Articles

A fehérrothadású gombák szerepe a herbicidek átalakulásában

A herbicidek átalakulása fehérrothadású gombák által

Jól dokumentált, hogy a szennyező anyagok széles skáláját, beleértve a peszticideket is, a WRF átalakítja és lebontja: Pentaklórfenolok, izoproturon, izoxaflutol származék, atrazin, szimazin, propazin, lindán, atrazin, diuron, terbutilazin, metalaxil, DDT, dieldrin, aldrin, heptaklór, klordán stb. . Ez a lista bővíthető, mivel a WRF különböző szennyezőanyag-kategóriákkal szembeni lebontási potenciáljának erős bizonyítéka van. A herbicidek WRF általi lebontására vonatkozó adatokat részben a 2. táblázat foglalja össze. Meg kell említeni, hogy számos munkát végeztek folyékony közegben álló körülmények között, illetve szilárd rendszerű fermentációs körülmények között. A herbicidek lebontásának szintjéről, a ligninolitikus enzimek szerepéről ebben az eljárásban és a lebontás mechanizmusáról is ellentmondásos adatok állnak rendelkezésre.

Gomba Herbicid Termesztés Eltűnés, %
Típus Napok
Agrocybe semiorbicularis Atrazin Stat 42 40
Diuron 42 70
Terbutilazin 42 60
Auricularia auricola Atrazin Stat 42 16
Diuron 42 10
Terbutilazin 42 37
Cerrena maxima Atrazin Sub 40 83
Cerrena maxima&
Coriolus hirsutus
Atrazin Sub 40 78
Coriolopsis fulvocinerea Atrazin Sub 40 88
Coriolus hirsutus Atrazin Sub 40 91
Coriolus versicolor Atrazin Stat 42 86
Klórnitrofen 12 30
Diuron 42 99
Nitrofen 12 80
Terbutilazin 42 63
Dichotomitus squalens Atrazin Stat 42 25
Diuron 42 21
Terbutilazin 42 52
Flammulina velupites Diuron Stat 42 6
Terbuthylazin 42 30
Ganoderma lucidum Bentazon (5 mM) Stat 10 88
Bentazon (20 mM) 10 55
Bentazon (50 mM) Sol 10 90
Diuron (30 μM) Stat 10 55
Piklorám 10 0
Hypholoma fasciculare Atrazin Stat 42 57
Diuron 42 71
Terbuthylazin 42 97
Phanerochaete chrysosporium Atrazin Stat 14 0
Stat 10 60
42 20
Bentazon Sol 33 55
20 65
Diketonitril (izoxaflutol származék) Stat 15 42
Diuron Stat 10 94
42 3
Isoproturon Bio-ágyak 28 78
100 >99
MCPA Sol 20 75
Propazin 8 45
Simazine 8 5
Terbutilazin 42 53
8 95
Pleurotus ostreatus Atrazin Stat 42 15
Diuron 42 12
Terbutilazin 42 30
Stereum hirsutum Atrazin Stat 42 57
Diuron 42 80
Terbutilazin 42 88
Trametes sp. Pikloram Stat 10 0
Trametes versicolor Diketonitril. (izoxaflutol származéka) Stat 15 34

2. táblázat.

