Rola grzybów White-rot w transformacji herbicydów
Transformacja herbicydów przez grzyby White-rot
Dobrze udokumentowano, że szeroka gama zanieczyszczeń, w tym pestycydów, jest transformowana i degradowana przez WRF: pentachlorofenole, izoproturon, pochodna izoksaflutolu, atrazyna, symazyna, propazyna, lindan, atrazyna, diuron, terbutyloazyna, metalaksyl, DDT, dieldryna, aldryna, heptachlor, chlordan, itd. . Lista ta może zostać rozszerzona, biorąc pod uwagę silne dowody na potencjał degradacyjny WRF w stosunku do różnych klas zanieczyszczeń. Dane dotyczące degradacji herbicydów przez WRF zostały częściowo podsumowane w Tabeli 2. Należy wspomnieć, że duża liczba prac została wykonana w warunkach stacjonarnych na podłożach płynnych oraz w warunkach fermentacji w układzie stałym. Istnieją jednak sprzeczne dane dotyczące poziomu degradacji herbicydów, roli enzymów ligninolitycznych w tej procedurze, a także mechanizmu degradacji.
Grzyb | Herbicyd | Oprawa | Znikanie, % | |||
Typ | Dni | |||||
Agrocybe semiorbicularis | Atrazyna | Stat | 42 | 40 | ||
Diuron | 42 | 70 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 42 | 60 | |||
Auricularia auricola | Atrazyna | Stat | 42 | 16 | ||
Diuron | 42 | 10 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 37 | ||||
Cerrena maxima | Atrazyna | Sub | 40 | 83 | ||
Cerrena maxima& Coriolus hirsutus |
Atrazyna | Sub | 40 | 78 | ||
Coriolopsis fulvocinerea | Atrazyna | Sub | 40 | 88 | 88 | |
Coriolus hirsutus | Atrazyna | Sub | 40 | 88 | 91 | |
Coriolus versicolor | Atrazyna | Stat | 42 | 86 | ||
Chloronitrofen | 12 | 30 | ||||
Diuron | 42 | 99 | ||||
Nitrofen | 12 | 80 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 42 | 63 | |||
Dichotomitus squalens | Atrazyna | Stat | 42 | 25 | ||
Diuron | 42 | 21 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 52 | ||||
Flammulina velupites | Diuron | Stat | 42 | 6 | ||
Terbutyloazyna | 42 | 30 | ||||
Ganoderma lucidum | Bentazon (5 mM) | Stat | 10 | 88 | ||
Bentazon (20 mM) | 10 | 55 | ||||
Bentazon (50 mM) | Sol | Sol | 10 | 90 | ||
Diuron (30 μM) | Stat | 10 | 10 | 55 | ||
Pikloram | 10 | 0 | ||||
Hypholoma fasciculare | Atrazyna | Stat | 42 | 57 | 57 | |
Diuron | 42 | 71 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 97 | ||||
Phanerochaete chrysosporium | Atrazyna | Stat | 14 | 0 | ||
Stat | 10 | 10 | 60 | |||
42 | 20 | |||||
Bentazon | Sol | 33 | 55 | |||
20 | 65 | |||||
Diketonitryl (pochodna izoksaflutolu) | Stat | 15 | 42 | |||
Diuron | Stat | 10 | 94 | |||
42 | 3 | |||||
Izoproturon | Bio-Łóżka | 28 | 78 | |||
100 | >99 | |||||
MCPA | Sol | 20 | 75 | |||
Propazine | 8 | 45 | ||||
Symazyna | 8 | 5 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 53 | ||||
8 | 95 | |||||
Pleurotus ostreatus | Atrazyna | Stat | 42 | 15 | ||
Diuron | 42 | 12 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 30 | ||||
Stereum hirsutum | Atrazyna | Stat | 42 | 57 | ||
Diuron | 42 | 80 | ||||
Terbutyloazyna | 42 | 88 | ||||
Trametes sp. | Pikloram | Stat | 10 | 0 | ||
Trametes versicolor | Diketonitryl. (pochodna izoksaflutolu) | Stat | 15 | 34 |
Tabela 2.
