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东农EES:Cu抑制细菌降解增塑剂的离子稳态机制|NMT环境毒理创新科研平台

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[成果与文献分享]

东农EES:Cu抑制细菌降解增塑剂的离子稳态机制|NMT环境毒理创新科研平台

 楼主| xuyue_2017 发表于 2020-11-13 11:24  
查看: 27918|回复: 0|
NMT作为生命科学底层核心技术,是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年,NMT已扎根中国15年。2020年,中国NMT销往瑞士苏黎世大学,正式打开欧洲市场。


东北农业大学资环学院张颖院长带你了解东农


基本信息
主题:Cu抑制细菌降解增塑剂的离子稳态机制
期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety
影响因子:4.872
研究使用平台:NMT环境毒理创新科研平台
标题:Physiological responses of Arthrobacter sp. JQ-1 cell interfacesto co-existed di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and copper
作者:东北农业大学张颖

检测离子/分子指标
K+ 、Ca2+

检测样品
节杆菌JQ-1细胞


中文摘要(谷歌机翻)

节杆菌JQ-1可以在3天内完全降解500 mg / L的DEHP。Cu2+的最低抑菌浓度(MICs)可能达到1.56mM,但是5.0mg/L Cu2+明显抑制了DEHP降解和细菌生长。因此,JQ-1暴露于DEHP-铜环境下,以基于细胞多个界面(细胞表面,膜和细胞内特性)的生理反应来验证毒性机理。结果表明,500mg/L的DEHP和5.0mg/L的Cu2+组合可显着降低细胞表面疏水性(CSH)和ζ电势的绝对值,这表明DEHP的生物利用度降低。细胞表面的变化主要是由于Cu2+和某些官能团(CH2,CH3,芳环和酰胺)之间的相互作用。穿过质膜的质子动力(PMF)减弱可能会干扰能量的形成和利用,这不利于细胞损伤的修复过程。本研究首次将非损伤微测技术(NMT)应用于DEHP和重金属离子的联合毒性研究。DEHP-铜增强了穿过质膜的K+流出和Ca2+的流入,从而干扰了离子钾和钙离子的稳态,并可能诱导细胞凋亡并进一步抑制DEHP降解细胞内酯酶活性的下降表明代谢能力明显受到抑制。这项研究增强了我们对响应污染物的细胞不同界面过程的理解。


离子/分子流实验处理方法

(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+
处理3天


离子/分子流实验结果

图A和图B给出了不同处理下的实时K+和Ca2+流速,其中正值表示外排,负值表示内流。条形图中还显示了不同系统中K+和Ca2+流速的平均值(图C和D)。在DEHP+Cu2+处理中,JQ-1的K+外排量高于其他组,即DEHP和Cu2+的组合显着抑制了K+的内流速率。相比之下,当JQ-1暴露于DEHP-铜时,Ca2+的内流量增加,而无铜存在的处理则明显促进了Ca2+的内流量。


其他实验结果

  • Cu2+、Ni2+、Co2+和Zn2+在1.56mM时对菌株JQ-1的生长有抑制作用。
  • 当JQ-1菌株以葡萄糖为唯一碳源时,铜的加入减缓了细菌的生长速度,降低了OD600的最大值。当DEHP作为唯一碳源时,前12h添加铜可以提高细菌的生长速度,但会迅速进入下降期。
  • 在葡萄糖培养条件下,JQ-1菌株的扫描电镜图像呈现出单细胞表面起皱,边缘清晰,形状规则的状态。当培养基中含有葡萄糖和Cu2+时,细菌的形态没有明显变化,但细胞表面附着了大量絮状沉积颗粒。当细菌在DEHP中培养时,单个细菌的表面纹理减少,边缘变得不规则和光滑。当DEHP和Cu+共同培养时,细胞变得粗糙和不规则。一些细胞的结构甚至消失,产生碎片。
  • Cu2+可能通过与JQ-1细胞表面官能团的相互作用影响DEHP的吸附过程。
  • 在葡萄糖中,细胞酯酶活性最高,高于单一DEHP污染。在两种碳源处理中,Cu2+污染物的存在降低了细胞酯酶活性。DEHP和Cu2+的组合对酯酶活性的抑制作用最强。


结论

节杆菌JQ-1的性能优于其他已报道的菌株,无论是酸性土壤还是碱性土壤,JQ-1都是一种出色的种质资源,可用于对高浓度DEHP污染的土壤进行生物修复。此外,JQ-1对高浓度重金属表现出很高的耐受性。但是,DEHP和铜的综合毒性远大于它们各自的毒性。两种污染物的结合对几乎所有测试的界面特征都有明显的不利影响。本研究强调了有机污染物和重金属的联合毒性,在可持续发展过程中起到了警示作用。


离子流实验使用的测试液

1.0mM NaCl,1.0mM KCl,0.1mM CaCl2,0.1mM HEPES,1.0mM glucose,pH 7.0
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