تجزيه‏ زيستي تركيبات مورد استفاده در صنايع پتروشيمي توسط باكتري تجزيه‏كننده‏ تولوين حاوي سيتوكروم P450

Biodegradation of petrochemical industry compounds by cytochrome P450-producing toluene-degrading bacterium

مقدمه: با توجه به افزايش روزافزون آلاينده‌هايي نظير هيدروكربن هاي آروماتيك و مشكلات زيست محيطي ناشي از انتشار آن‏ها، تجزيه ي زيستي و پاك سازي اين تركيبات سمي توسط ميكروارگانيسم‌ها از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. تولوين يكي از مواد اصلي موجود در صنايع پتروشيمي و از مواد آلوده كننده رايج محيط زيست است كه آثار مخربي بر سلامتي انسان و ساير موجودات زنده دارد. مواد و روش‏‏ها: در اين تحقيق، به منظور جداسازي باكتري‏هاي تجزيه كننده ي تولوين، از آب هاي نواحي مختلف از جمله سواحل درياي خزر و خليج فارس و همچنين فاضلاب شهري نمونه برداري انجام شد. سويه اي كه بيشترين توانايي را در تجزيه ي تولوين داشت، با استفاده از آزمايش هاي بيوشيميايي و مولكولي شناسايي و توالي S rDNA16 آن در بانك ژني NCBI با عنوان Bacterium Ex-DG74 با شماره HQ414235 ثبت شد. در ادامه ميزان حذف تولوين از محيط كشت با استفاده از دستگاه طيف سنج نوري و كروماتوگرافي گازي، فعاليت آنزيمي سيتوكروم P450 و رشد در حضور آلاينده هاي نفتي و پتروشيمي بررسي شد. نتايج: پس از انجام مراحل غني‏سازي در محيط حاوي تولوين، در حدود 20 سويه جداسازي شد كه در بين آن‏ها سويه ي جداشده از پساب تصفيه خانه اصفهان توانايي بالايي در تحمل و مصرف تولوين به عنوان تنها منبع كربن و انرژي داشت. نتايج حاصل از طيف سنج نوري و كروماتوگرافي گازي مشخص كرد كه اين سويه مي‏تواند تا غلظت (v/v) 25 درصد تولوين را به خوبي تحمل كند و بيش از 70 درصد از تولوين (v/v) 1 درصد را به عنوان تنها منبع كربن و انرژي مصرف كند. سويه ي Bacterium Ex-DG74 علاوه بر تولوين توانست در محيط-هاي حاوي نفت سياه، نفت سفيد، زايلن، نفتالين، اولييك اسيد، استايرن، دي هيدروآبتيك اسيد و پلي اكسي اتيلن اكتيل فنل اتر نيز به خوبي رشد كند. بحث و نتيجه‏گيري: با توجه به نتايج به دست آمده مشخص شد كه فعاليت آنزيمي سيتوكروم P450، يكي از عوامل مهم در تجزيه ي آلاينده هاي مختلف توسط Bacterium Ex-DG74 است. از اين باكتري به علت توانايي رشد در غلظت بالاي تولوين و تجزيه ي دامنه ي وسيعي از آلاينده ها، مي‌توان به عنوان بذر سلولي در پاك سازي محيط‌هاي آلوده به تركيبات سمي مختلف استفاده كرد.

Introduction: Owing to the serious environmental problems which have occurred due to the increasing amount of toxic petroleum hydrocarbons in the environment, bioremediation of these compounds by microorganisms seems to be necessary. Among these, toluene is a common pollutant in petrochemical industry and a serious cause for concern due to its adverse health effects and carcinogenic potential. Materials and methods: In this study, to isolate toluene-degrading bacteria, contaminated seawater and wastewater samples were collected from the Caspian Sea, the Persian Gulf and municipal wastewater. The best toluene-degrading bacterial strain was biochemically and molecularly characterized and its 16S rDNA sequence was submitted as Bacterium Ex-DG74 (accession no. HQ414235) in NCBI. Then, toluene removal rate, cytochrome P450 enzymatic activity, and growth rate of the isolate on oil and petrochemical contaminants were determined. Results: After enrichment procedures in toluene-containing medium, about twenty toluene-degrading bacteria were isolated. Among them, a newly isolated strain from wastewater exhibited great ability to utilize toluene as the sole source of carbon and energy. According to the results obtained by spectrophotometer and gas chromatograph, Bacterium Ex-DG74 showed a significant tolerance to organic solvent as it could grow in the medium containing %25 (v/v) toluene and also degraded over 70 of %1 (v/v) toluene as the sole source of carbon and energy. Moreover, this bacterium could grow on different toxic oil and petrochemical compounds. Discussion and conclusion: The results of the present study indicated that cytochrome P450 enzymatic activity can have essential role on biodegradation of different pollutants by Bacterium Ex-DG74. Thus, we suggest this bacterium as a potential biological agent for in situ bioremediation of hydrocarbon-polluted environments. Key words: Bioremediation, Cytochrome P450, Petrochemical wastewater, Toluene