Degradacja herbicydów przez grzyby bielinowe
Stat – warunki stacjonarne na podłożach płynnych
Sub – hodowla zanurzona na podłożach płynnych
Sol – hodowla w stanie stałym
Kilka grzybów, takie jak Agrocybe semiorbicularis, Auricularia auricula, Coriolus versicolor, Dichomitus squalens, Flammulina velupites, Hypholoma fasciculare, Pleurotus ostreatus, Phanerochaete velutina i Stereum hirsutum wykazały zdolność do degradacji różnych herbicydów, takich jak atrazyna, diuron i terbutyloazyna z różną wydajnością. Coriolus versicolor, Hypholoma fasciculare i Stereum hirsutum zdegradowały ponad 86% diuronu, atrazyny i terbutyloazyny w ciągu 6 tygodni. Były one również najbardziej aktywne w produkcji enzymów ligninolitycznych. Jednakże zdolność WRF do degradacji herbicydów aromatycznych, diuronu, atrazyny i terbutyloazyny, nie korelowała z ich aktywnością ligninolityczną określoną w teście dekoloryzacji Poly R-478 (który jest stosowany jako wskaźnik aktywności ligninolitycznej). Możliwym wyjaśnieniem tych wyników była różnica we wzorach LME wytwarzanych przez grzyby w hodowlach płynnych. Interesujące, że w badaniach polowych najbardziej efektywny szczep S. hirsutum był nieaktywny w degradacji herbicydu, a pozostałe szczepy C. versicolor i H. fasciculare wykazały 30% degradacji chloropiryfosu w ciągu 6 tygodni.
Grzyby białej zgnilizny Phanerochaete chrysosporium i Trametes versicolor przekształcały do 35-40% diketonitrylu (produkt przemiany herbicydu izoksaflutol w glebie) do nieaktywnego analogu kwasu benzoesowego po 15 dniach w warunkach stacjonarnych na podłożu płynnym. Poziom enzymów ligninolitycznych, takich jak lakazy, produkowanych podczas fermentacji wydawał się być skorelowany z degradacją herbicydu, co potwierdza rolę tych enzymów w procesach degradacji. Autorzy podkreślili jednak, że sześciokrotna indukcja produkcji lakkazy poprzez dodatek 2,5-ksyloidyny nie prowadziła do istotnego wzrostu rozkładu diketonitrylu.
Wykazano, że Coriolus hirsutus, Cerrena maxima, Coriolopsis fulvocinerea oraz współkulturowane Coriolus hirsutus/Cerrena maxima mogą degradować atrazynę w uprawie zanurzonej; usunięcie herbicydu wynosiło 77-91% po 40 dniach uprawy. Interesujące jest, że znikome ilości atrazyny zostały zaabsorbowane przez grzybnię. Aktywność lakkazy była dość wysoka, co pozwala wnioskować o udziale lakkazy w degradacji atrazyny przez te grzyby. Hipotezę tę potwierdziły badania degradacji atrazyny w obecności induktorów lakkazy (guajakolu i syringaldezyny) w uprawie zanurzonej. Wydajność degradacji herbicydu była wyższa w hodowlach indukowanych o 78-98%, a najwyższy poziom usuwania atrazyny uzyskano dla Coriolopsis fulvocinerea stosując gwajakol jako induktor.
