Войти
Halorespiration или дегалоидыхание или органо-галогенидное дыхание - это использование галогенированных соединений в качестве концевых акцепторов электронов в анаэробном дыхании. Halorespiration может играть роль в микробном биоразложении. Наиболее распространенными субстратами являются хлорированные алифатические соединения (PCE, TCE), хлорированные фенолы и хлороформ. Дегалоидные бактерии очень разнообразны. Этот признак обнаружен у некоторых протеобактерий, хлорофлекси (зеленые несерные бактерии), грамположительных клостридий с низким содержанием G + C. и ультрамикробактерии.
В процессе галоудыхания или дегалогенирования используется восстановительное дегалогенирование для производства энергии, которая может быть использована дышащим микроорганизмом для его роста и метаболизма. Галогенированные органические соединения используются в качестве концевого акцептора электронов, что приводит к их дегалогенированию. Восстановительное дегалогенирование - это процесс, при котором это происходит. Он включает восстановление галогенированных соединений путем удаления галогенных заместителей с одновременным добавлением электронов к соединению. Гидрогенолиз и вицинальное восстановление - два известных процесса этого механизма, которые были идентифицированы. В обоих процессах удаленные галогеновые заместители высвобождаются в виде анионов. Восстановительное дегалогенирование катализируется восстановительными дегалогеназами, которые представляют собой мембранно-ассоциированные ферменты. Предполагается, что ряд не только ассоциированных с мембраной, но и цитоплазматических гидрогеназ, в некоторых случаях как часть белковых комплексов, будет играть роль в процессе дегалореспирации. Большинство этих ферментов содержат кластеры железо-сера (Fe-S) и кофактор корриноид в своих активных центрах. Хотя точный механизм неизвестен, исследования показывают, что эти два компонента фермента могут участвовать в восстановлении.
Обычные субстраты, которые используются в качестве концевых акцепторов электронов в дегалоидыхание - это хлорорганические пестициды, арилгалогениды и алкильные растворители. Многие из них являются стойкими и токсичными загрязняющими веществами, которые могут быть разложены анаэробно только путем дегалогенреспирации, частично или полностью. Трихлорэтилен (TCE) и тетрахлорэтилен (PCE) являются два примера таких загрязнителей, и их деградация была в центре внимания исследований. PCE - это алкильный растворитель, который ранее использовался в химической чистке, обезжиривании оборудования и других областях. Он остается обычным загрязнителем грунтовых вод. Выделены бактерии, способные полностью разлагать PCE до этена, нетоксичного химического вещества. Было обнаружено, что они принадлежат к роду Dehalococcoides и используют H 2 в качестве своего донора электронов. В прошлом процесс дегалогенреспирации применялся для биоремедиации in situ PCE и TCE. Например, усиленное восстановительное дехлорирование использовалось для обработки загрязненных грунтовых вод путем введения доноров электронов и дегалоидыхающих бактерий на загрязненный участок, чтобы создать условия, которые стимулируют рост бактерий и дегалогенодыхание. При усиленном восстановительном дехлорировании загрязняющие вещества действуют как акцепторы электронов и полностью восстанавливаются с образованием этена в серии реакций.
Экологически важным аспектом бактериального галоудыхания является восстановление тетрахлорэтена (PCE) и трихлорэтена (TCE); антропогенные загрязнители с высокой нейротоксичностью и гепатотоксичностью. Их присутствие в качестве загрязнителей окружающей среды возникло в результате их обычного промышленного использования в качестве обезжиривающих веществ с 1920-х по 1970 год. Эти ксенобиотические соединения имеют тенденцию образовывать частично нерастворимые слои, называемые плотными жидкостями в неводной фазе (DNAPL), на дне подземных вод водоносных горизонтов., которые растворяются медленно, подобно резервуару, что превращает ТВК и ПКЭ в число наиболее распространенных загрязнителей подземных вод.
Обычно используемой стратегией удаления ТВК и ПКЭ из подземных вод является использование биоремедиация посредством усиленного восстановительного дехлорирования (ERD). ERD включает in-situ инъекции дегалоидыхающих бактерий среди ферментируемых органических субстратов, служащих донорами электронов, в то время как два загрязняющих вещества, TCE и PCE, действуют как акцепторы электронов. Это облегчает последовательное дехлорирование PCE и TCE до вредного цис- дихлорэтен (DCE) и винилхлорида (VC), которые затем подходят в качестве акцепторов электронов для полного дехлорирования до безвредных этен.
Широкий спектр бактерий различных родов обладает способностью частично дехлорировать PCE и TCE в цис-DCE и VC. Одним из таких примеров является бактерия Magnetospirillum, штамм MS-1, которая может восстанавливать PCE до цис-DCE в аэробных условиях. Однако эти дочерние субстраты имеют более высокие профили токсичности, чем их родительские соединения. Таким образом, эффективное дехлорирование цис-DCE и VC до безвредного этена имеет решающее значение для биоремедиации водоносных горизонтов, загрязненных PCE и TCE. В настоящее время бактерии рода Dehalococcoides являются единственными известными организмами, которые могут полностью дехлорировать PCE в этен. Это связано с их специфическими трансмембранными восстановительными дегалогеназами (RDases), которые метаболизируют атомы хлора в ксенобиотических загрязнителях для получения энергии клеток. В частности, изоляты VS и BAV1 Dehalococcoides кодируют RDases винилхлорида, которые метаболизируют VC в безвредный этен, что делает их необходимыми видами в системах ERD, используемых для биологической очистки PCE и TCE.
