Bacterial Degradation of Biarylethers

Aly, Hamdy Abdel-Azeim Hassan

zwei Bakterienstämme Rhodococcus sp. und Paenibacillus sp. aufgrund ihrer Fähigkeit, Dibenzofuran als einzige Kohlenstoffquelle zu verwerten, isoliert. Rhodococcus sp. HA01 mineralisierte nicht nur Dibenzofuran sondern setzte auch Dibenzo-p-dioxin durch anguläre Dioxygenierung um, allerdings mit relativ geringer Rate. Auch 3-Chlordibenzofuran wurde überwiegend durch anguläre Dioxygenierung zu 4-Chlorsalicylat als Endprodukt umgesetzt. 2-Chlordibenzofuran sowohl durch anguläre Dioxygenierung zu 5-Chlorsalicylat als Endprodukt, als auch in gleichem Ausmaß durch laterale Dioxygenierung zu 2-Chlor-3,4-dihydro-3,4-dihydroxydibenzofuran als neuartigem Produkt umgesetzt. Während in bisher charakterisierten Dibenzofuran-Abbauern die Anwesenheit nur eines für die anguläre Dioxygenierung verantwortlichen Genclusters beschrieben ist, zeichnete sich HA01 durch zwei solche Cluster aus, Das Gencluster Dibenzofuran Dioxygenase, mit hoher Ähnlichkeit zur DfdA Dibenzofuran Dioxygenase des Stammes Terrabacter sp. YK3. Ein zweites Dibenzofuran Dioxygenase mit hoher Ähnlichkeit zu derjenigen des Stammes Terrabacter sp. DBF63. durch anguläre Dioxygenierung umsetzte, jedoch nicht 3-Chlordibenzofuran. Zusammenfassend können die im Wildtyp beobachteten Aktivitäten aus dem Zusammenspiel beider angulärer Dioxygenasen und einer nicht weiter untersuchten lateralen Dioxygenase erklärt werden. Mittels knock-out Mutanten konnte gezeigt werden, dass die DbfB Extradiol Dioxygenase des Stammes Sphingomonas wittichii RW1, welche als am Abbau von Dibenzofuran and Dibenzo-p-dioxin beteiligt beschrieben wurde, für ein Wachstum verzichtbar ist und durch eine bisher nicht identifizierte Extradiol Dioxygenase ersetzt werden kann. Eine detaillierte kinetische Analyse von vier Extradiol Dioxygenasen des Stammes RW1 (DbfB, Edo2, Edo3 and Edo4) zeigte, dass alle einer signifikanten im Enzymmechanismus begründeten Inaktivierung durch 2,2`,3-Trihydroxybiphenyl Ether, das Zwischenprodukt des Dibenzo-p-dioxin Abbaus unterliegen. Edo4 erwies sich, obwohl es beim Wachstum mit Dibenzo-p-dioxin nicht induziert ist, als den anderen Enzymen überlegen, was durch das hohe “partition ratio” und die vergleichbar geringe Effizienz der Inaktivierung belegt ist.

Two bacterial strains Rhodococcus sp. and Paenibacillus sp.capable of utilizing dibenzofuran as a sole carbon source were isolated from Egyptian soil. Rhodococcus sp. strain HA01 was capable to mineralize dibenzofuran, and to transform dibenzo-p-dioxin via initial angular dioxygenation albeit with low activity. Also 3-chlorodibenzofuran was transformed mainly by angular dioxygenation with 4-chlorosalicylate as end-product. 2-chlorodibenzofuran was transformed by similar extends via angular dioxygenation with 5-chlorosalicylate as product and by lateral dioxygenation giving 2-chloro-3,4-dihydro-3,4-dihydroxydibenzofuran as novel product. Two gene clusters for the angular dioxygenation of dibenzofuran were isolated. One with high similarity to DfdA dibenzofuran dioxygenase from Terrabacter sp. strain YK3. A second with high similarity to DbfA dibenzofuran dioxygenase from Terrabacter sp. strain DBF63. Overall, activities observed in the wild-type strain can be explained by the combined action of both angular dioxygenases and a lateral dioxygenase. Using knock-out mutants it could be proven that DbfB extradiol dioxygenase of Sphingomonas wittichii RW1, previously reported as involved in dibenzofuran and dibenzo-p-dioxin degradation, is not indispensable for growth but could be substituted by a thus far unidentified extradiol dioxygenase. A detailed kinetic analysis of four extradiol dioxygenases of RW1 (DbfB, Edo2, Edo3 and Edo4) revealed all of them to be subject to severe mechanism based inactivation by 2,2`,3-trihydroxybiphenylether (THBE) the intermediate of dibenzo-p-dioxin degradation with Edo4 being superior as reflected by the relatively high partition ratio and the comparably low efficiency of inactivation, even though Edo4 was evidently not induced during growth on dibenzo-p-dioxin.

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Aly, Hamdy Abdel-Azeim Hassan: Bacterial Degradation of Biarylethers. 2007.

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