Hiratsuka i wsp. podali, że Coriolus versicolor IFO 30340 degradował 30% chloronitrofenu (CNP) i 80% nitrofenu (NIP) po 12 dniach hodowli w warunkach stacjonarnych na podłożu płynnym. Tempo degradacji herbicydów zależało od stężenia azotu w podłożu i było wyższe w warunkach niskiej zawartości azotu, co sugeruje, że system degradacji ligniny był odpowiedzialny za degradację herbicydów. Jednakże LiP, MnP i lakaza, jak również filtrat hodowlany nie utleniały herbicydów. Ani chloronitrofen, ani nitrofen nie były utleniane przez układ lakaza – redoks-mediator przy użyciu HBT, który jest dobrze znanym redoks-mediatorem lakazy. Wyniki te nasuwają wniosek, że zewnątrzkomórkowe enzymy ligninolityczne nie były zaangażowane w początkowy etap degradacji CNP lub NIP przez Coriolus versicolor IFO 30340. Sekwencyjna identyfikacja produktów powstających podczas metabolizmu CNP i jego produktów pośrednich przez C. versicolor pozwoliła autorom na zaproponowanie czterech różnych ścieżek degradacji CNP: aromatycznej hydroksylacji, oksydacyjnej dechloracji, redukcyjnej dechloracji oraz redukcji grupy nitrowej do aminy. Założono, że hydroksylacja aromatyczna do postaci eteru 2,4,6-trichloro-3-hydroksy-4′-nitrodifenylu i oksydacyjna dechloracja do postaci eteru 2,4-dichloro-6-hydroksy-4′-nitrodifenylu są katalizowane przez enzymy typu cytochromu P450, ponieważ te ścieżki były skutecznie wyłączane przez egzogenne dodanie butotlenku piperonylu, inhibitora P450. Konwersja CNP do NIP przez Coriolus versicolor IFO 30340 powinna być redukcyjną dechloracją. Reakcje redukcyjnej dechloracji były zaangażowane w degradację pentachlorofenolu przez P. chrysosporium . CNP był również przekształcany do eteru 2,4,6-trichloro-4′-aminodifenylowego przez C. versicolor. Reakcje redukcyjnej dechloracji i nitroredukcji zostały również uznane za reakcje wstępne w degradacji CNP, które ulegały wzmocnieniu po dodaniu inhibitora cytochromu P450. Obserwowano również hydroksylację aromatyczną i oksydacyjną dechlorację podczas konwersji NIP przez grzyby; jednak nie zidentyfikowano powstałych produktów – przyjęto, że są to odpowiednio eter 2,4-dichloro-3-hydroksy-4′-nitrodifenylu lub eter 2,4-dichloro-6-hydroksy-4′-nitrodifenylu oraz eter 2-chloro-4-hydroksy-4′-nitrodifenylu lub eter 2-hydroksy-4-chloro-4′-nitrodifenylu. Grzybicza konwersja NIP była również skutecznie hamowana przez butotlenek piperonylu.
Na podstawie uzyskanych wyników autorzy przypuszczali, że cytochrom P450 odgrywa ważną rolę w obniżaniu potencjału jonizacji trwałych w środowisku aromatów oraz w dostarczaniu odpowiednich substratów dla enzymów ligninolitycznych utleniających jeden elektron w celu efektywnej degradacji. Po dodaniu eteru difenylowego, eteru 4-chlorodifenylowego i eteru 4-nitrodifenylowego do hodowli grzybów, eter 4-hydroksydifenylowy, eter 4-chloro-4′-hydroksydifenylowy i eter 4-nitro-4′-hydroksydifenylowy zostały zidentyfikowane jako główne produkty, odpowiednio. 4-chlorofenol i 4-nitrofenol zostały wykryte w śladowych ilościach odpowiednio z eteru 4-chlorodifenylu i eteru 4-nitrodifenylu, ale nie zaobserwowano odpowiednika hydrochinonu. Dane te sugerują, że tworzenie produktów fenolowych z pierścienia A lub B CNP może odbywać się inną drogą i że bezpośrednie rozszczepienie eteru mogło nie mieć miejsca. Te wyniki dały dowód na to, że grzyby degradowały herbicydy różnymi drogami, wykorzystując swoje liczne systemy metaboliczne.
