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東農EES：Cu抑制細菌降解增塑劑的離子穩態機制
| NMT作為生命科學底層核心技術，是建立活體創新科研平臺的*技術。2005年~2020年，NMT已扎根中國15年。2020年，中國NMT銷往瑞士蘇黎世大學，正式打開歐洲市場。 |
基本信息
主題：Cu抑制細菌降解增塑劑的離子穩態機制
期刊：Ecotoxicology and Environmental Safety
影響因子：4.872
研究使用平臺：NMT環境毒理創新科研平臺
標題：Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfacesto co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper
作者：東北農業大學張穎
檢測離子/分子指標
K+ 、Ca2+
檢測樣品
節桿菌JQ-1細胞
中文摘要（谷歌機翻）
節桿菌JQ-1可以在3天內*降解500 mg / L的DEHP。Cu2+的抑菌濃度（MICs）可能達到1.56mM，但是5.0mg/L Cu2+明顯抑制了DEHP降解和細菌生長。因此，JQ-1暴露于DEHP-銅環境下，以基于細胞多個界面（細胞表面，膜和細胞內特性）的生理反應來驗證毒性機理。結果表明，500mg/L的DEHP和5.0mg/L的Cu2+組合可顯著降低細胞表面疏水性（CSH）和ζ電勢的值，這表明DEHP的生物利用度降低。細胞表面的變化主要是由于Cu2+和某些官能團（CH2，CH3，芳環和酰胺）之間的相互作用。穿過質膜的質子動力（PMF）減弱可能會*量的形成和利用，這不利于細胞損傷的修復過程。本研究*將非損傷微測技術（NMT）應用于DEHP和重金屬離子的聯合毒性研究。DEHP-銅增強了穿過質膜的K+流出和Ca2+的流入，從而干擾了離子鉀和鈣離子的穩態，并可能誘導細胞凋亡并進一步抑制DEHP降解。細胞內酯酶活性的下降表明代謝能力明顯受到抑制。這項研究增強了我們對響應污染物的細胞不同界面過程的理解。
離子/分子流實驗處理方法
（1）500 mg/L Glucose
（2）500 mg/L Glucose+5.0 mg/L Cu2+
（3）500 mg/L DEHP
（4）500 mg/L DEHP+5.0 mg/L Cu2+
處理3天
離子/分子流實驗結果
圖A和圖B給出了不同處理下的實時K+和Ca2+流速，其中正值表示外排，負值表示內流。條形圖中還顯示了不同系統中K+和Ca2+流速的平均值（圖C和D）。在DEHP+Cu2+處理中，JQ-1的K+外排量高于其他組，即DEHP和Cu2+的組合顯著抑制了K+的內流速率。相比之下，當JQ-1暴露于DEHP-銅時，Ca2+的內流量增加，而無銅存在的處理則明顯促進了Ca2+的內流量。
其他實驗結果
Cu2+、Ni2+、Co2+和Zn2+在1.56mM時對菌株JQ-1的生長有抑制作用。
當JQ-1菌株以葡萄糖為碳源時，銅的加入減緩了細菌的生長速度，降低了OD600的大值。當DEHP作為碳源時，前12h添加銅可以提高細菌的生長速度，但會迅速進入下降期。
在葡萄糖培養條件下，JQ-1菌株的掃描電鏡圖像呈現出單細胞表面起皺，邊緣清晰，形狀規則的狀態。當培養基中含有葡萄糖和Cu2+時，細菌的形態沒有明顯變化，但細胞表面附著了大量絮狀沉積顆粒。當細菌在DEHP中培養時，單個細菌的表面紋理減少，邊緣變得不規則和光滑。當DEHP和Cu+共同培養時，細胞變得粗糙和不規則。一些細胞的結構甚至消失，產生碎片。
Cu2+可能通過與JQ-1細胞表面官能團的相互作用影響DEHP的吸附過程。
在葡萄糖中，細胞酯酶活性，高于單一DEHP污染。在兩種碳源處理中，Cu2+污染物的存在降低了細胞酯酶活性。DEHP和Cu2+的組合對酯酶活性的抑制作用。
結論
節桿菌JQ-1的性能優于其他已報道的菌株，無論是酸性土壤還是堿性土壤，JQ-1都是一種出色的種質資源，可用于對高濃度DEHP污染的土壤進行生物修復。此外，JQ-1對高濃度重金屬表現出很高的耐受性。但是，DEHP和銅的綜合毒性遠大于它們各自的毒性。兩種污染物的結合對幾乎所有測試的界面特征都有明顯的不利影響。本研究強調了有機污染物和重金屬的聯合毒性，在可持續發展過程中起到了警示作用。
離子流實驗使用的測試液
1.0mM NaCl，1.0mM KCl，0.1mM CaCl2，0.1mM HEPES，1.0mM glucose，pH 7.0