从亚马逊土壤中分离出的Trichoderma pseudoasperelloides CBMAI 2752和Penicillium sp. cf. guaibinense CBMAI 2758对布洛芬的生物降解作用

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Biodegradation of ibuprofen from Trichoderma pseudoasperelloides CBMAI 2752 and Penicillium sp. cf. guaibinense CBMAI 2758 isolated from amazonian soil

本研究发现亚马逊铁矿区分离的两种真菌（Trichoderma pseudoasperelloides和Penicillium sp.）在多种条件下对布洛芬（IBU）降解效率超过99%，pH为关键因素，酸性条件更优。LC-MS鉴定出三种代谢物，处理后提取液对斑马鱼胚胎无毒，而商用IBU具毒性。该成果为利用亚马逊微生物资源开发环保的药物降解技术提供了依据。

　　ibuprofen（IBU）作为一种广泛使用的非甾体抗炎药（NSAIDs），在全球范围内被大量消费。其在使用后若处理不当，会对环境造成严重影响，尤其是水体污染。世界卫生组织对此类药物的不当处置问题表示高度关注，认为这不仅影响人类健康，还对生态系统的稳定性构成威胁。近年来，随着对环境微污染物治理需求的增加，多种技术被开发用于处理药物衍生的有机微污染物（OMPs）。其中，生物降解技术因其环境友好性和高效性而受到越来越多的关注，特别是在处理低浓度污染物时表现出色。

本研究聚焦于利用从亚马逊地区铁矿土壤中分离出的丝状真菌，探索其对IBU的生物降解和生物转化能力。选择的菌株包括 *Trichoderma pseudoasperelloides* CBMAI 2752 和 *Penicillium* sp. cf. *guaibinense* CBMAI 2758。这两株真菌在多种实验条件下均实现了超过99%的IBU降解率，表明其在处理该类污染物方面具有极高的潜力。通过三变量Box-Behnken因子设计进行实验，结果发现pH值是影响降解效率的关键参数。具体而言，较低的pH值显著提升了降解过程的效率，这一发现为未来优化生物降解条件提供了重要依据。

研究还通过液相色谱-质谱联用技术（LC–MS）鉴定了IBU降解过程中产生的三种潜在代谢产物，其中包括2-(2-羟基-4-异丁基苯基)丙酸。这些代谢产物的识别不仅有助于理解IBU的降解途径，还为评估其对环境和生物体的潜在影响提供了基础。进一步的毒性实验使用斑马鱼胚胎作为模型生物，发现经过IBU生物降解和转化的提取物在测试浓度下无毒性，能够支持正常的胚胎发育。相比之下，市售的IBU则表现出毒性，导致胚胎无法正常形成。这一对比实验结果表明，通过真菌生物降解获得的IBU代谢产物可能比原始药物更加安全，具有更低的生态风险。

在研究背景中提到，IBU的广泛使用不仅体现在医疗领域，也因全球疫情（如新冠疫情）的爆发而进一步增加。新冠疫情导致全球对NSAIDs的需求激增，使得IBU的环境负荷显著上升。这一现象促使科学界更加重视药物污染的治理，尤其是在水体中的残留问题。研究指出，IBU在多种环境介质中被频繁检测到，其浓度范围通常在纳克/升（ng L?1）到微克/升（μg L?1）之间。这些低浓度的IBU对水生和陆生生物体可能产生显著的细胞毒性、基因毒性和氧化应激效应。例如，斑马鱼胚胎暴露于IBU后，其孵化率下降、运动功能受损，并且神经发育相关基因的表达发生变化。此外，即使在较低浓度下，IBU也会影响斑马鱼胚胎的心血管功能，进一步凸显其生态毒性风险。