Ganoderma lucidum okazała się odporna na herbicydy diuron i bentazon: górne granice wynosiły odpowiednio 80 µM i 20 mM. Wynik ten można tłumaczyć wyższą toksycznością metabolitów powstających podczas transformacji diuronu. Wcześniej donoszono, że niektóre z metabolitów powstających w wyniku transformacji diuronu przez grzyby mogą być nawet bardziej toksyczne niż związek macierzysty. G. lucidum był w stanie efektywnie usunąć 55% diuronu i 88% bentazonu po 10 dniach hodowli w hodowlach płynnych. Zarówno bentazon jak i diuron silnie zwiększały produkcję lakkazy przez grzyba indukując jedną z dwóch izoform lakkazy. Analiza natywna PAGE enzymów zewnątrzkomórkowych wykazała, że poprawa aktywności lakazy w odpowiedzi na herbicydy nie wynikała z ekspresji nowej lakazy, lecz z nadprodukcji izoformy już istniejącej w kulturach nieindukowanych. Podobne wyniki uzyskano w przypadku Trametes versicolor i Abortiporus biennis , gdzie ich konstytutywne lakazy były nadprodukowane w obecności parakwatu, czwartorzędowego herbicydu azotowego. Analiza elektroforetyczna enzymów zewnątrzkomórkowych z G. lucidum wykazała, że w warunkach nieindukowanych dominującym enzymem była lakaza1. Co ciekawe, herbicydy indukowały tylko izoformę lakkazy2, podczas gdy lakaza1 była tłumiona w tych kulturach. Takie wyniki sugerują, że lakaza2 jest prawdopodobnie izoformą bardziej intensywnie zaangażowaną w system obronny grzyba, biorąc pod uwagę, że oba herbicydy silnie hamowały wzrost grzyba. Obserwacje te wskazują, że tego typu enzymy pełnią, przynajmniej częściowo, ważną rolę w degradacji zanieczyszczeń w warunkach in vivo.
Przeprowadzono badania porównawcze degradacji herbicydu bentazon przez Ganoderma lucidum w kulturach płynnych i stałych z wykorzystaniem kolby kukurydzy jako substratu. Grzyb był bardziej odporny na herbicyd i bardziej wydajny w jego degradacji w kulturach w stanie stałym w porównaniu z kulturami w stanie ciekłym: 50 mM wobec 20 mM oraz 90% wobec 55%, odpowiednio. Autorzy zaproponowali dwa, niewykluczające się wzajemnie, możliwe wytłumaczenia tej obserwacji: mniejsza dostępność herbicydu z powodu jego adsorpcji na nierozpuszczalnym substracie, jakim jest kolba kukurydzy oraz wyższa aktywność zarówno lakazy, jak i peroksydazy Mn w kulturach w stanie stałym w porównaniu z kulturami ciekłymi, w których wykryto wysoką aktywność lakazy. W połączonych ekstraktach wodnych i metanolowych nie stwierdzono natomiast obecności produktów przemiany materii. W badaniach G. Wykazano, że surowe filtraty z lucidum zawierające lakazę i peroksydazę Mn degradują bentazon in vitro. Eksperymenty z dodatkiem Mn2+, ABTS, Tween 80 i H2O2 do surowych filtratów wykazały synergizm w degradacji bentazonu, co sugeruje, że zarówno lakaza, jak i peroksydaza Mn były zaangażowane w jego degradację. Wiadomo, że ABTS pośredniczy w utlenianiu niefenolowych związków ligniny, a obecność nienasyconych kwasów tłuszczowych (Tween 80) usprawnia proces utleniania katalizowany przez peroksydazy Mn i lakazy dzięki wytwarzaniu lipidowych rodników peroksylowych lub alkoksylowych. Hipotetyczny mechanizm degradacji bentazonu może być następujący: peroksydaza Mn i lakaza generują rodniki lipidowe peroksylowe lub alkoksylowe; w obecności tych rodników peroksydaza Mn utlenia Mn2+ do Mn3+, co z kolei utlenia bentazon, natomiast lakaza wykorzystuje ABTS jako redoks-mediator do utleniania bentazonu. Jednakże w hodowlach płynnych nie zaobserwowano degradacji pikloramu przez G. lucidum i Trametes sp., być może z powodu jego wysokiej substytucji pierścienia aromatycznego. Herbicyd ten zwiększał produkcję lakkazy przez Trametes sp., podczas gdy produkcja enzymu przez G. lucidum była stłumiona. Autorzy przypuszczali, że zahamowanie produkcji enzymu może zachodzić na poziomie mRNA po wniknięciu pikloramu do komórki lub poprzez modyfikację enzymu przed lub po wydzieleniu. Ekspozycja G. lucidum i Trametes sp. na pikloram ujawniła osobliwy mechanizm przejściowej bioakumulacji herbicydu przez oba grzyby.
