外源DBT与转录因子deoR过表达增强新型埃希氏菌对废轮胎橡胶的脱硫能力

本研究针对废轮胎橡胶(TR)累积造成的环境危害，开发了一种新型微生物脱硫策略。研究人员从废轮胎表面分离出一株具有TR脱硫能力的新型埃希氏菌，通过外源二苯并噻吩(DBT)处理和转录因子deoR过表达，显著提高了4S脱硫途径基因的转录水平，使TR的硫含量从2.34%降至1.11%，交联度降低52.5%。该研究为废轮胎橡胶的生物法回收利用提供了新思路，对推进可持续TR回收和减轻全球环境污染具有重要意义。

　　

每年全球产生的废橡胶数量持续增长，其中约80%为废轮胎橡胶(TR)。这些废弃橡胶不仅占用大量土地资源，其长期堆积还会释放有害物质，而焚烧处理更会产生二氧化硫(SO₂)等污染物。传统的物理化学脱硫方法存在能耗高、污染大等缺点，因此开发环境友好的微生物脱硫技术具有重要意义。

在这项发表于《Journal of Hazardous Materials》的研究中，湖南林业科技大学的研究团队从废轮胎表面成功分离出一株新型埃希氏菌(Escherichia sp.)，该菌株展现出显著的TR脱硫能力。研究人员通过外源添加二苯并噻吩(DBT)和过表达转录因子deoR，显著提升了菌株的脱硫效率，为废轮胎橡胶的生物法回收提供了新的技术路径。

研究采用的主要技术方法包括：从废轮胎表面分离纯化微生物菌株；通过转录组测序分析基因表达差异；利用基因工程技术构建过表达菌株；采用有机元素分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)等技术表征TR脱硫效果。

3.1. 从废轮胎表面分离和鉴定脱硫微生物

研究人员从废轮胎表面成功分离出40株纯菌株，其中一株在含有TR的脱硫培养基中表现出最强的生长能力和TR减重效果(2.39%)。通过16S rRNA基因序列分析，鉴定该菌株为埃希氏菌属的一个新菌株。

3.2. 筛选提高埃希氏菌TR脱硫能力的外源诱导剂

在DMSO、Na₂SO₄、Tween-20、二烯丙基硫醚(DS)和DBT五种诱导剂中，DBT处理效果最佳，使菌株OD₆₀₀达到1.41，TR减重率达5.16%，硫含量从2.34%降至1.11%。

3.3. 转录组分析揭示DBT诱导的埃希氏菌转录变化

转录组分析显示，DBT处理显著影响基因表达，TR+DBT组与CK组相比有970个基因显著上调。其中4S脱硫途径基因(b1012、b0039、b1695)和六个转录因子基因表达显著上调。

3.4. 三个预测4S基因的脱硫活性

研究人员通过蛋白纯化和酶活实验证实，b1012(推测为dszA)、b0039(推测为dszC1)和b1695(推测为dszC2)均具有脱硫活性。基因敲除实验表明，这三个基因的缺失会显著降低菌株的脱硫能力。

3.5. 筛选提高TR脱硫能力的转录因子

在六个上调的转录因子中，过表达b0840(deoR)效果最显著，使TR减重率达5.62%，并显著上调4S基因表达水平(12.86-18.88倍)。

3.6. deoR过表达增强TR脱硫能力

deoR过表达菌株使TR硫含量降至1.10%，交联度从1.81×10^-4降至0.86×10^-4 mol/cm³。FTIR分析显示，C=C和C-S键强度降低，S=O和O=S=O键强度增加。

研究结论表明，外源DBT处理和deoR过表达通过上调4S脱硫途径基因表达，显著提高了新型埃希氏菌的TR脱硫能力。该研究不仅发现了一种新的TR脱硫微生物资源，还揭示了转录因子在调控脱硫过程中的重要作用，为开发高效的废轮胎橡胶生物处理技术提供了理论依据和技术支撑。值得注意的是，与已报道的脱硫微生物相比，该埃希氏菌株在7天内使TR硫含量降低55.6%，展现出优异的脱硫效率，在工业应用方面具有巨大潜力。