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本研究针对美他环素（MTC）污染问题，通过基因编辑改造假单胞菌 MB04B，筛选出高效产生物锰氧化物（BMO）的突变株 MB04R-14。其合成的微 / 纳米结构 MnO?复合材料可在 24 小时内完全降解 MTC，揭示了潜在代谢路径，为抗生素污染治理提供新策略。
工程化假单胞菌合成生物锰氧化物及其对美他环素的降解效能
研究背景与菌株改造
美他环素（MTC）作为广谱四环素类抗生素，因化学稳定性高，在环境中易残留并威胁生态与健康。传统物理化学处理方法对其多环结构去除低效，而生物锰氧化物（BMO）因强氧化性成为新兴修复材料。本研究以野生型 Mn (II) 氧化假单胞菌（Pseudomonas）MB04B 为基础，通过 mini-Tn5 转座子插入突变库构建与高效热不对称交互 PCR（hiTAIL-PCR）技术，筛选出 10 个与锰氧化物生成量（MnODA）提升相关的基因。经单基因及多基因组合敲除，获得七基因敲除突变株 MB04R-14，其 MnODA 较野生型提升 35%，且加速 BMO 聚集体形成。
BMO 聚集体的结构表征
MB04R-14 在含 Mn2?培养基中形成由菌体、锰氧化物和有机基质组成的微球型聚集体。扫描电子显微镜（SEM）显示其为直径 5-10 μm 的多孔或中空不规则团聚体，透射电子显微镜（TEM）观察到纳米晶结构。X 射线衍射（XRD）证实其主要成分为斜方锰矿型 MnO?，傅里叶红外光谱（FTIR）检测到 Mn-O 键振动峰，表明形成了微 / 纳米结构的 BMO 复合材料。
MTC 降解性能与影响因素
BMO 复合材料对初始浓度 50 μg/mL 的 MTC 在 24 小时内降解率达 100%。降解效率受初始浓度、温度、pH 及金属离子影响：MTC 浓度升高至 100 μg/mL 时降解率降至 87%；温度在 25-45°C 时效率最佳；酸性条件（pH<3）可在 1 小时内完全降解 MTC，而 Mg2?、Cu2?、Ni2?、Co2?等金属离子显著抑制降解，其中 Ni2?抑制率达 55%。动力学分析表明，降解过程符合准一级反应模型，速率常数（k）随 BMO 浓度增加而升高。
降解路径与产物毒性评估
液相色谱 - 质谱（LC-MS）检测到三个中间产物，推测降解路径为：MTC 首先脱去 A 环两个氨基甲基生成 m/z 437 中间体，随后 A 环脱去氨基和酰胺基形成 m/z 393 中间体，最后 A、B 环各脱去一个羟基并失去甲基生成 m/z 349 中间体，最终矿化为 CO?和 H?O。抑菌实验显示，降解产物对大肠杆菌（E. coli）DH5α、铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）ATCC15442 和金黄色葡萄球菌（S. aureus）KCTC1621 均无抑制作用，证实毒性完全消除。
实际应用潜力验证
在模拟医院废水（pH 7.4）中，BMO 复合材料对 50 μg/mL MTC 的降解率在 3 天内达 99%，显示其在复杂环境中的适用性。连续五次循环降解实验表明，BMO 仍保持 90% 以上效率，证实其可重复利用性。研究结果为多环抗生素污染的生物修复提供了高效、可持续的解决方案，尤其在酸性工业废水处理中具有应用前景。