Najbardziej zbadanym grzybem WRF jest P. chrysosporium, który wykazywał zdolność do degradacji szerokiej gamy herbicydów w różnych warunkach. MCPA i bentazon były degradowane przez P. chrysosporium w 65% i 75%, odpowiednio, w ciągu 20 dni. P. chysosporium degradował izoproturon należący do grupy fenylomoczników, atrazynę, a także diuron. Nie obserwowano natomiast degradacji atrazyny przez tego grzyba w kulturach płynnych. Wydajność degradacji P. chrysosporium była wyższa w kulturach stałych w porównaniu z płynnymi. Zaproponowano dwa mechanizmy degradacji herbicydów: działanie enzymów ligninolitycznych oraz działanie enzymów wewnątrzkomórkowych, w szczególności cytochromu P450. W pracy badano degradację diuronu przez P. chrysosporium, w tym identyfikację powstających produktów i ocenę roli cytochromu P450. Istotne znaczenie miały dwa wyniki: znaczne ilości diuronu, DCPMU i DCPU stwierdzone w świeżych grzybniach oraz zahamowanie degradacji diuronu przez ABT (1-aminobenzotriazol), inhibitor cytochromu P450. Wyniki te potwierdziły wewnątrzkomórkowy mechanizm degradacji tego herbicydu prowadzący do N-demetylacji. Jednakże po 5 dniach stężenia DCPMU i DCPU były wyższe w przesączach hodowlanych niż w ekstraktach z grzybni, co sugeruje możliwy udział enzymów lignolitycznych w degradacji tych metabolitów. Według da Silva Coelho-Moreira i wsp. surowe ekstrakty enzymatyczne dostarczone z kombinacją alkoholu weratrylowego H2O2 i Mn2+ nie degradowały herbicydu, możliwe jest, że DCPMU i DCPU mogą być dalej przekształcane przez MnP.
P. chrysosporium jest również zdolny do przekształcania atrazyny, produktu jej transformacji i innych herbicydów s-triazynowych. Pierwszym i głównym etapem w szlaku degradacji chlorowanych s-triazyn przez grzyba była mono-N-dealkilacja. Hydroksyatrazyna była głównym produktem degradacji stwierdzonym w glebie traktowanej atrazyną oraz w hodowlach płynnych. P. chrysosporium aktywnie przekształcał hydroksyatrazynę do nieznanego związku, który gromadził się w podłożu hodowlanym. Ustalono, że do mono N-dealkilacji atrazyny przez P. chrysosporium niezbędna jest obecność zarówno grup alkilowych, jak i chloru w pozycji 2. W konsekwencji, powstawanie desetylohydroksyatrazyny w hodowlach płynnych powinno być wynikiem hydrolizy deetyloatrazyny. Eksperymenty z terbutyloazyną, atrazyną i symazyną również wskazują, że usunięcie bocznego łańcucha etylowego jest reakcją preferencyjną i może zależeć od masy drugiej grupy alkilowej. Innymi słowy, związki o dużej masie grupy związanej z jednym podstawnikiem aminowym powinny ulegać silniejszej N-dealkilacji wpływającej na drugi łańcuch. Symetryczne związki propazyna i symazyna były również degradowane wolniej niż atrazyna. Ani LiPs, ani MnPs nie przekształcały atrazyny i jej N-dealkilowanych metabolitów. Wykazano, że N-dealkilacja atrazyny zmniejsza się w obecności inhibitora cytochromu P450. Ponadto, degradacja herbicydu była wspomagana przez grzybnię. W związku z tym założono udział cytochromu P450 w degradacji atrazyny. Dane te są zgodne z wcześniej opublikowanymi badaniami degradacji atrazyny przez Pleurotus pulmonarius, w której uczestniczyły takie enzymy jak lipooksygenaza, peroksydaza i cytochrom P-450. Mn2+, który aktywuje te enzymy, stymulował przemianę atrazyny do N-dealkilowanych i propylhydroksylowanych metabolitów, podczas gdy przeciwutleniacze i inhibitory lipooksygenazy i peroksydazy (kwas nordihydroguaiaretinowy) oraz cytochromu P-450 (butotlenek piperonylu) hamowały jej degradację.