Herbicidek lebontása fehérrothadású gombák által

Stat – Álló körülmények között folyékony táptalajon

Sub – Víz alatti tenyésztés folyékony táptalajon

Sol – Szilárd állapotú tenyésztés

Több gomba, mint az Agrocybe semiorbicularis, Auricularia auricula, Coriolus versicolor, Dichomitus squalens, Flammulina velupites, Hypholoma fasciculare, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete velutina és Stereum hirsutum különböző hatékonysággal képesek lebontani különböző herbicideket, mint az atrazin, diuron és terbutilazin . A Coriolus versicolor, a Hypholoma fasciculare és a Stereum hirsutum 6 hét alatt a diuron, az atrazin és a terbutilazin több mint 86%-át bontotta le. A ligninolitikus enzimek termelésében is ezek voltak a legaktívabbak. A WRF-nek az aromás herbicidek, a diuron, az atrazin és a terbutilazin lebontására való képessége azonban nem korrelált a Poly R-478 elszíneződési tesztben (amelyet a ligninolitikus aktivitás indikátoraként használnak) meghatározott ligninolitikus aktivitásukkal. Ezen eredmények lehetséges magyarázata a folyadékkultúrákban a gombák által termelt LME-minták különbözősége volt. Érdekes, hogy a szántóföldi kísérletek során a leghatékonyabb S. hirsutum törzs inaktív volt a herbicid lebontásában, míg a többi törzs, a C. versicolor és a H. fasciculare 6 hét alatt 30%-os klórpirifosz lebontást mutatott .

A Phanerochaete chrysosporium és a Trametes versicolor fehérrothadású gombák a diketonitril (az izoxaflutol herbicid talajátalakulási terméke) akár 35-40%-át is inaktív benzoesav analóggá alakították át 15 nap után álló körülmények között, folyékony táptalajon . A fermentáció során termelt ligninolitikus enzimek, például a laccázok szintje korrelálni látszott a herbicid lebontásával, ami megerősíti ezen enzimek szerepét a lebontási folyamatokban. A szerzők azonban hangsúlyozták, hogy a laccáz termelés hatszoros indukciója 2,5-xilidin hozzáadásával nem vezetett a diketonitril hasadás jelentős növekedéséhez.

Bebizonyosodott, hogy a Coriolus hirsutus, Cerrena maxima, Coriolopsis fulvocinerea és a közösen tenyésztett Coriolus hirsutus/Cerrena maxima képes lebontani az atrazint merített tenyésztés alatt; a herbicid eltávolítása 77-91%-os volt 40 napos tenyésztés után. Érdekes megemlíteni, hogy elhanyagolható mennyiségű atrazin felszívódását tapasztalták a micéliumon. A laccáz aktivitása meglehetősen magas volt, ami lehetővé teszi azt a javaslatot, hogy a laccáz részt vesz az atrazin lebontásában e gombák által. Ezt a hipotézist alátámasztotta az atrazin lebontásának vizsgálata laccáz induktorok (guayacol és syringaldezin) jelenlétében, merített termesztés mellett. A herbicid lebontásának hatékonysága az indukált kultúrákban 78-98%-kal magasabb volt, és a legmagasabb atrazin eltávolítási szintet a Coriolopsis fulvocinerea esetében érték el guaiacol induktorként használva.

Hiratsuka és munkatársai arról számoltak be, hogy a Coriolus versicolor IFO 30340 12 napos tenyésztés után 12 napos stacionárius körülmények között, folyékony táptalajon a klórnitrofen (CNP) 30%-át és a nitrofen (NIP) 80%-át bontotta le. A herbicid lebontásának mértéke a közeg nitrogénkoncentrációjától függött, és alacsony nitrogénszintű körülmények között magasabb volt, ami arra utal, hogy a lignin lebontó rendszer volt felelős a herbicid lebontásáért. A LiP, a MnP és a laccáz, valamint a tenyésztési szűrlet azonban nem oxidálta a herbicideket. Sem a klórnitrofent, sem a nitrofent nem oxidálta a laccáz – redox-mediátor rendszer a HBT segítségével, amely egy jól ismert laccáz redox-mediátor. Ezek az eredmények arra engednek következtetni, hogy az extracelluláris ligninolitikus enzimek nem vettek részt a CNP vagy NIP lebontásának kezdeti lépésében a Coriolus versicolor IFO 30340 által. A C. versicolor által a CNP és köztes termékeinek metabolizmusa során képződő termékek szekvenciális azonosítása lehetővé tette a szerzők számára, hogy a CNP lebontásának négy különböző útvonalát javasolhassák: aromás hidroxiláció, oxidatív de-klórozás, reduktív de-klórozás és a nitrocsoport aminná történő redukciója. Az aromás hidroxilálást 2,4,6,6-triklór-3-hidroxi-4′-nitrodifenil-éterré és az oxidatív de-klórozást 2,4-diklór-6-hidroxi-4′-nitrodifenil-éterré feltételezték, hogy a citokróm P450 típusú enzim(ek) katalizálják, mivel ezeket az utakat a P450-inhibitor, a piperonil-butoxid exogén hozzáadásával hatékonyan kikapcsolják. A CNP-nek a Coriolus versicolor IFO 30340 által NIP-vé történő átalakítása reduktív deklorálásnak kell lennie. A pentaklórfenol P. chrysosporium általi lebontásában reduktív deklórozási reakciók játszottak szerepet. A CNP-t a C. versicolor 2,4,6-triklór-4′-aminodifenil-éterré is átalakította. A reduktív de-klórozási és nitro-redukciós reakciókat is a CNP lebontásának kezdeti reakcióiként találták, amelyek a citokróm P450 inhibitor hozzáadásával fokozódtak. A NIP gombás átalakítása során aromás hidroxilálást és oxidatív de-klórozást is megfigyeltek; a keletkező termékeket azonban nem azonosították – feltételezhetően 2,4-diklór-3-hidroxi-4′-nitrodifenil-éter vagy 2,4-diklór-6-hidroxi-4′-nitrodifenil-éter, illetve 2-klór-4-hidroxi-4′-nitrodifenil-éter vagy 2-hidroxi-4-klór-4′-nitrodifenil-éter volt. A NIP gombás átalakulását a piperonil-butoxid is hatékonyan gátolta.

