使用Perinereis gut细菌降解BDE-28：优化过程、降解途径及动力学研究

《International Biodeterioration & Biodegradation》：BDE-28 degradation using Perinereis gut bacterium: optimization, pathways, and kinetic study

高效降解溴化阻燃剂BDE-28的肠道菌群研究及优化策略，发现Perinereis sp.伴生菌PGC-2在pH 7.0、35℃、5%接种量条件下，144小时内完全降解50 mg/L BDE-28，通过GC-MS证实还原脱溴途径，动力学模型显示Richards和Logistic模型适用。

　　

Pooja Thathola | Moumita Bhowmik | Soumya Haldar

印度古吉拉特邦Bhavnagar市，CSIR-中央盐与海洋化学研究所海洋元素与海洋环境部门，邮编364 002

摘要

溴化二苯醚（BDEs）是一类持久性有机污染物（POPs），由于其毒性和抗降解性而备受环境关注。本研究展示了通过Perinereis属肠道细菌（PGC-2）高效降解2,4,4′-三溴二苯醚（BDE-28）的过程。在优化条件下（pH 7.0、35°C、接种量5%、BDE-28浓度50 mg L^?1），144小时内实现了完全降解，这一过程通过GC-MS分析证实了是通过还原脱溴途径实现的。动力学建模显示，BDE-28浓度的高低分别适合用Richards模型和Logistic模型来描述其生长行为。这些发现表明多毛类动物的肠道微生物群是一种此前未被探索过的、有效的生物资源，可用于溴化阻燃剂的生物降解和解毒，从而推动可持续的生物修复策略的发展。

引言

多溴化二苯醚（PBDEs）是一类广泛用于塑料、纺织品和电子设备中的溴化阻燃剂，旨在降低易燃性（Portet-Koltalo等人，2021年；Zhong等人，2025年）。其中，2,4,4′-三溴二苯醚（BDE-28）是水生生态系统中检测到的最常见的一种同系物（Ohoro等人，2021年；Gao等人，2024年）。由于其疏水性和化学稳定性，BDEs具有高疏水性（log K_ow ≈ 6.0）、低水溶性（25°C时约为0.03–0.05 mg L^?1）以及极低的蒸气压（约10^?7 Pa），这些特性使其易于吸附在沉积物和有机物上，从而限制了其通过非生物途径的扩散。据报道，其环境半衰期从几个月到几年不等，尤其是在沉积物和能量较低的水环境中，这进一步支持了将其归类为持久性有机污染物（POPs）的依据，并突显了需要有效的生物转化策略的必要性，同时也引发了全球对其环境和人类健康影响的担忧。长期接触BDE-28及其相关同系物与内分泌干扰、神经毒性、发育异常和致癌性有关。POPs在食物网中的持久性和生物累积特性使其成为需要优先治理的污染物（Azubuike等人，2016年；Yao等人，2021年）。目前已有几种BDEs的治理方法，主要包括化学氧化、光解和热处理（Kim等人，2012年；Ko等人，2022年；Motamedi等人，2022年；Yao等人，2021年）；然而，这些方法成本高昂、能耗大，且可能产生有毒副产物。相比之下，微生物降解提供了一种环保、经济且可持续的替代方案（Thathola和Pandey，2025年），因为微生物拥有脱卤酶和氧化还原酶等酶系，能够催化BDEs的脱溴及后续矿化过程，生成危害较小的化合物。最近的研究强调了水生无脊椎动物肠道微生物在降解持久性有机污染物方面的独特作用（Zhao等人，2018年；Xu等人，2022年；Kristensen，2001年；Martins和Barros，2022年；Miri等人，2023年；Murugesan等人，2025年；Bhowmik等人，2025年；Budaeva等人，2024年；Koo和Seo，2017年）。尽管关于多毛类动物肠道微生物的研究较少，但Capitella teleta、Arenicola marina和Nereis diversicolor等物种已显示出它们能够耐受并降解有机污染物的能力，这表明多毛类动物肠道微生物可能在污染物解毒中发挥重要作用（Sizmur等人，2013年；Hochstein等人，2019年；Jang等人，2021年；Pedro等人，2022年）。

本研究报道了Perinereis属肠道细菌对BDE-28的降解潜力。研究内容系统包括：（i）从肠道微生物群中分离并鉴定能够降解BDE-28的细菌菌株；（ii）利用RSM-BBD方法优化影响BDE-28降解的关键环境参数；（iii）评估不同BDE-28浓度下的降解效率和生长动力学；（iv）阐明还原降解途径并鉴定导致矿化的中间代谢物。这项工作结合了微生物生态学、环境生物技术和生物修复技术，为开发海洋和河口环境中减少POPs的环保策略奠定了基础。据我们所知，这是首次使用Perinereis属肠道细菌进行BDE-28降解的详细研究。

化学物质

BDE-28（纯度99%）（CAS编号41318-75-6）、甲醇、甲苯（Merck，印度）。营养培养基：酵母提取物（0.5 g/L）、蛋白胨（5 g/L）、NaCl（0.25 g/L）（Himedia，印度）；最小盐培养基（MSM）：MgSO₄·7H₂O（0.6 g/L）、CaCl₂·2H₂O（0.1 g/L）、K₂HPO₄（0.80 g/L）、FeSO₄·7H₂O（0.2 g/L）、NaNO₃（0.30 g/L）、(NH4)₂SO₄（1.00 g/L）、FeCl₃（0.2 g/L）（Finar，印度）。

采样地点

多毛类动物采自Khambhat湾（GoKh）的潮间带泥滩，靠近Nishkalank（Nishkalank Mahadev朝圣地）（Bhowmik等人，

细菌菌株鉴定

为了鉴定从多毛类动物肠道中分离出的高效降解BDE-28的细菌菌株（图1），系统地监测了细菌生长情况（OD₆₀₀）和BDE-28的残留浓度，这些细菌以BDE-28作为唯一的碳源和能量来源。

在富集过程中获得的所有菌株中（Bhowmik等人，2025年），PGC-2表现出最高效和最稳定的BDE-28降解能力，体现了其对污染物的优异代谢适应性。

结论

本研究证明，PGC-2菌株在优化条件下（pH 7.0、35°C、接种量5%、BDE-28浓度50 mg L^?1）能够高效降解持久性溴化阻燃剂BDE-28，并在144小时内实现完全去除。采用BBD的响应面方法成功确定了影响降解效率的关键操作参数。这项工作揭示了多毛类动物肠道微生物群的降解潜力，这一发现具有重要的生态学意义。

CRediT作者贡献声明

Pooja Thathola：撰写初稿、验证、软件使用、方法论设计、数据分析、概念构建。 Moumita Bhowmik：方法论设计。 Soumya Haldar：撰写与编辑、验证、监督、资源管理、项目实施、资金获取、概念构建。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢S.C. Ghosh博士提供GC-MS分析设备。该手稿的PRIS编号为CSIR-CSMCRI-166/2025。