利用细胞表面展示漆酶特异性降低鸡粪中磺胺嘧啶残留
发布时间：2021-01-15 05:09
磺胺类抗生素因其具有良好的抗病、促生长的功效在家禽类养殖业中得到广泛应用,特别是近年来养殖场药物保健理念的兴起更是把磺胺类抗生素的使用推向高潮。长期抗生素的滥用导致肉鸡体内与粪便中含有高浓度的抗生素残留,释放到土壤,水域等生态环境中的抗生素最终会诱导产生多种耐药性菌株并对人类健康造成严重威胁。目前,传统的物理、化学等方法通常在降解抗生素过程中存在施用成本过高并且对环境造成二次污染的风险。因此,找到一种环保、有效又经济的新方法,是解决畜禽粪便内抗生素残留问题的关键。本文综合对比了现存多种磺胺嘧啶的降解方法后利用细胞表面展示技术将来源于平菇（Pleurotus ostreatus HAUCC 162）的漆酶多肽lacc6展示在益生菌大肠杆菌Nissle 1917（EcN）细胞表面并获得全细胞生物催化剂EcN-IL。在体外检测中发现该工程菌株的漆酶酶活力为1.99±0.87 U/mg细菌干重,酶活反应的最佳温度为40℃,最佳pH值为5.0,其在3 h内对磺胺嘧啶的降解率最高可达到37±1.3%。随后,以白羽肉鸡为动物模型,将全细胞生物催化剂制备成菌株冻干粉饲喂给肉鸡,经过检测后发现0.07%...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抗生素的主要施用途径及其几种残留的环境[6]
兰州大学硕士学位论文利用细胞表面展示漆酶特异性降低鸡粪中磺胺嘧啶残留3综上所述，SAs通过食物链可在各种生物体中积累，这种积累可能致使这些药物引起人体局部毒性作用增加[1,35]。此外，SAs在不同施用环境中会其作用机制也不同[35,36]。研究表明，浓度为46ng/L的磺胺甲恶唑（SMZ）与其他多种药物混合施用时可抑制人类胚胎细胞HEK293的生长，且观察到的最高效果是细胞增殖比对照组减少了30%[37]。生活中，若人类长期服用过量SAs，则会出现恶心和皮肤过敏等典型的不良反应[11]。Dolliver等认为，食品中SAs残留虽然不会对人类健康造成威胁或不良影响，但会发展和传播抗生素的耐药性[38]。图1-2展示了环境中SAs残基和抗性基因的残留部位及其传递途径，不难看出，动物粪便是SAs残留的主要部位，大量的抗生素积累最终会导致环境中各种抗性基因滋生并形成新的致病菌，最终威胁人类健康[11]。图1-2SAs残基与抗性基因残留的部位及其污染的主要传播途径[11]Fig1-2.SitesofSAsresiduesandresistancegeneresiduesintheenvironmentandthemaintransmissionroutesofpollution.1.1.2磺胺类抗生素残留的现有治理方法近年来，由于畜牧业及医疗事业的不断发展，SAs滥用现象层出不穷，最终为自然环境与人类健康带来了严重危害。针对不同污染场所残留情况，研究者探究了多种SAs去除方法。目前，最常见的去除方法有物理和化学法以及以微生物为底物的消化法。常见降解SAs的物理和化学方法如：O3、Cl2、ClO2、Fenton反应、光催化
鳎??锎呋?恋闹馗蠢?糜朐偕?δ茉诳股?氐刃滦臀廴疚锏娜コ?过程中具有重要作用[56]。一个完整的生物催化系统必须确保酶的功能和稳定性，同时最大限度地提高催化活性效率[57]。目前，为适应生产应用的要求，生物酶分别以多种形式被应用于去除环境中的新型污染物。例如，Auriol等发明的漆酶-膜生物反应器其可在实验室规模（4mg/L）与实际废水（100μg/L）中持续去除雌激素，去除效率达到80-100%[58]。该方法本质是在水处理中直接将酶作为添加剂，但酶的施用成本高、作用时间较短且回收困难，因此其应用前景狭窄。如图1-3所示，Hutchison团队在传统的离子交换树脂和新兴的化学催化剂的基础上将高氯酸盐还原酶与绿泥石歧化酶提取物制备成为脂质和聚合物囊泡，这种新型的酶生物催化剂可持续去除饮用水中的高氯酸盐（100μM）[59]。最近的一项研究采用包封法将纯化的木瓜漆酶固定在壳聚糖微球中，提高了其对多种环境污染物如金属离子包括重金属离子、有机溶剂的耐受性，同时，这种固定化漆酶还改善了染料的脱色功能，使合成染料靛胭脂(50g/mL)在8h内完全脱色，而在相同条件下游离漆酶的脱色能力仅为56%[60]。然而，这些固定化技术有很大的缺点，固定在各种基质中的酶由于经过化学处理而变性进一步失去酶的功能，一些化学固定剂还对环镜造成二次污染[61]。因此，酶的固定化法也是不经济、不环保、不持续的。图1-3固定化生物酶在去除高氯酸盐中的应用[59]Fig1-3.Applicationofimmobilizedbiologicalenzymesintheremovalofperchlorate.