A kapott eredmény alapján a szerzők feltételezték, hogy a citokróm P450 fontos szerepet játszik a környezetben tartósan megmaradó aromás anyagok ionizációs potenciáljának csökkentésében és a ligninolitikus egyelektronos oxidáló enzimek számára a hatékony lebontáshoz megfelelő szubsztrátok biztosításában. Amikor difenil-étert, 4-klór-difenil-étert és 4-nitrodifenil-étert adtak a gombakultúrához, a fő termékként 4-hidroxidifenil-étert, 4-klór-4′-hidroxidifenil-étert és 4-nitro-4′-hidroxidifenil-étert azonosítottak. A 4-klórfenolt és a 4-nitrofenolt nyomokban kimutatták a 4-klór-difenil-éterből, illetve a 4-nitrodifenil-éterből, de a megfelelő hidrokinon nem volt megfigyelhető. Ezek az adatok arra utalnak, hogy a fenolos termékek képződése a CNP A- vagy B-gyűrűjéből más útvonalon keresztül származhat, és hogy a közvetlen éterhasadás esetleg nem történt meg. Ezek az eredmények bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a gombák a herbicideket különböző útvonalakon keresztül bontják le többféle metabolikus rendszerük segítségével.

A Ganoderma lucidum rezisztensnek bizonyult a diuron és a bentazon herbicidekkel szemben : a felső határérték 80 µM, illetve 20 mM volt. Ez a megállapítás a diuron átalakulása során képződő metabolitok nagyobb toxicitásával magyarázható. Korábban már beszámoltak arról, hogy a diuron gombás átalakulásából származó egyes metabolitok még az alapvegyületnél is mérgezőbbek lehetnek. A G. lucidum képes volt hatékonyan eltávolítani a diuron 55%-át és a bentazon 88%-át 10 napos tenyésztés után folyékony kultúrákban. Mind a bentazon, mind a diuron erősen javította a gomba laccáz termelését, indukálva a két laccáz izoforma egyikét. Az extracelluláris enzimek natív PAGE-analízise kimutatta, hogy a laccáz-aktivitás javulása a herbicidek hatására nem egy új laccáz expressziójának köszönhető, hanem a nem indukált kultúrákban már meglévő izoforma túltermelésének. Hasonló eredményeket kaptunk a Trametes versicolor és az Abortiporus biennis esetében is, ahol a konstitutív lakkázok túltermelődtek a paraquat, egy kvaterner nitrogén-herbicid jelenlétében. A G. lucidumból származó extracelluláris enzimek elektroforetikus elemzése azt mutatta, hogy nem indukált körülmények között a laccáz1 volt a domináns enzim. Érdekes módon a herbicidek csak a laccáz2 izoformát indukálták, míg a laccáz1-et elnyomták ezekben a kultúrákban. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a laccáz2 valószínűleg a gomba védelmi rendszerében intenzívebben részt vevő izoforma, figyelembe véve, hogy mindkét herbicid erősen gátolta a gomba növekedését. Ezek a megfigyelések azt mutatják, hogy ezek az enzimtípusok legalábbis részben fontos szerepet játszanak a szennyező anyagok in vivo körülmények között történő lebontásában.