为了应对这一挑战，科学家们开发了多种技术手段用于药物污染的治理。这些技术包括膜分离、高级氧化还原反应、光降解、催化和光催化臭氧化、使用先进材料进行吸附等。然而，生物降解因其环境友好性和高效性而被认为是处理药物污染的一种重要方式。特别是丝状真菌，因其能够分泌多种胞外酶，如氧化酶，使其具备降解广泛有机污染物的能力，包括NSAIDs。研究还指出，某些真菌已经显示出对IBU的降解能力，例如 *Rhizophagus irregularis* 在温和的pH和温度条件下，能够在150天内将IBU降解80%。同样， *Trametes versicolor* 在农业土壤中被分离出来，并在7天内实现了对IBU的高效降解。尽管已有这些研究，但专门针对丝状真菌降解IBU的系统性研究仍然较少。

考虑到亚马逊雨林作为地球上生物多样性最丰富的热带生态系统，其土壤中的微生物种类繁多，且具有极高的生态功能。这些微生物在维持生态系统平衡和促进养分循环方面发挥着重要作用，从而支持了雨林的持续繁荣。因此，本研究选择从富含重金属的亚马逊土壤中分离出的丝状真菌作为研究对象，以评估其在IBU降解中的潜力。这一研究不仅有助于理解亚马逊土壤微生物在环境修复中的作用，还为开发基于自然生态系统的生物降解技术提供了新的思路。

在实验方法中，研究人员首先通过宏观和微观形态学对真菌菌株进行初步鉴定，并通过分子分析进一步确认其种类。所使用的基因片段包括β-微管蛋白基因、翻译延伸因子（TEF）和内部转录间隔区（ITS）区域。通过比对这些基因序列与GenBank中的参考序列，研究人员能够准确分类菌株。此外，实验中使用的试剂和溶剂也经过严格筛选，以确保实验的准确性和可重复性。例如，IBU样品由Synth公司提供，而有机溶剂如乙酸乙酯、乙醇、甲醇和二甲基亚砜则来自Synth?公司。培养基则由Himedia?和Dinamica公司提供，确保实验条件的标准化。

实验结果表明，这两株真菌在不同条件下均能实现高效率的IBU降解，这不仅显示出其强大的代谢能力，也反映出它们在处理药物污染方面的潜力。研究还通过统计分析进一步确认了pH值对降解效率的关键作用，表明在酸性和中性条件下，IBU的降解率更高。这一发现为未来优化生物降解条件提供了重要的实验依据。此外，通过LC–MS技术鉴定的代谢产物进一步表明，IBU在真菌作用下可以被有效转化，这可能降低其对环境和生物体的潜在危害。

研究还指出，生物降解技术在处理低浓度药物污染方面具有显著优势。相比其他物理或化学方法，生物降解能够利用微生物的自然代谢过程，减少对环境的二次污染。同时，这种方法具有较高的可操作性和成本效益，使其在实际应用中更具可行性。此外，丝状真菌在生物降解过程中能够分泌多种酶，这些酶不仅能够分解复杂的有机分子，还能在不同pH条件下保持较高的活性。因此，丝状真菌被视为一种潜在的环境友好型生物催化剂，可用于处理多种药物污染。

本研究的结论表明，从亚马逊土壤中分离出的真菌菌株在IBU降解方面表现出卓越的能力。这一发现不仅拓展了对真菌降解能力的认识，也为开发基于自然生态系统的生物降解技术提供了新的方向。此外，研究还强调了pH值在影响降解效率中的关键作用，表明在优化生物降解条件时，pH值的调控是不可忽视的因素。这些结果为未来进一步研究真菌在环境修复中的应用提供了基础，同时也为减少药物污染对环境的影响提供了新的解决方案。

综上所述，本研究通过系统性实验，揭示了从亚马逊土壤中分离出的真菌在IBU降解中的高效性，为环境治理提供了一种生态可持续的替代方案。随着全球对药物污染的关注不断加深，这种基于自然生态系统的生物降解方法有望在未来得到更广泛的应用，为解决全球范围内的药物污染问题提供新的思路和技术支持。