New genes with functional priority for degradation of aromatic hydrocarbons in highly contaminated environment

Abstract

This thesis explores the potential of microbial bioremediation as a sustainable solution for eliminating polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) pollution. Traditional remediation methods are often costly and inefficient, highlighting the need for alternative strategies. The research identified a novel subfamily of extradiol dioxygenases (EXDOs), termed HrbC, crucial for the aerobic breakdown of PAHs. Through metagenomic screening of contaminated soils, HrbC enzymes were found to have broad substrate specificity and a significant role in degrading toxic catecholic intermediates, with hrbC genes detected across contaminated sites globally. Outdoor mesocosm experiments simulating real-world PAH contamination, revealed shifts in microbial populations and verified hrbC gene expression. These findings demonstrate the dynamic microbial responses to PAH stress and the persistence of EXDO genes in polluted environments. Additionally, two bacterial strains, Pseudomonas veronii SM-20 and Rhodococcus qingshengii SM-20, were isolated and analyzed for their PAH degradation capabilities. Genomic and proteomic analyses highlighted key enzymes and stress-resistance proteins essential for PAH metabolism, with P. veronii SM-20 degrading 25% of phenanthrene (PHE) in 30 days and R. qingshengii SM-20 achieving 36%...

(in czech) Tato práce zkoumá potenciál mikrobiální bioremediace jako udržitelného řešení eliminace znečištění polycyklickými aromatickými uhlovodíky (PAH). Tradiční sanační metody jsou často nákladné a neefektivní, což zdůrazňuje potřebu alternativních strategií. Výzkum identifikoval novou podrodinu extradiol dioxygenáz (EXDOs), nazvanou HrbC, která je klíčovou pro aerobní rozklad PAH. Prostřednictvím metagenomického screeningu kontaminovaných půd bylo zjištěno, že enzymy HrbC mají širokou substrátovou specifitu a významnou roli při degradaci toxických katecholických meziproduktů, přičemž geny hrbC byly detekovány globálně napříč kontaminovanými místy. Venkovní mezokosmické experimenty simulující skutečnou kontaminaci PAH, odhalily změny v mikrobiální populaci a ověřily expresi genu hrbC. Tato zjištění demonstrují dynamické mikrobiální reakce na stres PAH a perzistenci EXDO genů ve znečištěném prostředí. Kromě toho byly izolovány dva bakteriální kmeny, Pseudomonas veronii SM-20 a Rhodococcus qingshengii SM-20, u nichž byla analyzována jejich schopnost degradace PAH. Genomické a proteomické analýzy odhalily klíčové enzymy a proteiny související s odolností vůči stresu, které jsou nezbytné pro metabolismus PAH, přičemž P. veronii SM-20 degraduje 25% fenantrenu (PHE) za 30 dní a R. qingshengii SM-20...