食品与生物工程学院唐洁教授课题组:源于传统发酵食品的微生物菌株降解拟除虫菊酯类农药的机制研究

作者:余萱来源:食品与生物工程学院浏览次数:19

近日,我校食品与生物工程学院唐洁教授课题组在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》(中科院1区, JCR1区, IF=6.1)《Pesticide Biochemistry and Physiology》(中科院1区,JCR1区, IF=4.7)《Chemosphere》(中科院2区,,JCR1区, IF=8.8)等国际TOP期刊上针对食品污染物拟除虫菊酯类农药的生物降解发表多篇研究论文。

拟除虫菊酯是从菊花中提取的天然除虫菊酯的合成衍生物,由菊花酸酯及其酸和醇的卤化衍生物组成,该类农药具有杀虫活性高、击倒速度快、对哺乳动物低毒和杀虫谱广等特性,如今被广泛应用于农林业、工业以及家庭的昆虫防治中。然而,拟除虫菊酯的大范围使用会带来许多负面影响,不仅对环境造成污染,而且食品中残留的拟除虫菊酯直接威胁人类健康。因此,发掘有效方法来消除或减少环境和食品中的拟除虫菊酯残留至关重要。

微生物介导的生物降解技术具有经济环保、适应性强、作用底物广、副产物少以及代谢途径多样等优势,是消除拟除虫菊酯类农药的有效方法。传统食品发酵过程中富含丰富的微生物,在该过程中残留的拟除虫菊酯农药得到降解。因此,从发酵食品中筛选高效降解拟除虫菊酯类农药的微生物菌株,利用多组学技术探讨不同菌株降解拟除虫菊酯的机制,挖掘与降解相关的基因,可帮助探索食品发酵过程中农药残留的降解规律,同时为食品中农药残留的生物处理提供菌种开发方案。

余萱,王素,唐洁(通讯作者)等在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》期刊中发表的“Microbial Fermentation as an Efficient Method for Eliminating Pyrethroid Pesticide Residues in Food: A Case Study on Cyfluthrin and Aneurinibacillus aneurinilytcus D21”发现从传统发酵食品——郫县豆瓣中筛选得到的解硫胺素芽孢杆菌D-21可以有效降解氟氯氰菊酯,并将全基因组和代谢组数据结合分析,揭示了氟氯氰菊酯生物降解的新途径。


研究亮点:解硫胺素芽孢杆菌D-21是一株分离于传统发酵食品的新的氟氯氰菊酯降解细菌。菌株D-2172 h内对45 mg/L的氟氯氰菊酯的降解率高达90.37%结合全基因组和代谢组数据分析揭示了氟氯氰菊酯生物降解新途径。

研究结论:从传统发酵食品——郫县豆瓣中分离筛选到一株高效降解氟氯氰菊酯的Aneurinibacillus aneurinilyticus D-21,在pH7.0、接种量为7%LB培养基中培养72 h后,对45 mg/L的氟氯氰菊酯的降解率高达90.37%结合全基因组和代谢组数据分析,揭示了氟氯氰菊酯降解新途径,即菌株D-21通过腈水解酶和碳氮裂解酶催化断裂α-氰基,并将酯键氨化为酰胺。证实了菌株D-21具有芳香族化合物的代谢潜力和耐受环境污染物的能力,阐明了菌株D-21在发酵和氟氯氰菊酯降解两个过程中的作用机制。为食品微生物在农药残留中的处理应用提供了新的菌种资源。


 图文赏析:

 原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c09024


彭川宁,唐洁(通讯作者),周雪瑞等在《Pesticide Biochemistry and Physiology》期刊中发表“Quantitative proteomic analysis reveals the mechanism and key esterase of β-cypermethrin degradation in a bacterial strain from fermented food” 探讨了源于传统酿造郫县豆瓣中分离得到的食碱戈登氏菌GH-1对高效氯氰菊酯的降解机制,利用定量蛋白组分析揭示了氯氰菊酯的降解酶系,并通过异源表达技术,验证了参与降解的关键酯酶。


研究亮点:食碱戈登氏菌GH-1是一种源于发酵食品的高效氯氰菊酯降解菌。通过定量蛋白组分析揭示了食碱戈登氏菌GH-1对高效氯氰菊酯的降解机制。通过RT-qPCR和异源表达技术验证了参与降解过程的关键基因和关键酶。

