Przydatność genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów do bioremediacji zanieczyszczonych środowisk

Wasilkowski, D.; Swędzioł, Ż; Mrozik, A.

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!
Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Przydatność genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów do bioremediacji zanieczyszczonych środowisk

Autorzy

Wasilkowski D. , Swędzioł Ż , Mrozik A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

The applicability of genetically modified microorganisms in bioremediation of contaminated environments

Języki publikacji

Abstrakty

Inżynieria genetyczna, będąca nowoczesną technologią, pozwala na projektowanie mikroorganizmów zdolnych do rozkładu określonego typu zanieczyszczeń. Konstruowanie GMMs na potrzeby bioremediacji jest możliwe dzięki poznaniu mechanizmów degradacji związków toksycznych, szlaków metabolicznych, enzymów katabolicznych oraz odpowiednich genów. Do detekcji i wizualizacji GMMs w środowisku służą różne metody molekularne: FISH, in situ PCR, DGGE, TGGE, T-RFLP, ARDRA oraz markery selekcyjne (lux, gfp, lacZ, xylE). W celu zminimalizowania ryzyka wynikającego z uwolnienia GMMs do środowiska stosowane są pewne bariery genetyczne. Mają one na celu ograniczenie przeżywalności rekombinantów oraz transferu genów do mikroorganizmów autochtonicznych. W artykule omówiono zasady projektowania GMMs oraz przedstawiono przykłady ich praktycznego wykorzystania w bioremediacji zanieczyszczonych środowisk.

Genetic engineering is a modern technology, which Allowi to design microorganisms capable of degrading specific contaminants. The construction of GMMs for bioremediation purposes is possible because many degradative pathways, enzyme and their respective genes are known and biochemical reactions are well understood. For selection and identification of GMMs in the environment many molecular techniques were developed. They include FISH, in situ PCR, DGGE, TGGE, T-RFLP, ARDRA and marker genes (lux, gfp, lacZ, xylE). In order to reduce potential risk of the use of GMMs in the environment some genetic barriers were created. They limit survival of the recombinants and gene transfer into autochthonous microorganisms. In this review the construction and practical applications of GMMs in bioremediation studies are discussed.

Słowa kluczowe

GMMs zanieczyszczenia degradacja bioremediacja

GMMs contaminants degradation bioremediation

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem

Czasopismo

Chemik

Rocznik

2012

Tom

Vol. 66, nr 8

Strony

817--826

Opis fizyczny

Bibliogr. 48 poz., 2 rys., 1 tabl.

Twórcy

autor

Wasilkowski D.

autor

Swędzioł Ż

autor

Mrozik A.

Katedra Biochemii, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Śląski, Katowice, dwasilkowski@us.edu.pl