【参考文献】：
期刊论文
[1]肠道修复:一种利用益生菌减少重金属积累的新思路[J]. 李荣,冯朋雅,叶泽,陈潇,李祥锴,刘璞. 微生物学通报. 2019(07)
[2]抗肿瘤靶向工程菌的高密度发酵及菌粉研制[J]. 王灿,莫湘涛,张峰,吴柳娟,李躺,夏立秋. 食品科学. 2018(02)
[3]益生菌大肠杆菌Nissle 1917抗逆性能、猪肠上皮细胞黏附率及抑菌效果研究[J]. 李金龙,邓欢,刘金艳,毛俊霞,王瑶,唐志如. 动物营养学报. 2017(04)
[4]真核生物来源漆酶的异源表达研究进展[J]. 宁娜,谭慧军,孙新新,倪金凤. 生物工程学报. 2017(04)
[5]利用转座子构建靶向侵袭性抗肿瘤工程菌[J]. 白利明,唐斯佳,文也,杨琦,孙运军,胡胜标,丁学知,夏立秋. 中国科学:生命科学. 2015(02)
[6]真菌漆酶结构与功能研究进展[J]. 刘忠川,王刚刚. 生物物理学报. 2013(09)
[7]污水厂不同生物处理工艺对抗生素的去除效果[J]. 殷小伟,强志民,贲伟伟,潘寻. 中国给水排水. 2012(22)
博士论文
[1]大肠杆菌Nissle 1917无质粒克隆菌株鞭毛表面展示功能探析[D]. 杨颖.扬州大学 2016
[2]拟青霉漆酶发酵调控、分离纯化及性质的研究[D]. 刘志钰.江南大学 2010
[3]利用冰晶核蛋白构建细菌细胞表面展示体系及其应用研究[D]. 李茜茜.华中农业大学 2009
[4]革耳（Panus rudis）漆酶的异源表达和酶学性质改良[D]. 杨建强.中国人民解放军军事医学科学院 2005
硕士论文
[1]利用冰晶核蛋白构建透明质酸酶细菌细胞表面展示体系及其应用研究[D]. 吕思涵.上海应用技术学院 2015
[2]污水厂中磺胺类抗生素的去除效率与残留特征[D]. 白杨.哈尔滨工程大学 2012
[3]恶臭假单胞菌X4表面展示融合蛋白质EGFP-4MTα及工程菌对镉的吸附[D]. 何小川.华中农业大学 2010
本文编号：2978290
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
抗生素的主要施用途径及其几种残留的环境[6]
兰州大学硕士学位论文利用细胞表面展示漆酶特异性降低鸡粪中磺胺嘧啶残留3综上所述，SAs通过食物链可在各种生物体中积累，这种积累可能致使这些药物引起人体局部毒性作用增加[1,35]。此外，SAs在不同施用环境中会其作用机制也不同[35,36]。研究表明，浓度为46ng/L的磺胺甲恶唑（SMZ）与其他多种药物混合施用时可抑制人类胚胎细胞HEK293的生长，且观察到的最高效果是细胞增殖比对照组减少了30%[37]。生活中，若人类长期服用过量SAs，则会出现恶心和皮肤过敏等典型的不良反应[11]。Dolliver等认为，食品中SAs残留虽然不会对人类健康造成威胁或不良影响，但会发展和传播抗生素的耐药性[38]。图1-2展示了环境中SAs残基和抗性基因的残留部位及其传递途径，不难看出，动物粪便是SAs残留的主要部位，大量的抗生素积累最终会导致环境中各种抗性基因滋生并形成新的致病菌，最终威胁人类健康[11]。图1-2SAs残基与抗性基因残留的部位及其污染的主要传播途径[11]Fig1-2.SitesofSAsresiduesandresistancegeneresiduesintheenvironmentandthemaintransmissionroutesofpollution.1.1.2磺胺类抗生素残留的现有治理方法近年来，由于畜牧业及医疗事业的不断发展，SAs滥用现象层出不穷，最终为自然环境与人类健康带来了严重危害。针对不同污染场所残留情况，研究者探究了多种SAs去除方法。目前，最常见的去除方法有物理和化学法以及以微生物为底物的消化法。常见降解SAs的物理和化学方法如：O3、Cl2、ClO2、Fenton反应、光催化