A Ganoderma lucidum által a bentazon herbicid lebontásának összehasonlító vizsgálatát végeztük folyékony és szilárd állapotú kultúrákban, kukoricacsutkát használva szubsztrátként . A gomba ellenállóbb volt a herbiciddel szemben és hatékonyabb volt a lebontása szilárd halmazállapotú kultúrákban a folyékony kultúrákhoz képest: 50 mM a 20 mM-mal szemben, illetve 90% az 55%-kal szemben. A szerzők két, egymást nem kizáró lehetséges magyarázatot javasoltak erre a megfigyelésre: a herbicidnek az oldhatatlan szubsztrátra, a kukoricacsutkára való adszorpciója miatti alacsonyabb elérhetősége, valamint a laccáz és az Mn-peroxidáz nagyobb aktivitása a szilárd állapotú kultúrákban a folyékony kultúrákhoz képest, ahol magas laccázaktivitást mutattak ki. A kombinált vizes és metanolos kivonatokban azonban nem találtunk metabolit termékeket. A G. lucidum laccázt és Mn-peroxidázt tartalmazó nyers szűrletekről kimutatták, hogy in vitro lebontják a bentazont. A nyers filtrátokhoz Mn2+, ABTS, Tween 80 és H2O2 hozzáadásával végzett kísérletek szinergizmust mutattak a bentazon lebontásában, ami arra utal, hogy mind a laccáz, mind a Mn-peroxidáz részt vesz a lebontásban. Jól ismert, hogy az ABTS közvetíti a lignin nem fenolos vegyületeinek oxidációját, és a telítetlen zsírsavak jelenléte (Tween 80) javítja a Mn-peroxidázok és a laccázok által katalizált oxidációs folyamatot a lipidperoxil- vagy alkoxilgyökök termelődése miatt . A bentazon lebontásának hipotetikus mechanizmusa a következő lehet: a Mn-peroxidáz és a lakkáz lipidperoxil- vagy alkoxilgyököket termel; e gyökök jelenlétében a Mn-peroxidáz a Mn2+-t Mn3+ -ra oxidálja, ami viszont a bentazont oxidálja, míg a lakkáz az ABTS-t használja redox-mediátorként a bentazon oxidációjához. A G. lucidum és a Trametes sp. pikloram bomlását azonban nem figyelték meg folyékony kultúrákban, talán az aromás gyűrű magas szubsztitúciója miatt . Ez a herbicid fokozta a Trametes sp. laccáz termelését, míg a G. lucidum enzimtermelését elnyomta. A szerzők feltételezték, hogy az enzimtermelés gátlása az mRNS szintjén történhetett, miután a pikloram bejutott a sejtbe, vagy az enzim módosítása révén a szekréció előtt vagy után . A G. lucidum és a Trametes sp. pikloram-expozíciója a herbicid átmeneti bioakkumulációjának sajátos mechanizmusát tárta fel mindkét gomba esetében.

