浙江大学学报(农业与生命科学版28(2:208~212,2002JournalofZhejiangUniversity(Agric1LifeSci1收稿日期:2001204202基金项目:浙江省科学技术厅重点资助项目(001103258作者简介:刘和(1974-,男,江西吉安人,博士生,主要从事环境生物技术的研究.:100829209(20020220208205环境生物修复中高效基因工程菌的构建策略刘和,陈英旭(浙江大学环境工程系,浙江杭州310029摘要:通过对环境污染物的生物降解机制及妨碍污染物降解的因素进行分析,提出了几种高效基因工程降解菌的构建策略,包括重组污染物降解基因以优化污染物降解途径、重组污染物摄入相关基因以改善对污染物的生物可利用性和重组环境不利因子抵抗基因以增强其环境适应性等Λ关键词:生物修复;基因工程菌;污染物降解基因;:X502文献标识码:ALIUHe,CHENYing2(t.Engineering,ZhejiangUniv.,Hangzhou310029,ChinaConiesgeneticallyengineeredbacteriaforenvironmentbioremediation.JournalofZhe激angU(Agric1LifeSci1,2002,28(2:2082212Abstract:Geneticallyengineeredbacteriaholdpromisingpotentialinthefutureapplicationsofbioreme2diation.Thispaperpresentsseveralconstructionstrategiesofgeneticallyengineeredbacteriaforthebioremediationpurposethroughanalyzingthebiodegradationmechanismsofpollutantsandencumber2ingfactorsforefficacyofbiodegradation.Thesestrategiesincludeoptimizationofthedegradationpath2ways,improvementofthebioavailabilitytopollutantsandenhancementoftheabilitiesoftolerancetotheenvironmentalhazardousfactors.Keywords:bioremediation;geneticallyengineeredbacterium;pollutantcatabolicgene;environmentalbiotechnology受污染环境的生物修复技术是一项蓬勃发展的环境污染治理技术,因其对受污染环境的生态风险小、费用低廉而日益引起各国政府部门和环境科学研究者的关注Λ微生物丰富的生物多样性决定了其代谢类型与污染物降解途径的广泛多样,因此在实际中得到了更多的应用Λ然而受微生物对污染物特别是难降解污染物的降解能力所限,生物修复技术具有修复周期长的明显缺点,阻碍了这一技术在现实中的发展和应用Λ构建高效的基因工程菌可以显著提高污染物的降解效率[1],它为解决生物修复周期长等问题提供了崭新的途径Λ环境微生物尤其是细菌中的污染物降解基因、降解途径等许多污染物降解机制的阐明为构建具有高效降解性能的污染物降解基因工程菌提供了可能[2]Λ本文通过对污染物生物降解机制以及阻碍污染物降解的相关因素进行分析,提出几种高效基因工程菌的构建策略Λ1优化污染物的降解途径1.1重组互补代谢途径有机污染物在降解菌编码的一系列酶催化作用下,逐步从复杂大分子化合物降解成简单的无机小分子化合物Λ一些难降解有机污染物特别是人工合成化合物(xenobiotics还需要不同降解菌之间的协同代谢或经共代谢等复杂机制才能最终得以降解,这无疑降低了污染物的降解效率Λ因为污染物代谢产物在不同降解菌间的跨膜转运是耗能过程,对细菌来说这是一种不经济的营养方式Λ另外,某些污染物的中间代谢产物可能具有毒性或对代谢活性有抑制作用,如不能被迅速代谢利用,谢过程产生抑制作用Λ菌降解污染物的种类、在显著差异,重组,途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力,从而提高生物修复效率Λ近年来,随着对污染物降解机理的逐步阐明及分子生物学实验手段的飞速发展,运用污染物互补降解途径重组策略已构建出越来越多的超级降解工程菌Λ多氯联苯(PCBs是自然环境中广泛存在的一类难降解污染物ΛPCBs在好氧条件下通过细菌bphA基因编码的联苯双加氧酶催化联苯裂解,生成氯代苯甲酸(CBA以及异戊二烯酸Λ后者最终降解成CO2和H2O,但细菌对CBA因缺乏相应的降解基因而不能继续降解Λ由于CBA对联苯双加氧酶具有强烈的抑制作用,使整个PCBs的降解效率显著降低Λ与此同时,某些细菌中发现的脱卤素基因,如Pseudomonasaeruginosa142中的ohb以及ArthrobacterglobiformisK主题1中的fcb等,它们能迅速脱除CBA上的氯,使CBA顺利进入后续降解步骤,同时也解除了CBA对整个降解途径的抑...