鳎??锎呋?恋闹馗蠢?糜朐偕?δ茉诳股?氐刃滦臀廴疚锏娜コ?过程中具有重要作用[56]。一个完整的生物催化系统必须确保酶的功能和稳定性，同时最大限度地提高催化活性效率[57]。目前，为适应生产应用的要求，生物酶分别以多种形式被应用于去除环境中的新型污染物。例如，Auriol等发明的漆酶-膜生物反应器其可在实验室规模（4mg/L）与实际废水（100μg/L）中持续去除雌激素，去除效率达到80-100%[58]。该方法本质是在水处理中直接将酶作为添加剂，但酶的施用成本高、作用时间较短且回收困难，因此其应用前景狭窄。如图1-3所示，Hutchison团队在传统的离子交换树脂和新兴的化学催化剂的基础上将高氯酸盐还原酶与绿泥石歧化酶提取物制备成为脂质和聚合物囊泡，这种新型的酶生物催化剂可持续去除饮用水中的高氯酸盐（100μM）[59]。最近的一项研究采用包封法将纯化的木瓜漆酶固定在壳聚糖微球中，提高了其对多种环境污染物如金属离子包括重金属离子、有机溶剂的耐受性，同时，这种固定化漆酶还改善了染料的脱色功能，使合成染料靛胭脂(50g/mL)在8h内完全脱色，而在相同条件下游离漆酶的脱色能力仅为56%[60]。然而，这些固定化技术有很大的缺点，固定在各种基质中的酶由于经过化学处理而变性进一步失去酶的功能，一些化学固定剂还对环镜造成二次污染[61]。因此，酶的固定化法也是不经济、不环保、不持续的。图1-3固定化生物酶在去除高氯酸盐中的应用[59]Fig1-3.Applicationofimmobilizedbiologicalenzymesintheremovalofperchlorate.
【参考文献】：
期刊论文
[1]肠道修复:一种利用益生菌减少重金属积累的新思路[J]. 李荣,冯朋雅,叶泽,陈潇,李祥锴,刘璞. 微生物学通报. 2019(07)
[2]抗肿瘤靶向工程菌的高密度发酵及菌粉研制[J]. 王灿,莫湘涛,张峰,吴柳娟,李躺,夏立秋. 食品科学. 2018(02)
[3]益生菌大肠杆菌Nissle 1917抗逆性能、猪肠上皮细胞黏附率及抑菌效果研究[J]. 李金龙,邓欢,刘金艳,毛俊霞,王瑶,唐志如. 动物营养学报. 2017(04)
[4]真核生物来源漆酶的异源表达研究进展[J]. 宁娜,谭慧军,孙新新,倪金凤. 生物工程学报. 2017(04)
[5]利用转座子构建靶向侵袭性抗肿瘤工程菌[J]. 白利明,唐斯佳,文也,杨琦,孙运军,胡胜标,丁学知,夏立秋. 中国科学:生命科学. 2015(02)
[6]真菌漆酶结构与功能研究进展[J]. 刘忠川,王刚刚. 生物物理学报. 2013(09)
[7]污水厂不同生物处理工艺对抗生素的去除效果[J]. 殷小伟,强志民,贲伟伟,潘寻. 中国给水排水. 2012(22)
博士论文
[1]大肠杆菌Nissle 1917无质粒克隆菌株鞭毛表面展示功能探析[D]. 杨颖.扬州大学 2016
[2]拟青霉漆酶发酵调控、分离纯化及性质的研究[D]. 刘志钰.江南大学 2010
[3]利用冰晶核蛋白构建细菌细胞表面展示体系及其应用研究[D]. 李茜茜.华中农业大学 2009
[4]革耳（Panus rudis）漆酶的异源表达和酶学性质改良[D]. 杨建强.中国人民解放军军事医学科学院 2005
硕士论文
[1]利用冰晶核蛋白构建透明质酸酶细菌细胞表面展示体系及其应用研究[D]. 吕思涵.上海应用技术学院 2015
[2]污水厂中磺胺类抗生素的去除效率与残留特征[D]. 白杨.哈尔滨工程大学 2012
[3]恶臭假单胞菌X4表面展示融合蛋白质EGFP-4MTα及工程菌对镉的吸附[D]. 何小川.华中农业大学 2010
本文编号：2978290
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