A legtöbbet vizsgált WRF a P. chrysosporium, amelyről kimutatták, hogy a herbicidek széles skáláját bontja le különböző körülmények között. Az MCPA-t és a bentazont a P. chrysosporium 65%-ban, illetve 75%-ban bontotta le 20 nap alatt . A P. chrysosporium lebontotta a fenil-karbamid csoportokba tartozó izoproturont , az atrazinokat és a diuront is. Azonban a , szerint ez a gomba folyékony kultúrákban nem észlelte az atrazin lebontását. A P. chrysosporium lebontási hatékonysága a szilárd halmazállapotú kultúrákban magasabb volt a folyékony kultúrákhoz képest. A herbicidek lebontásának két mechanizmusát javasolták: a ligninolitikus enzimek és az intracelluláris enzimek, különösen a citokróm P450 hatását. A , a diuron P. chrysosporium általi lebontását tanulmányozták, beleértve a képződő termékek azonosítását és a citokróm P450 szerepének értékelését. Két eredmény volt nagy jelentőségű: a friss micéliumokban talált jelentős mennyiségű diuron, DCPMU és DCPU, valamint a diuron lebontásának ABT (1-aminobenzotriazol), egy citokróm P450-gátlóval történő gátlása. Ezek az eredmények megerősítették a herbicid lebomlásának intracelluláris mechanizmusát, amely N-demetilációt eredményez. Azonban 5 nap elteltével a DCPMU és DCPU koncentrációja magasabb volt a kultúrfiltrátokban, mint a micéliumkivonatokban, ami arra utal, hogy lignolitikus enzimek is részt vehetnek e metabolitok lebontásában. Da Silva Coelho-Moreira et al. szerint a veratrilalkohol H2O2 és Mn2+ kombinációjával ellátott enzimatikus nyerskivonatok nem bontották le a herbicidet, lehetséges, hogy a DCPMU és a DCPU az MnP által tovább transzformálható.

A P. chrysosporium képes az atrazin, annak átalakulási terméke és más s-triazin herbicidek átalakítására is. A gomba által végzett klórozott s-triazin lebontási útvonal első és fő lépése a mono-N-dealkilezés volt. A hidroxi-atrazin volt a fő bomlástermék, amelyet atrazinnal kezelt talajban és folyékony kultúrákban találtak. A P. chrysosporium aktívan átalakította a hidroxiatrazint egy ismeretlen vegyületté, amely felhalmozódott a táptalajban. Megállapítottuk, hogy az atrazin P. chrysosporium általi mono-N-dealkilezéséhez mind az alkilcsoportok, mind a klór jelenléte szükséges a 2-pozícióban. Következésképpen a folyékony kultúrákban a dezetil-hidroxi-atrazin képződésének a dezetil-atrazin hidrolíziséből kell származnia. A terbutilazin, atrazin és szimazin esetében végzett kísérletek szintén azt mutatják, hogy az etil-oldallánc eltávolítása a preferenciális reakció, és függhet a második alkilcsoport tömegétől. Más szóval, azoknál a vegyületeknél, amelyeknél az egyik aminosubsztituenshez nagy tömegű csoport kapcsolódik, várhatóan nagyobb mértékű, a másik láncot érintő N-dealkilezés megy végbe. A propazin és a szimazin szimmetrikus vegyületek szintén lassabban bomlottak le, mint az atrazin. Sem a LiP-k, sem a MnP-k nem alakították át az atrazint és annak N-dealkilezett metabolitjait. Kimutatták, hogy az atrazin N-dealkilációja csökkent citokróm P450 inhibitor jelenlétében. Továbbá a herbicid lebontását a micélium támogatta. Ezért feltételezték a citokróm P450 részvételét az atrazin lebontásában. Ezek az adatok összhangban vannak az atrazin Pleurotus pulmonarius által történő lebontásáról korábban közzétett tanulmányokkal, amelyekben olyan enzimek vettek részt, mint a lipoxigenáz, a peroxidáz és a citokróm P-450 . Az ezeket az enzimeket aktiváló Mn2+ serkentette az atrazin N-dealkilezett és propil-hidroxilezett metabolitokká történő átalakulását, míg az antioxidánsok és a lipoxigenáz és peroxidáz gátlói (nordihidroguaiaretsav), valamint a citokróm P-450 (piperonil-butoxid) elnyomták a lebomlását.

A 2. táblázatban bemutatott adatok elemzéséhez a herbicid eltűnési arányát az eltűnés (%) és a lebomlás időtartamának (napok) hányadosaként számoltuk ki, majd minden herbicidre átlagérték-számítást végeztünk (1. ábra). Figyelembe véve a termesztési körülményeknek a herbicidek gombák általi lebomlására gyakorolt hatását, csak a folyékony táptalajon álló körülményekre vonatkozó adatokat kezeltük így.