Bibliografia

1. Ahn Y., Sanseverino J., Sayler G.S.: Analyses of polycyclic aromatic hydro-carbon-degrading bacteria isolated from contaminated soils. Biodegradation 1999, 10, 2, 149-157.
2. Barac T., Taghavi S., Borremans B., Provoost A., Oeyen L., Colpaert J.V., Vangronsveld J., van der Lelie D.: Engineered endophytic bacteria improve phytoremediation of water-soluble, volatile, organic pollutants. Nat. Biotechnol. 2004, 22, 5, 583-588.
3. Bathe S., Schwarzenbeck N., Hausner M.: Bioaugmentation of activated sludge towards 3-chloroaniline removal with a mixed bacterial population carrying a degradative plasmid. Bioresour. Technol. 2009, 100, 12, 2902-2909.
4. Boldt T.S., Sorensen J., Karlson U., Molin S., Ramos C.: Combined use of different Gfp reporters for monitoring single-cell activities of a genetically modified PCB degrader in the rhizosphere of alfalfa. FEMS Microbiol. Ecol. 2004, 48, 2, 139-148.
5. Cases I., de Lorenzo V.: Genetically modified organisms for the environment: stories of success and failure and what we have learned from them. Int. Microbiol. 2005, 8, 3, 213-222.
6. Chen H., Gao K., Kondorosi E., Kondorosi A., Rolfe B.G.: Functional genomic analysis of global regulator NoIR in Sinorhizobium meliloti. Am. Phytopathol. Soc. 2005, 18, 12, 1340-1352.
7. Chmiel A.: Biotechnologia - podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. PWN 1998, 260-306.
8. Dale J.W., Park S.F.: Molecular genetics of bacteria. University of Surrey 2007, 137-244.
9. Davison J.: Risk mitigation of genetically modified bacteria and plants designed for bioremediation, j. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2005, 32, 11-12, 639-650.
10. Dejonghe W., Goris J., El Fantroussi S., Hofte M., De Vos R, Verstraete W., Top E.M.: Effect of dissemination of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) degradation plasmids on 2,4-D degradation and on bacterial community structure in two different soil horizons. Appl. Environ. Microbiol. 2000, 66, 8, 3297-304.
11. De Lorenzo V: Cleaning up behind us. EMBO reports 2001, 2, 5, 357-359.
12. Filonov A.E., Akhmetov L.I., Puntus I.F., ESikova T.Z., Gafarov A.B., Izmalkova T.Y., Sokolov S.L., Kosheleva I.A., Boronin A.M.: The construction and monitoring of genetically tagged, plasmid-containing, naphthalene-degrading strains in soil. Microbiology 2005, 74, 4, 526-532.
13. Germaine K.J., Keogh E., Ryan D., Dowling D.N.: Bacterial endophytemediated naphthalene phytoprotection and phytoremediation. FEMS Microbiol. Lett. 2009, 296, 2, 226-234.
14. Haro M.A., de Lorenzo V.: Metabolic engineering of bacteria for environmental applications: construction of Pseudomonas strains for biodegradation of 2-chlorotoluene. ]. Biotechnol. 2001,85,2, 103-113.
15. Jansson J.K., Björklöf K., Elvang A.M., Jørgensen K.S.: Biomarkers for monitoring efficacy of bioremediation by microbial inoculants. Environ. Pollut. 2000, 107, 2, 217-223.
16. Jin R., Yang H., Zhang A., Wang J., Liu G.: Bioaugmentation on decolorization of C.l. Direct Blue 71 using genetically engineered strain Escherichia coli JMI09 (pGEX-AZR). J. Hazard. Mater. 2009, 163, 2-3, I 123-1128.
17. Jussila M.M., Zhao J., Suominen L., Lindstrom K.: TOL plasmid transfer during bacterial conjugation in vitro and rhizoremediation of oil compounds in vivo. Environ. Pollut. 2007, 146, 2, 510-24.
18. Kunicki-Goldfinger W.: Życie bakterii. PWN 2007, 267-344.
19. Lehmann V.: Bioremediation: a solution for polluted soils in the south? Biotechnol. Dev. Monit. 1998, 34, 12-17.
20. Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z.: Mikrobiologia techniczna - tom II. PWN 2008, 297-532.
21. Lipthay J.R., Barkay T„ Sørensen S.J.: Enhanced degradation of phenoxyacetic acid in soil by horizontal transfer of the tfdA gene encoding a 2,4-di-chlorophenoxyacetic acid dioxygenase. FEMS Microbiol. Ecol. 2001, 35, I, 75-84.
22. Massa V., Infantin O.A., Radice F., Orlandi V, Tavecchio F., Giudici R., Conti F., Urbini G., Di Guardo A., Barbieri R: Efficiency of natural and engineered bacterial strains in the degradation of 4-chlorobenzoic acid in soil slurry. Int. Biodetenor. Biodegrad. 2009, 63, I, 112-115.
23. Master E.R., Mohn W.W.: Induction of bphA, encoding biphenyl dioxygenase. in two polychlorinated biphenyl-degrading bacteria, psychrotolerant Pseudomonas strain Cam-1 and mesophilic Burkholderia strain LB400. Appl. Environ. Microbiol. 2001, 67, 6, 2669-2676.