W celu analizy danych przedstawionych w tabeli 2 obliczono stopień zaniku herbicydów jako stosunek zaniku (%) do czasu trwania degradacji (dni), a następnie obliczono wartość średnią dla każdego herbicydu (rys. 1). Biorąc pod uwagę wpływ warunków hodowli na degradację herbicydów przez grzyby, w ten sposób potraktowano jedynie dane dotyczące warunków stacjonarnych na podłożach płynnych.
Ryc. 1.
Zależność między szybkością zanikania herbicydów a ich strukturą.
Sprzeczne dane o udziale enzymów ligninolitycznych w degradacji i transformacji herbicydów nie pozwoliły na precyzyjne ustalenie ich roli w tych procesach. Dane dotyczące efektywności poszczególnych enzymów ligninolitycznych, ich mieszanin oraz układów enzym – mediator redoks w degradacji herbicydów zestawiliśmy w tabeli 3. Jak widać, nie zaobserwowano degradacji diketonitrylu, diuronu, atrazyny, chloronitrofenu, nitrofenu, glifosatu przez surowe ekstrakty MnP i LiP oraz oczyszczone enzymy z P. chrysosporium, Trametes versicolor i Coriolus versicolor nawet w obecności redoks-mediatorów. Jednakże MnP z P. chrysosporium degradował Irgarol 1081 do 37% po 24 h, a LiP z P. chrysosporium degradował bentazon do 100% po 4 h. Ponadto bentazon był efektywnie przekształcany przez lakazę z katecholem, lakazę oraz surowe ekstrakty MnP z mediatorem redoks ABTS, rekombinowanym MnP. Analiza danych zestawionych w tabeli 3 prowadzi do wniosku, że układy MnP, lakaza i lakaza – redoks-mediator są najbardziej efektywnymi narzędziami degradacji szerokiej gamy herbicydów – diketonitrylu, glifosatu, Pesticide Mix 34, chloroksuronu, atrazyny i dymronu, jednak z nielicznymi wyjątkami, a mianowicie choronitrofenu i nitrofenu. Należy podkreślić, że efektywność układów lakaza – redoks-mediator w stosunku do różnych herbicydów silnie zależy od zastosowanego redoks-mediatora, co z kolei zależy od mechanizmów utleniania mediatorów przez enzym i reaktywności intermediatów mediatorów.