1. ábra.

A herbicidek eltűnési aránya és szerkezetük közötti összefüggés.

A kapott eredmények jól megfelelnek a tanulmánynak , ahol megállapították, hogy az s-triazin herbicidek P. chrysosporium általi mono N-dealkilezéssel történő lebontásához az alkilcsoportok jelenléte szükséges. Továbbá úgy tűnik, hogy a WRF gombák s-triazinok lebontására való képessége a pontosan elágazó alkilcsoportok mennyiségének növekedésével párhuzamosan fokozódik. Ennek az előzetes megfigyelésnek a bizonyítására vagy cáfolatára azonban részletes kvantitatív szerkezet-bontási aktivitási vizsgálatokat kell végezni. Egy másik fontos következtetés a herbicid molekulában lévő klórnak a lebontási sebességre gyakorolt kifejezett negatív hatása, ami a nitrofen (egy klóratom) és a klornitrofen (három klóratom) lebontási sebességének összehasonlításából és a bentazon legmagasabb lebontási sebességéből látható, amely az egyetlen klór nélküli herbicid a bemutatott tartományban (1. ábra). Ezért az 1. ábrán bemutatott adatok egyértelműen bizonyítják a további QSAR-vizsgálatok legszükségesebb voltát. A herbicidek lebontásának fő enzimatikus útvonalainak ismeretével együtt ez utóbbiak jelentősen javítják a WRF lebontási képességének előzetes értékelését az ismert szerkezetű herbicidekhez viszonyítva.

A ligninolitikus enzimek herbicidek lebontásában és átalakulásában való részvételéről szóló ellentmondásos adatok nem tették lehetővé, hogy pontosan megállapítsák szerepüket ezekben a folyamatokban . Az egyes ligninolitikus enzimek, keverékeik és enzim – redox-mediátor rendszerek herbicid lebontásban való hatékonyságára vonatkozó adatokat a 3. táblázatban foglaltuk össze. Mint látható, a P. chrysosporium, Trametes versicolor és Coriolus versicolor MnP és LiP nyers kivonatok és tisztított enzimek esetében még redox-mediátorok jelenlétében sem figyeltük meg a diketonitril, diuron, atrazin, klórnitrofen, nitrofen, glifozát lebontását . A P. chrysosporiumból származó MnP azonban 24 óra elteltével 37%-ig bontotta le az Irgarol 1081-et, a P. chrysosporiumból származó LiP pedig 4 óra elteltével 100%-ig bontotta le a bentazont. Továbbá, a bentazon hatékonyan átalakult a katechollal, a laccázzal és a MnP nyers kivonatokkal redox-mediátor ABTS, rekombináns MnP . A 3. táblázatban összefoglalt adatok elemzése arra a következtetésre jutott, hogy az MnP, a lakkáz és a lakkáz – redox-mediátor rendszerek a leghatékonyabb eszközök a herbicidek széles skálájának – diketonitril, glifozát, Pesticide Mix 34, kloroxuron, atrazin és dymron – lebontására, azonban néhány kivétellel, nevezetesen a kóronitrofen és a nitrofen . Hangsúlyozni kell, hogy a laccáz – redox-mediátor rendszerek hatékonysága a különböző herbicidekkel szemben erősen függ az alkalmazott redox-mediátortól, ami viszont a mediátorok enzim általi oxidációjának mechanizmusától és a mediátorok köztitermékeinek reaktivitásától függ.

.

