Istituzione di un sale

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1352 (2022) Citare questo articolo

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Lo scarico delle acque reflue industriali, la produzione agricola, la navigazione marittima, l’estrazione del petrolio e altre attività hanno causato un grave inquinamento marino, tra cui microplastiche, petrolio e suoi prodotti, metalli pesanti, pesticidi e altri composti organici. L’efficienza del biorisanamento degli inquinamenti marini può essere limitata da elevate concentrazioni di sale (>1%, p/v), che possono causare un’apparente perdita di attività microbiche. In questo studio, i promotori funzionali P1, P2-1 e P2-2 che censurano lo stress salino sono stati isolati e identificati da un ceppo di Vibrio natriegens Vmax. Sono stati costruiti tre modelli di degradazione indotta dal sale per degradare il polietilene tereftalato (PET), il clorpirifos (CP) e gli esabromociclododecani (HBCD) utilizzando il ceppo marino Vmax. I ceppi ingegnerizzati sono efficienti per la degradazione dei substrati corrispondenti, con tassi di degradazione rispettivamente pari a 15 mg/l di PET in 8 d, 50 mg/l di CP in 24 ore e 1 mg/l di HBCD in 4 ore. Inoltre, è stata realizzata una strategia di immobilizzazione per il riciclaggio e il riutilizzo di ceppi ingegnerizzati esprimendo la proteina legante la chitina GbpA. Questo studio potrebbe aiutare a rispondere all’utilizzo di batteri marini in rapida crescita come V. natriegens Vmax per degradare in modo efficiente l’inquinamento marino.

Con i rapidi progressi dell’industria e dell’agricoltura, il grave inquinamento ambientale marino è diventato un problema rilevante per lo sviluppo economico e sociale, soprattutto nei paesi in via di sviluppo1. L’inquinamento marino, inclusi metalli pesanti, petrolio, inquinanti organici persistenti (POP), detriti e radionuclidi, può essere direttamente o indirettamente dannoso per gli organismi e le risorse viventi2. L’inquinamento da plastica è aumentato negli ultimi 50 anni e il contenuto stimato di plastica nei mari è di oltre 250.000 tonnellate3. È stata realizzata la rimozione delle microplastiche mediante assorbimento e filtrazione, ad esempio l'assorbimento delle particelle microplastiche sulla superficie delle alghe verdi marine, la filtrazione delle microplastiche mediante tecnologia a membrana e persino la combinazione con bioreattori a membrana, con un'efficienza di rimozione che raggiunge il 97,2%4. È stato scoperto che due tipi di ceppi di Bacillus isolati dai sedimenti di mangrovie degradano diverse microplastiche con una riduzione solo a 0,0019 mg/giorno5.

Tuttavia, la degradazione delle microplastiche nell’acqua marina è stata studiata poco e solo un numero limitato di batteri è in grado di degradare i contaminanti in condizioni marine con un intervallo di salinità compreso tra il 3,3 e il 3,7%.

I batteri alotolleranti sono in grado di accumulare elevate concentrazioni di vari soluti osmotici organici (OOS), come soluti compatibili (zuccheri idrosolubili o zuccheri alcoli, altri alcoli, amminoacidi o loro derivati), ectoina, trealosio e glicina betaina, ecc.6 ,7,8,9,10. Questi OOS potrebbero aiutare a mantenere un equilibrio osmotico del citoplasma con l'ambiente esterno, mantenendo le normali attività biologiche delle cellule. Molti organismi marini sono leggermente alofili (con il 3% p/v di NaCl nell'acqua di mare).

Il ceppo V. natriegens Vmax, isolato dall'ambiente marino, ha un tempo di generazione inferiore a 10 minuti e non può crescere senza NaCl, con una concentrazione ottimale del 2–3% (p/v)11. Cassette contenenti il ​​gene della RNA polimerasi T7 sotto il controllo di un promotore inducibile da IPTG o arabinosio (rispettivamente lacUV5 e araBAD) sono state inserite nel grande cromosoma di V. natriegens (ATCC 14048, il ceppo originale di V. natriegens Vmax). Quando sono stati introdotti plasmidi di espressione contenenti il ​​gene GFP sotto il controllo del promotore T7, è stata rilevata una robusta espressione di GFP12. Tuttavia, ci sono state poche segnalazioni sull'utilizzo di V. natriegens come ospite per la degradazione degli inquinanti ambientali, soprattutto nell'ambiente marino.

In questo studio, il ceppo Vmax è stato utilizzato per degradare gli inquinanti ambientali sotto stress salino. Innanzitutto, i meccanismi di tolleranza al sale del ceppo Vmax sono stati proposti mediante analisi trascrittomica e i relativi promotori indotti dal sale sono stati identificati e caratterizzati. Sono stati quindi costruiti tre modelli per degradare il clorpirifos (CP), gli esabromociclododecani (HBCD) e il polietilene tereftalato (PET), in base ai promotori identificati. Il riciclo utilizzato per i ceppi ingegnerizzati è stato controllato legandoli a materiali di chitina, che sono specifici delle specie Vibrio e abbondanti nell'ambiente marino.