24. Matsui T., Saeki H., Shinzato N., Matsuda H.: Characterization of Rho-dococcus-E. coli shuttle vector pNC950l constructed from the cryptic plasmid of a propene-degrading bacterium. Curr. Microbiol. 2006, 52, 6, 445-448.
25. Menn F-M., Applegate B.M., Sayler G.S.: NAH plasmid-mediated catabolism of anthracene and phenanthrene to naphthoic acids. Appl. Environ. Microbiol. 1993, 59, 6, 1938-1942.
26. Mrozik A., Piotrowska-Seget Z.: Bioaugmentation as a strategy for cleaning up of soils contaminated with aromatic compounds. Microbiol. Res. 2010, 165, 5, 363-375.
27. Mrozik A., Piotrowska-Sege Z., Łabużek S.: Bacteria in bioremediation of hydrocarbon-contaminated environments. Post. Mikrobiol. 2005, 44, 3, 227-238.
28. Nair A.J.: Introduction to biotechnology and genetic engineering. Infinity Science Press LLC 2008, 467-776.
29. Ouyang S.-P, Sun S.-Y., Liu Q., Chen J., Chen G.-Q.: Microbial transformation of benzene to cis-3,5-cyclohexadien-1,2-diols by recombinant bacteria harboring toluene dioxygenase gene tod. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007, 74, 1, 43-49.
30. Pimentel M.R., Molina G., Dionisio A.P, Marostica M.R.Jr., Pastore G.M.: The use of endophytes to obtain bioactive compounds and their application in biotransformation process. Biotechnol. Res. Int. 201 I, 201 I, I -11.
31. Quan X.C., Tang H., Xiong W.C., Yang Z.F.: Bioaugmentation of aerobic sludge granules with a plasmid donor strain for enhanced degradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid.]. Hazard. Mater. 2010, 179, 1-3, 1136-1142.
32. Rodrigues J.L.M., Kachel A., Aiello M.R., Quensen J.F., Maltseva O.V., Tsio T.V., Tiedje J.M.: Degradation of Aroclor 1242 dechlorination products in sediments by Burkholderia xenovorans LB400 (ohb) and Rhodococcus sp. strain RHAI (fcb). Appl. Environ. Microbiol. 2006, 72, 4, 2476-2482.
33. Sayler G.S., Ripp S.: Field applications of genetically engineered microorganisms for bioremediation processes. Curr. Opin. Biotechnol. 2000, 11, 3, 286-289.
34. Strong L.C., McTavish H., Sadowsky M.J., Wackett L.R: Field-scaie remediation of atrazine-contaminated soil using recombinant Escherichia coli expressing atrazine chlorohydrolase. Environ. Microbiol. 2000, 2, 1,91-98.
35. Taghavi S., Barac T., Greenberg B., Borremans B., Vangronsveld J., van der Lelie D.: Horizontal gene transfer to endogenous endophytic bacteria from poplar improves phytoremediation of toluene. Appl. Environ. Microbiol. 2005,71, 12, 8500-8505.
36. Top E.M., Springael D., Boon N.: Catabolic mobile genetic elements and their potential use in bioaugmentation of polluted soils and waters. FEMS Microbiol. Ecol. 2002, 42, 2, 199-208.
37. Urung-Demirtas M., Stark B., Pagilla K.: Use of genetically engineered microorganism (GEMs) for the bioremediation of contaminants. Crit. Rev. Biotechnol. 2006, 26, 3, 145-164.
38. Villacieros M., Whelan C., Mackova M., Molgaard J., Sánchez-Contreras M., Lloret J., Aguirre de Cáreer D., Oruezábal R.I., Bolaos L., Macek T., Karlson U., Dowling D.N., Martin M., Rivilla R.: Polychlorinated biphenyl rhizoremediation by Pseudomonas fluorescens FI 13 derivatives, using a Sinorhizobium meliloti and system to drive bph gene expression. Appl. Environ. Microbiol. 2005, 71, 5, 2687-2694.
39. Watson J.D., Baker T.A., Bell S.P, Gann A., Levine M., Losick R.: Molecular biology of the gene. Inc., Pearson Education 2004, 293-342.
40. Williams PA., Murray K.: Metabolism of benzoate and the methylbenzoates by Pseudomonas putida (arvilla) mt-2: evidence for the existence of a TOL plasmid, j. Bacteriol. 1974, 120, 1,416-423.
41. Yang L., Wang Y., Song J., Zhao W„ He X., Chen J., Xiao M.: Promotion of plant growth and in situ degradation of phenol by an engineered Pseudomonas fluorescens strain in different contaminated environments. Soil Biol. Biochem. 2011, 43, 5, 915-922.
42. Zylstra G.J., McCombie W.R., Gibson D.T., Finette B.A.: Toluene degradation by Pseudomonas putida FI: genetic organization of the tod o peron. Appl. Environ. Microbiol. 1988, 54, 6, 1498-1503.
43. http://www.freebase.com 05.07.2012.
44. Ustawa z dnia 22 czerwca 2001 r. o organizmach genetycznie zmodyfikowanych (Dz. U. 2001.76.81 I z dnia 25 lipca 2001 r.).
45. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 lipca 2002 r. (poz. 943 i 944).
46. Dyrektywa 2001/204/WE z dnia 8 marca 2001 r.
47. Dyrektywa 200I/I8/WE z dnia 12 marca 2001 r.
48. Dyrektywa 2009/4 l/WE z dnia 6 maja 2009 r.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPP3-0002-0089