 2002; Jones et al., 2003).
Таким образом, сравнение структурной организации генов, контролирующих конверсию нафталина в салицилат, штаммов P. putida Gl и Ralstonia sp. U2 показало ее сходство. Кроме того, транскрипция гена nagR осуществляется в направлении противоположном транскрипции
функциональных генов. Также необходимо отметить, что для обоих штаммов предложена модель позитивной регуляции. Эти данные указывают на наличие общего анцестора (Jones et al., 2003).