Μοριακές προσεγγίσεις μηχανισμών βιοαποδόμησης πολυαρωματικών υδρογονανθράκων
Authors: Βανδέρα Ελπινίκη 
Published: August 2021

Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs), συγκαταλέγονται στους πιο διαδεδομένους και επίμονους ρυπαντές του περιβάλλοντος με άμεση συνέπεια στην ανθρώπινη υγεία. Για τη βελτιστοποίηση των τεχνικών βιοαποκατάστασης των ρυπασμένων περιοχών, μέσω της εκμετάλλευσης του τεράστιου καταβολικού δυναμικού των μικροοργανισμών, απαραίτητη προϋπόθεση είναι αφενός η αποσαφήνιση των πορειών αποδόμησης των ρυπαντών από χαρακτηρισμένα βακτηριακά στελέχη και αφετέρου η σε βάθος κατανόηση των προσαρμοστικών μηχανισμών που ενεργοποιούνται στα βακτήρια παρουσία των ξενοβιοτικών αυτών ενώσεων. Σκοπός της παρούσης ερευνητικής μελέτης ήταν η αποσαφήνιση της πορείας βιοαποδόμησης του φαινανθρενίου από ένα νέο βακτηριακό στέλεχος, το οποίο αποτελεί νέο είδος του γένους Arthrobacter και έχει ονομαστεί Arthrobacter phenanthrenivorans (Sphe3). Πρόσφατα σε συνεργασία με το Joint Genome Institute (JGI), ολοκληρώθηκε η πλήρης αλληλούχιση του γονιδιώματός του.Μέσω της ανάλυσης in silico του γονιδιώματος, της μελέτης της έκφρασης γονιδίων με την τεχνική qRT-PCR, της υπερέκφρασης πρωτεϊνών, καθώς επίσης και της πρωτεωμικής ανάλυσης με nanoLC/MS-MS σε κύτταρα στελέχους Sphe3 που καλλιεργήθηκαν παρουσία φαινανθρενίου, φθαλικού, γλυκόζης και μίγματος φαινανθρενίου με γλυκόζη, πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός όλων των ενζύμων που εμπλέκονται στην πορεία καταβολισμού του φαινανθρενίου. Πραγματοποιήθηκε ο λειτουργικός χαρακτηρισμός της διοξυγονάσης αρχικής υδροξυλίωσης του φαινανθρενίου, η οποία μάλιστα διαπιστώθηκε οτι εμφανίζει απόλυτη εξειδίκευση ως προς το φαινανθρένιο.Ο λειτουργικός χαρακτηρισμός των δύο γονιδίων της διοξυγονάσης του 1-υδροξυ-2-ναφθοϊκού οξέος ( καταβολικό πλασμίδιο και χρωμόσωμα του στελέχους Sphe3), έδειξε ότι τα ένζυμα που κωδικεύουν ανήκουν στην οικογένεια των cupin πρωτεϊνών και έχουν παρόμοιες καταλυτικές ιδιότητες. Ο περαιτέρω καταβολισμός του 1-υδροξυ-2-ναφθοϊκού οξέος προχωράει είτε μέσω της ortho- είτε μέσω της meta-σχάσης του πρωτοκατεχοϊκού οξέος, όπως φάνηκε από την μελέτη in silico και αποδείχθηκε και από την πρωτεωμική ανάλυση. Η μελέτη των γονιδίων που κωδικεύουν τα ένζυμα της meta-σχάσης σε μεταγραφικό επίπεδο, έδειξε ότι τα γονίδια αυτά συμμεταγράφονται συνιστώντας ένα οργανωμένο οπερόνιο. Πειράματα συν-μεταβολισμού, έδειξαν τη δυνατότητα του στελέχους να συν-καταβολίζει πλήρως το φλουρένιο και το ανθρακένιο και μερικώς το φλουορανθένιο παρουσία του φαινανθρενίου.Τόσο από την πρωτεωμική ανάλυση όσο και από πειράματα qRT-PCR, φαίνεται ότι όλα τα ένζυμα που μετέχουν στην καταβολική πορεία του φαινανθρενίου καταστέλλονται παρουσία της γλυκόζης. Επιπλέον, η πρωτεωμική ανάλυση συνέβαλε και στην κατανόηση των μηχανισμών προσαρμογής του στελέχους Sphe3 παρουσία ξενοβιοτικών ενώσεων. Έτσι, παρουσία των αρωματικών υποστρωμάτων παρατηρήθηκε μεταβολή στα επίπεδα έκφρασης ενζύμων του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα και του μεταβολισμού των αμινοξέων, πρωτεϊνών μεταφορέων, πρωτεϊνών του κυτταρικού φακέλου και πρωτεϊνών που επάγονται παρουσία καταπόνησης. Η παρούσα πρωτεωμική ανάλυση αποτελεί και την πρώτη μελέτη παρουσία υποστρωμάτων PAHs και γλυκόζης σε στέλεχος Arthrobacter, αφού δεν υπάρχει κάποια πρότερη αναφορά στη διεθνή βιβλιογραφία.