研究结论:分离于郫县豆瓣的食碱戈登氏菌GH-1具有高效氯氰菊酯降解能力,其降解酶主要分布于胞内,并可由高效氯氰菊酯诱导表达,具有一定的耐高温耐碱特性。 定量蛋白质组分析显示,在高效氯氰菊酯的胁迫下,菌株GH-1中与降解有关的蛋白上调,包括膜蛋白、转运蛋白和能量代谢蛋白等。结合转录组学和蛋白质组学,揭示了菌株GH-1对高效氯氰菊酯的降解机制,并通过RT-qPCR和异源表达证实了组学分析的准确性。该研究揭示了微生物在食品发酵过程中降解高效氯氰菊酯的机理,为利用食品微生物进行高效氯氰菊酯残留处理提供理论依据。


 图文赏析:

 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.pestbp.2024.105858


张潆月,唐洁(通讯作者)等在《Chemosphere》期刊中发表的“Mechanism of deltamethrin biodegradation by Brevibacillus parabrevis BCP-09 with proteomic methods”探讨了食品源微生物类短短芽孢杆菌BCP-09对溴氰菊酯的降解特性,并结合蛋白组分析技术从多个角度探讨了该菌对溴氰菊酯的降解机制。


研究亮点:类短短芽孢杆菌BCP-09能够在96小时内降解75 mg/L的溴氰菊酯。 根据蛋白质组学研究结果,揭示了菌株BCP-09对溴氰菊酯的降解机理。RT-qPCR和酶活性分析验证了菌中溴氰菊酯降解相关酶的表达。菌株BCP-09产生的内生孢子增强了其对溴氰菊酯的抗性。

研究结论:降解特性分析显示类短芽孢杆菌BCP-09pH=7,温度37℃,溴氰菊酯浓度为75 mg/L的最优条件下,96 h后对溴氰菊酯的降解率为95.41%±1.33根据GC-MS对中间代谢产物分析,推测菌株BCP-09对溴氰菊酯的降解通路是通过酯键断裂生成菊酸和3-苯氧基苯甲醛氰醇。蛋白质组学分析揭示,溴氰菊酯的降解过程主要由酯酶和氧化酶参与。在溴氰菊酯的胁迫下,菌株BCP-09中代谢相关蛋白显著上调,促进了细胞代谢和分子功能,使ATP产生增加;同时,孢子形成有助于菌株BCP-09抵抗溴氰菊酯毒性并增强其降解能力。该研究为消除拟除虫菊酯类农药残留及其中间代谢产物提供了优良的菌株资源和酶资源。


 图文赏析:


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.141100 


作者简介:


唐 洁

唐洁,乐鱼体育官方网站食品与生物工程学院教授,学院院长,四川省第十届食品科学技术学会副理事长、四川省第三届食品安全专家委员会专委会副主任委员、四川省食品安全风险评估专家委员会委员、四川省专家服务团专家、四川省机制体制改革项目专家库专家、四川省高等教育学会教育教学专家库专家,《Food Safety and Health》期刊共同主编。泰国易三仓官方网站兼职博导。近年来主持包括国家自然基金、四川省重点研发等省部级以上科研项目10余项,发表学术论文100余篇,获授权发明专利10余项,获科技成果9项,获中国生产力促进奖一等奖、中国轻工业联合会科学技术进步奖、成都市科技进步奖等,获四川省优秀教学成果一等奖2项、三等奖1项。主要研究方向包括:农产品及环境中农药残留生物降解的机理及精准调控,传统发酵食品微生物种质资源挖掘、改造和利用,调味品发酵过程优化与控制。

余萱,乐鱼体育官方网站食品与生物工程学院讲师。在Journal of Hazardous MaterialsBioresource TechnologyJournal of Cleaner Production等期刊发表SCI论文14篇。参与国家自然科学基金、省部级和市厅级项目3项。主要研究方向为食品和环境中微生物的代谢机制和功能基因的开发。研究的课题包括:食品源微生物降解拟除虫菊酯类农药的机制和应用;多组学分析真菌降解抗生素和偶氮染料的机理以及新的功能酶的开发与应用;利用益生菌预防和治疗抗癌类药物引起的肠炎研究等。

张潆月,乐鱼体育官方网站2021级食品科学与工程专业硕士研究生,参与发表论文7篇(第一作者SCI论文3篇)。

王素,乐鱼体育官方网站2021级生物与医药专业硕士研究生,参与发表论文7篇(共同第一作者SCI论文1篇)。

彭川宁,乐鱼体育官方网站2022级食品科学与工程专业硕士研究生,参与发表论文4篇(第一作者SCI论文1篇)。

周雪瑞,乐鱼体育官方网站2020级食品科学与工程专业硕士研究生,现为中科院成都生物所博士研究生,参与发表论文9篇(第一作者SCI论文2篇)。

责编:曾益

编审:陈彧

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