[发明专利]一种不动杆菌及其降解吲哚的方法和应用

说明书

本发明提供一种降解吲哚的不动杆菌WWZ，保藏编号：CGMCC No.22538。本发明菌株WWZ能以比现有菌株更高的速率以吲哚唯一碳源生长并降解吲哚，不但拥有较好的底物广谱性，且在苯、苯酚、萘等常见有机污染物与吲哚共存的情况下也能生长并降解吲哚，说明对于复杂的实际生境有更强的适应能力；当生长环境中含有葡萄糖等优质碳源时，对于吲哚的降解速率相较于现有技术会有更大的提升；对于生长环境中氧气的含量具有很强的耐受性，对于实际处理废水中溶解氧的变化具有抵抗力。

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，更具体地说，涉及一种不动杆菌及其降解吲哚的方法和应用。

背景技术

吲哚是一种氮杂环芳香族化合物，通常由细菌(如E.coli等)通过色氨酸酶(TnaA)转化色氨酸产生。吲哚广泛存在于动物肠胃和植物根际，由于其一般产生于稳定期，也被视为细菌的一项生理生化指标。长期以来，吲哚被认为是一种典型的氮杂环芳香族污染物，具有毒性和潜在的致突变性能，能引起动物溶血、血红蛋白尿肾病、暂时性皮肤刺激、肿瘤形成和慢性关节炎症等。此外，吲哚还可以诱发细菌的膜毒性和氧化毒性，通过调节膜电位阻止细胞分裂，抑制三磷酸腺苷的产生和蛋白质折叠，引起可修复的DNA损伤等。近年来的研究发现，吲哚还可以作为一种种内、种间甚至跨界的信号分子，对微生物、植物或动物的行为进行调控。对于微生物而言，吲哚可以影响其毒力、生物膜形成、抗生素耐受性、耐酸性、耐热性、持久性形成等，还可以对菌群的群体感应产生影响；对于植物而言，吲哚可以调控植物的生长和防御系统；对于动物，吲哚可以调控动物的氧化应激、肠道炎症和激素分泌，对人类的代谢型疾病如二型糖尿病有着一定的影响。

随着煤炭开采、石油加工和烟草工业的发展，大量吲哚出现在排放的废水和废气之中，从而对环境造成一定的污染。此外，世界各地畜牧业的发展造成了严重的动物粪便污染和难闻的气味，其中由肠道厌氧菌产生的吲哚和粪臭素会大量挥发。牲畜废水排放和农用土地上的生物固体应用而释放到环境中，被认为是造成牲畜污染的主要原因。一方面，吲哚具有毒性和“三致”效应等，会对人类的健康安全带来直接威胁；另一方面，吲哚作为信号分子的调控作用，还会导致废水中微生物生理特性的转变，比如增强致病病原菌的毒力、抗生素耐受性、生物膜形成能力等等，间接增加了处理废水时抗生素的使用量，导致了出水水质的降低，造成环境污染。因此，在废水处理时，需要通过一定的技术手段将其中的吲哚去除。

利用微生物降解吲哚是目前一个主流的研究方向。吲哚在产吲哚细菌中是稳定的，但许多非产吲哚细菌和真核生物可以利用多种加氧酶修饰或降解吲哚(如萘双加氧酶(NDO)、多组分苯酚羟化酶(mPH)、细胞色素P450单加氧酶等)，将吲哚从体系中完全去除。吲哚的降解分为好氧降解和厌氧降解，但都要经过羟基化这一必要步骤，且在这两种降解条件下，靛红、二羟基吲哚和邻氨基苯甲酸都是常见的中间体。不同之处在于，在好氧条件下，吲哚第一步通常在C3或C2/C3位进行有氧氧化；而在厌氧条件下，吲哚通常在C2位羟基化，产生二羟基吲哚。吲哚的厌氧降解通常在产甲烷、硫酸盐还原和反硝化这三种条件下进行。相比之下，好氧降解通常有着更高的速率。本课题组前期从吲哚驯化的活性污泥样品中分离出了Cupriavidus sp.SHE，菌株SHE在30℃和150r/min的无机盐培养基中可以利用吲哚作为唯一碳源生长,并在24h内降解吲哚生成靛红、靛红酸和邻氨基苯甲酸盐。此外，部分吲哚降解菌还可以将吲哚转化为靛蓝，将其资源化，用于印染、食品、制药和半导体工业。相比需要利用有毒化合物(苯胺等)作为底物并产生工业废水的化学合成，生物合成靛蓝具有环境友好的优点，因而引起研究者广泛关注。