Enzim Herbicid Redox-mediátor Reakciós körülmények Duration h Disappearance, % Gomba Ref.
Laccase Atrazin Nem 25°C, pH 4.5 240 0 Coriolopsis fulvocinerea Koroleva & Gorbatova (publikálatlan adatok)
0
PF6, 0
HBT 70
Syringaldezin 0
Bentazon Catechol 25°C, pH 4.0 0.5 100 Polyporus pinsitus
Klórnitrofen Nem 0 Coriolus versicolor
HBT 0
Diketonitril (izoxaflutol származék) ABTS pH 3.0 0.3-0.4 nmol /(h egység) Trametes versicolor
Dymron Nem 37°C 24 0 Trametes versicolor
ABTS 60°C 24 >90
HBA 90
MeHBA 90
NNDS >90
Glifozát Nem pH 6.0, Mn2+ + H2O2 + Tween 80 24 90 Trametes versicolor
Nem pH 6.0, Mn2+ + Tween 80 90
Nitrofen Nem 0 Coriolus versicolor
HBT 0
Laccase, immobilizált Klóroxuron Nem 30°C, pH 4.5 0,5 80 Trametes versicolor
3-HAA 0.5 80
HBT 0,3 100
Syrinaldehid 0.5 80
LiP Atrazin Nem 30°C, pH 5, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 1 0 Phanerochaete chrysosporium
Bentazon Nem pH 3.5, veratrilalkohol + H2O2 4 ∼100 Phanerochaete chrysosporium
Chloronitrofen Nem 0 Coriolus versicolor
Nem 0 Phanerochaete chrysosporium
Glifozát Nem pH 3.0, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 + Tween 80 24 0 Trametes versicolor
Nitrofen Nem 0 Coriolus versicolor
Nem 0 Phanerochaete chrysosporium
MnP Atrazin Nem 30°C, pH 5, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 1 0 Phanerochaete chrysosporium
Bentazon Nem pH 4.5, Mn2+ + Tween 80 168 ∼700 Aspergillus oryzae
Chloronitrofen No 0 Coriolus versicolor
Glifozát Nem pH 4.5, Mn2+ + H2O2 + Tween 80 24 100 Nematoloma frowardii
No pH 4.5, Mn2+ + Tween 80 100
Irgarol 1051 Nem 30°C, Mn2+ + glükóz + glükóz oxidáz 24 37 Phanerochaete chrysosporium
Nitrofen Nem 0 Coriolus versicolor
Peszticidkeverék 34 Nem 35°C, pH 4.5, Mn2+ + H2O2 + Tween 80 144 20-100 Nematoloma frowardii
Lac+MnP Bentazon ABTS Mn2+ + H2O2 + Tween 80 24 98 Ganoderma lucidum
LiP+MnP Atrazin Nem 39°C, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 24 0 Phanerochaete chrysosporium
Nem 30°C, pH 5, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 1 0
Diketonitril (izoxaflutol származék) Nem 30°C, pH 3 vagy 5, H2O2 12 0 Phanerochaete chrysosporium
1-HBT 0
3-HAA 0
ABTS 0
Diuron Nem pH 3.0, veratrilalkohol + Mn2+ + H2O2 24 0 Phanerochaete chrysosporium

3. táblázat.

Herbicidek lebontása fehérrothadású gombák által termelt ligninolitikus enzimek által

Irgarol 1051 – s-triazin herbicid származéka

3-…HAA – 3-hidroxi-antranilsav

1-HBT – 3-hidroxi-benzotriazol

HBA – 4-hidroxi-benzoesav

MeHBA – metil-4-hidroxi-benzoesav

NNDS – 1-nitrozo-2naphtol-3,6-diszulfonsav

Laccase iimmobilized – Laccase iimmobilized on an electrospun zein polyurethane nanofiber via cross-linking with glutaraldehyde