Enzym | Herbicyd | Redoks-mediator | Warunki reakcji | Czas trwania h | Znikanie, % | Grzyb | Ref. |
Laccase | Atrazyna | Nie | 25°C, pH 4.5 | 240 | 0 | Coriolopsis fulvocinerea | Koroleva & Gorbatova (dane niepublikowane) |
0 | |||||||
PF6, | 0 | ||||||
HBT | 70 | ||||||
Syringaldezine | 0 | ||||||
Bentazon | Katechol | 25°C, pH 4.0 | 0.5 | 100 | Polyporus pinsitus | ||
Chloronitrofen | Nie | 0 | Coriolus versicolor | ||||
HBT | 0 | ||||||
Diketonitryl (pochodna izoksaflutolu) | ABTS | pH 3.0 | 0.3-0.4 nmol /(jednostka h) | Trametes versicolor | |||
Dymron | Nie | 37°C | 24 | 0 | Trametes versicolor | ||
ABTS | 60°C | 24 | >90 | ||||
HBA | 90 | ||||||
MeHBA | 90 | ||||||
NNDS | >90 | ||||||
Glifosat | Nie | pH 6.0, Mn2+ + H2O2 + Tween 80 | 24 | 90 | Trametes versicolor | ||
Nie | pH 6.0, Mn2+ + Tween 80 | 90 | |||||
Nitrofen | Nie | 0 | 0 | Coriolus versicolor | |||
HBT | 0 | ||||||
Laccase, immobilizowany | Chloroksuron | Nie | 30°C, pH 4.5 | 0,5 | 80 | Trametes versicolor | |
3-HAA | 0.5 | 80 | |||||
HBT | 0,3 | 100 | |||||
Syrinaldehyd | 0.5 | 80 | |||||
LiP | Atrazyna | Nie | 30°C, pH 5, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 | 1 | 0 | Phanerochaete chrysosporium | |
Bentazon | Nie | pH 3.5, alkohol weratrylowy + H2O2 | 4 | ∼100 | Phanerochaete chrysosporium | ||
Chloronitrofen | Nie | 0 | Coriolus versicolor | ||||
Nie | 0 | Phanerochaete chrysosporium | |||||
Glifosat | Nie | pH 3.0, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 + Tween 80 | 24 | 0 | Trametes versicolor | ||
Nitrofen | Nie | 0 | 0 | Coriolus versicolor | |||
Nie | 0 | Phanerochaete chrysosporium | |||||
MnP | Atrazyna | Nie | 30°C, pH 5, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 | 1 | 0 | Phanerochaete chrysosporium | |
Bentazon | Nie | pH 4.5, Mn2+ + Tween 80 | 168 | ∼700 | Aspergillus oryzae | ||
Chloronitrofen | Nie | 0 | Coriolus versicolor | ||||
Glifosat | Nie | pH 4.5, Mn2+ + H2O2 + Tween 80 | 24 | 100 | Nematoloma frowardii | ||
Nie | pH 4.5, Mn2+ + Tween 80 | 100 | |||||
Irgarol 1051 | Nie | 30°C, Mn2+ + glukoza + oksydaza glukozy | 24 | 37 | Phanerochaete chrysosporium | ||
Nitrofen | Nie | 0 | Coriolus versicolor | ||||
Pestycyd Mix 34 | Nie | 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 | Atrazyna | Nie | 39°C, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 | 24 | 0 | Phanerochaete chrysosporium | |
Nie | 30°C, pH 5, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 | 1 | 0 | ||||
Diketonitryl (pochodna izoksaflutolu) | Nie | 30°C, pH 3 lub 5, H2O2 | 12 | 0 | Phanerochaete chrysosporium | ||
1-HBT | 0 | ||||||
3-.HAA | 0 | ||||||
ABTS | 0 | ||||||
Diuron | Nie | pH 3.0, alkohol weratrylowy + Mn2+ + H2O2 | 24 | 0 | Phanerochaete chrysosporium |
Tabela 3.
