铜绿假单胞菌AAK/M5菌株中甲烷和氮代谢途径的评估与功能基因组学研究

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Assessment and functional genomic investigation of methane and nitrogen metabolizing pathways in Pseudomonas aeruginosa strain AAK/M5

铜绿假单胞菌AAK/M5在协同硝化反硝化体系中可利用甲烷和铵/硝酸盐作为碳氮源，分别提升11%和3.6倍去除效率，检测到甲烷氧化和硝酸盐还原的中间产物，并通过CuSO4诱导发现与氨单加氧酶和甲烷单加氧酶同源的酶，验证其代谢能力。

　　

摘要

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）已被证实可以通过多种代谢途径降解C1化合物和无机氮化合物。本研究旨在揭示铜绿假单胞菌 AAK/M5菌株中尚未被探索的CH₄和NH₄氧化途径，以便在共生的硝化-反硝化培养基中利用C1和N1化合物。当以CH₄作为碳源时，NH₄⁺–N和NO₃^––N的去除率分别提高了约9%和11%。同样，在以NO₃^–-N作为氮源的培养基中，CH₄的去除率比以NH₄⁺-N为氮源的培养基高出3.6倍。研究还检测到了甲烷氧化的中间产物（如CH₃OH、HCOOH）以及硝酸盐还原的中间产物（如NO₂^––N）。在CuSO₄存在下诱导甲烷/氨单加氧酶（methane/ammonia monooxygenase）时，发现10 μM CuSO₄浓度下NH₄⁺–N的去除率最高（84.89 mg/L），CH₄的去除率最高（30%）。使用高密度静息细菌细胞在磷酸盐缓冲液中进行降解动力学实验，得到NH₄⁺–N、NH_{2⁺–N、NO3^––N、NO2^––N和CH3OH的降解速率常数（μmax，单位：min^?1）分别为0.0018、0.0049、0.0034、0.0038和0.0012。此外，通过计算机模拟（in silico）分析确认了存在能够氧化CH4/NH3的酶，这些酶与氨单加氧酶C亚基和可溶性甲烷单加氧酶C亚基的同源性分别为38.3%和31.4%。进一步研究发现，该菌基因组中还存在一种醌蛋白甲醇脱氢酶（quinoprotein methanol dehydrogenase）。这些结果表明，铜绿假单胞菌 AAK/M5菌株在氨氮/硝酸盐氮存在下具有降解CH4的能力，这得益于其与氨单加氧酶和可溶性甲烷单加氧酶的关键酶具有同源性。}

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）已被证实可以通过多种代谢途径降解C1化合物和无机氮化合物。本研究旨在揭示铜绿假单胞菌 AAK/M5菌株中尚未被探索的CH₄和NH₄氧化途径，以便在共生的硝化-反硝化培养基中利用C1和N1化合物。当以CH₄作为碳源时，NH₄⁺–N和NO₃^––N的去除率分别提高了约9%和11%。同样，在以NO₃^–-N作为氮源的培养基中，CH₄的去除率比以NH₄⁺-N为氮源的培养基高出3.6倍。研究还检测到了甲烷氧化的中间产物（如CH₃OH、HCOOH）以及硝酸盐还原的中间产物（如NO₂^––N）。在CuSO₄存在下诱导甲烷/氨单加氧酶时，发现10 μM CuSO₄浓度下NH₄⁺–N的去除率最高（84.89 mg/L），CH₄的去除率最高（30%）。使用高密度静息细菌细胞在磷酸盐缓冲液中进行降解动力学实验，得到NH₄⁺–N、NH_{2⁺–N、NO3^––N、NO2^––N和CH3OH的降解速率常数（μmax，单位：min^?1）分别为0.0018、0.0049、0.0034、0.0038和0.0012。此外，通过计算机模拟（in silico）分析确认了存在能够氧化CH4/NH3的酶，这些酶与氨单加氧酶C亚基和可溶性甲烷单加氧酶C亚基的同源性分别为38.3%和31.4%。进一步研究发现，该菌基因组中还存在一种醌蛋白甲醇脱氢酶（quinoprotein methanol dehydrogenase）。这些结果表明，铜绿假单胞菌 AAK/M5菌株在氨氮/硝酸盐氮存在下具有降解CH4的能力，这得益于其与氨单加氧酶和可溶性甲烷单加氧酶的关键酶具有同源性。}