In the study of atrazine degradation with purified laccase from Coriolopsis fulvocinerea, nem figyeltek meg herbicid lebontást (Koroleva & Gorbatova, nem publikált adatok). A redox-közvetítők (sziringaldezin, PF6, , HBT) szűrése kimutatta, hogy csak a HBT okozta az atrazin koncentrációjának csökkenését a laccáz-atrazin-redox-közvetítő rendszerben. Az “atrazin/lakkáz/HBT” modellrendszer komponenseinek részletesebb vizsgálata azt mutatta, hogy maga a HBT közvetlenül reagált az atrazin és más klórtartalmú atrazinszármazékokkal, a lakkáz részvétele nélkül, és nem lépett kölcsönhatásba az atrazin hidroxiszármazékokkal. Ismeretes, hogy a HBT vizes oldatban ionos formába mehet át. Ezért feltételezték, hogy az atrazin (-N-O-C-) kötések kialakulásával az atrazin (2) pozíciójában két termék képződhet, mindkettő HBT-ből és atrazinból áll. A laccáz hozzáadása a HBT/Atr oldathoz több termék képződését eredményezte, amelyek közül az egyiknek a retenciós ideje megegyezett a HBT-Atr vegyületével. Az enzimatikus reakciókban két másik termék képződött 15,3 perc és 19,4 perc retenciós idővel, amelyeket deetilátrazin (DEA) és a DEA és HBT kölcsönhatásából képződő vegyületként azonosítottunk. Az enzim hozzáadása tehát a HBT és az atrazin reakciójában keletkezett terméktől eltérő új termékek képződését eredményezte. Az “atrazin/lazáz/HBT” modellrendszert az atrazin/közvetítő különböző moláris arányaiban (9:1 és 1:9 között) és két különböző enzimkoncentrációban (0,02 μm és 1,0 μm) vizsgáltuk. A legmélyebb atrazin-konverziót – 10 nap alatt akár 70%-ot – 9/1 HBT/Atr arány és 0,02 μm enzimkoncentráció mellett figyelték meg. A proton-mágneses magrezonancia (1H-NMR) és a HPLC-MS/MS lehetővé tette a termékazonosítás megerősítését az “Atr/HBT” és az “Atr/HBT/lakkáz” modellrendszerekben: az “Atr/HBT” rendszerben Atr-HBT, az “Atr/HBT/lakkáz” rendszerben pedig DEA és DEA-HBT képződött. Az Atr-HBT két formában létezett: protonált (M.W. 315 g/mol) és diprotonált (M.W. 316 g/mol). Az “Atr/HBT/lakkáz” reakcióban DEA, valamint a DEA-HBT termék protonált (M.W. 287 g/mol) és diprotonált (M.W. 288 g/mol) formája keletkezik. A termékek öt megállapított szerkezetére kapott adatok alapján javasoltuk az atrazin “laccáz/HBT” rendszerrel történő oxidációjának sémáját (2. ábra), amely nem enzimatikus és enzimatikus szakaszokat tartalmaz (3. ábra).

2. ábra.

Az atrazin oxidáció sémája “Atr/HBT” rendszerben.

3. ábra.

Az atrazin oxidáció általános sémája egy “Atr/HBT/laccase” rendszerben.

A nem enzimatikus szakaszban atrazinból és HBT-ből álló termék keletkezik. Mivel az “Atr/HBT” rendszerben a szubsztrátok és a termékek egyensúlyban vannak, a laccáz hozzáadása a reakcióhoz a HBT oxidációját és HBT-gyök képződését okozza. A HBT-gyök reakcióba lép az Atr-HBT vegyülettel és kiváltja a (-NH-CH-) kötések disszociációját, ami DEA-HBT és etil-alkohol képződését eredményezi. A DEA-HBT viszont két termék képződésével bomlik: DEA és HBT. A HBT azon képessége, hogy tautomer formákat képezzen és közvetlenül reagáljon az atrazinnal, arra utalt, hogy a HBT lebomlik a reakcióelegyben. A javasolt séma szerint azonban a DEA-HBT hidrolízise során DEA és HBT keletkezett. Ez lehet az egyik oka a HBT redox-mediátorként való hatékonyságának a laccáz – redox-mediátor rendszerben.

A WRF, valamint ligninolitikus enzimeik nagy potenciálja a herbicidek átalakításában jól dokumentált. Ennek ellenére számos herbicid lebontási mechanizmusa és lebontási útvonala még mindig nincs feltárva. További vizsgálatokra van szükség a herbicidek WRF és ligninolitikus enzimek általi lebontásának mechanizmusának tisztázásához és a képződő metabolitok azonosításához.