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國際趨勢文章分享-宏基因體分析技術應用於調查整治場址(106/03)


大數量定序技術近年來普遍用於全面性調查整治場址中的微生物菌群,Bouhajja et al (2016)彙整此技術應用於三種不同的污染場址,首先為墨西哥的受原油污染的海底沈積物調查,64個受污染的樣本中發現14個沉積物的宏基因組(metagenomes)暴露出碳氫化合物與氮循環的降解路徑,且在重油衝擊區的沉積物中發現以uncultured GammaproteobacteriumColwellia為優勢菌群。此外,於此場址中也觀察到菌群種類的轉移現象,由污染初期的油降解共養菌群轉換至後期的典型海洋微生物族群(具低降解油碳氫化合物的菌群)。第二個案例為比較在芳香族污染土壤中進行生物刺激和非生物刺激的微生物組成之差異性,發現進行生物刺激的微生物主要是以降解芳香族化合物為主,而未進行生物刺激的微生物社群則是具有降解廣泛化合物的菌群組成。第三個案例則為受氯烯類化合物污染的土壤與地下水,觀察到在進行還原脫氯反應時主要是以多種相關菌群的微生物團來共同執行,而非單一主要菌群,其微生物團的組成包括ClostridiaceaeDehalococcoidesDesulfovibrioMethanobacteriumMethanospirillum and unknown Deltaproteobacterium。在解析Dehalococcoides屬的基因體序列中發現有406個重要的功能性基因,其中9個基因用於鈷胺素生物合成,17個基因為假定的還原性脫鹵基因,271個基因用於合成執行微生物社群中氫氣轉換機制的氫化酶。 而現地復育的樣本分析結果顯示,未處理前的微生物社群以Gammaproteobacteria為主要菌群,而經生物刺激法(biostimulation)處理後,菌群則轉化至以EpsilonproteobacteriaDeltaproteobacteria等兩大族群。根據宏基因體解析結果顯示,氯烯類化合物降解過程中,首先是由Epsilonproteobacteria (like Sulfurospirillum sp.)產生還原脫氯酵素降解三氯乙烯(TCE)至順-1,2-二氯乙烯(cis-1,2-DCE),而後再由Dehalococcoides屬將順-1,2-二氯乙烯降解至氯乙烯和乙烯。

    Atashgahi et al. (2016) 在利用添加甘油 (glycerol)來整治北京工業區受到三氯乙烯(TCE)污染的地下水時,發現FirmiculatesBacteriodetes and sulfate reducing Deltaproteobacteria的豐富度於添加甘油均有明顯的增加。在與現地背景水質參數進行比較後,觀察到發酵菌(fermenting bacteria)和硫酸還原菌(sulfate-reducing bacteria)的豐富度隨溶解性有機碳(DOC)濃度的減少而減少,而EpsilonproteobacteriaDeferribacteres (硫的氧化菌)的豐富度隨硫酸鹽濃度增加而增加。DOC濃度與發酵菌和硫酸還原菌有強烈的相關性,意味著共生關係有助於維持強大的脫氯反應。此外,Orders CampylobacterialesFlavobacterialesBurkholderialesPseudomonadales的豐富度與DO, ORP和硫酸鹽濃度成正比。 發酵菌(ClostridialesLactobacillalesBacteroidales)uncultured Bacteriodetes WCHB1-32DOC濃度成正比;然而,Clostridialesuncultured Bacteriodetes WCHB1-32則與DO成反比。而Dehalococcoidetes則與Fe(II)/Fe比例成負相關。

    Kao et al., (2016) 的研究中發現,於受氯烯類的污染場址中添加slow polycolloid-releasing substrate (SPRS)有助於優勢培養DehalogenimonasPseudomonas屬和Sulfuricurvum屬。Dehalogenimonas屬能夠執行厭氧還原脫氯,即使在高濃度的含氯脂肪烷烴族,為重要用於復育受污染的土壤地下水,而Sulfuricurvum屬能夠硫酸還原的情況下降解三氯乙烯(TCE)Pseudomonas屬則參與氯乙烯(VC)的同化程序。而Lowest common ancestor (LCA)的分析結果顯示,Dehalococcoides mccartyi佔所有偵測到的菌群中豐富度第二高的菌群,且在基因體的功能性分析結果發現,這些功能性基因主要與ChloroalkaneChloroalkene降解有關。而在KEGG資料庫比對結果發現,受PCE/TCE污染地下水的微生物菌群,經基因體上的功能蛋白解析後,發現具有20個不同的污染物降解路徑,其中一條為TCE的降解路徑。

 

資料來源:

1. Bouhajja, E., Agathos, A.N., George, I.F. Metagenomic: Probing pollutant fate in natural and engineered ecosystems. Biotech. Advances, (2016), 34: p.1413-1426.

2. Atashgahi, S., Lu Y., Zheng, Y., Saccenti, E., Suarez-Diez, M., Ramiro-Garcia, J., Elsenmann, H., Elsner, M., Stams, A.J.M., Springael, D., Dejonghe, W. and Smidt, H. Geochemical and microbial community determinants of reductive dechlorination at a site biostimulated with glycerol. Environ. Microbiol. (2016), DOI: 10.1111/1462-2920.13531.

3. Kao, C.-M., Liao, H.-Y., Chien, C.-C., Tseng, Y.-K., Tang, P., Lin, C.-E., Chen, S.-E. The change of microbial community from chlorinated solvent-contaminated groundwater after biostimulation using the metagenome analysis. J. Hazard. Materials, (2016), p.144-150.

發布日期:2017-06-08
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