Degradacja herbicydów przez enzymy ligninolityczne produkowane przez grzyby bielinowe
Irgarol 1051 – pochodna herbicydu s-triazynowego
3-.HAA – kwas 3-hydroksy-antranilowy
1-HBT – 3-hydroksybenzotriazol
HBA – kwas 4-hydroksybenzoesowy
MeHBA – kwas metylo-4-hydroksybenzoesowy
NNDS – kwas 1-nitrozo-2nafto-3,6-disulfonic acid
Laccase iimmobilized – Laccase iimmobilized on an electrospun zein polyurethane nanofiber via cross-linking with glutaraldehyde
W badaniach degradacji atrazyny z użyciem oczyszczonej lakkazy z Coriolopsis fulvocinerea, nie zaobserwowano degradacji herbicydu (Koroleva & Gorbatova, dane niepublikowane). Badanie mediatorów redoks (syringaldezyna, PF6, HBT) wykazało, że tylko HBT powodował spadek stężenia atrazyny w układzie lakaza-atrazyna-redoks-mediator. Bardziej szczegółowe badania składników układu modelowego „atrazyna/lakaza/HBT” wykazały, że sama HBT reagowała z atrazyną i innymi pochodnymi atrazyny zawierającymi chlor bezpośrednio, bez udziału lakkazy, i nie oddziaływała z hydroksypochodnymi atrazyny. Wiadomo, że HBT w roztworze wodnym może przechodzić w formę jonową. Dlatego sugerowano, że mogą powstawać dwa produkty, oba składające się z HBT i atrazyny, z tworzeniem wiązań (-N-O-C-) w pozycji (2) atrazyny. Dodanie lakkazy do roztworu HBT/Atr powodowało powstanie kilku produktów, z których jeden miał czas retencji odpowiadający czasowi retencji związku HBT-Atr. W reakcjach enzymatycznych powstały dwa inne produkty o czasach retencji 15,3 min i 19,4 min, które zidentyfikowano jako deetylatrazynę (DEA) oraz związek powstający w wyniku oddziaływania DEA i HBT. Tak więc dodatek enzymu powodował powstawanie nowych produktów, innych niż te powstające w reakcji HBT z atrazyną. Modelowy układ „atrazyna/laccase/HBT” badano przy różnych stosunkach molowych atrazyna/mediator (9:1 do 1:9) oraz przy dwóch różnych stężeniach enzymu (0,02 μm i 1,0 μm). Najgłębszą konwersję atrazyny – do 70% w ciągu 10 dni – zaobserwowano przy stosunku HBT/Atr wynoszącym 9/1 i stężeniu enzymu 0,02 μm. Protonowy magnetyczny rezonans jądrowy (1H-NMR) i HPLC-MS/MS pozwoliły potwierdzić identyfikację produktów w układach modelowych „Atr/HBT” i „Atr/HBT/laccase”: powstawanie Atr-HBT w układzie „Atr/HBT” oraz DEA i DEA-HBT w układzie „Atr/HBT/laccase”. Atr-HBT występował w dwóch postaciach: protonowanej (M.W. 315 g/mol) i diprotonowanej (M.W. 316 g/mol). W reakcji „Atr/HBT/laccase” powstaje DEA, a także protonowane (M.W. 287 g/mol) i diprotonowane (M.W. 288 g/mol) formy produktu DEA-HBT. Na podstawie danych uzyskanych dla pięciu ustalonych struktur produktów, zaproponowaliśmy schemat utleniania atrazyny przez układ „lakcase/HBT” (Rys. 2), który obejmuje etapy nieenzymatyczne i enzymatyczne (Rys. 3).
Podczas etapu nieenzymatycznego powstaje produkt składający się z atrazyny i HBT. Ponieważ substraty i produkty w układzie „Atr/HBT” znajdują się w równowadze, dodanie do reakcji lakkazy powoduje utlenianie HBT i powstanie rodnika HBT. Rodnik HBT reaguje ze związkiem Atr-HBT i wywołuje dysocjację wiązań (-NH-CH-), w wyniku czego powstaje DEA-HBT i alkohol etylowy. Z kolei DEA-HBT rozkłada się tworząc dwa produkty: DEA i HBT. Zdolność HBT do tworzenia form tautomerycznych i do bezpośredniej reakcji z atrazyną sugerowała, że HBT ulegnie degradacji w mieszaninie reakcyjnej. Jednak zgodnie z zaproponowanym schematem, podczas hydrolizy DEA-HBT tworzyły się DEA i HBT. Może to być jedną z przyczyn skuteczności HBT jako redoks-mediatora w układzie lakaza – redoks-mediator.
Wysoki potencjał WRF, jak również ich enzymów ligninolitycznych w transformacji herbicydów jest dobrze udokumentowany. Niemniej jednak, mechanizmy degradacji i ścieżki degradacji wielu herbicydów wciąż nie są zbadane. Konieczne są dalsze badania w celu wyjaśnienia mechanizmu degradacji herbicydów przez WRF i enzymy ligninolityczne oraz identyfikacji powstających metabolitów.
.