嗜极酶漆酶的微生物筛选与优化生产及其硒纳米颗粒介导的农药降解应用

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Next-generation nano-biocatalysts: extremozyme-based nanoparticle system for cypermethrin bioremediation

　　

摘要

嗜极酶在极端环境条件下具有卓越的热催化活性，在农药修复方面具有巨大潜力。本研究分离筛选了一种可产生嗜极酶的微生物——奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）JB1，用于生产耐碱性漆酶。采用初筛方法（OFAT），对广泛的碳源（葡萄糖、乳糖、木糖、蔗糖、淀粉、甘油、纤维素、柠檬酸钠、乙酸钠）、氮源（硫酸铵、硝酸钠、尿素、牛肉膏、蛋白胨、酪蛋白、明胶）、盐类（0.1 mM 和 0.01 mM）如CuSO?、KCl、ZnCl?、MgCl?、MnCl?、NiCl?、NaCl 和 CaCl?，以及pH值（7–10）进行了测试。在pH 9条件下，使用0.25%（w/v）纤维素、0.8%（w/v）尿素、0.1 mM MnCl₂、MgSO₄、CaCl₂、NaCl 和 KCl，以及0.01 mM CuSO₄、FeSO₄ 和 NiCl₂时，酶活性最高达到0.999 U/mL，并且对表面活性剂（吐温80、SDS）、有机溶剂（丙酮、乙醇、甲醇）和抑制剂（EDTA）具有良好的稳定性。随后，采用部分因子设计（PBD）和中心复合设计（CCD）对关键参数——纤维素（1.5% w/v）、尿素（0.7% w/v）和MgSO?（0.05 mM）——进行筛选和优化，将酶活性有效提升至2.3 U/mL，充分证明了优化过程的优越性和有效性。生物合成硒纳米颗粒（Bio-SeNPs）在农药降解方面表现出极高的效率，在72小时内实现了100%的氰戊菊酯降解，且未产生任何有毒中间产物。本研究提供了一套全面且可重复的技术方案，涵盖微生物分离、酶优化、纳米生物催化剂制备及其应用。

要点

• 采用一种新分离菌株——奇异变形杆菌（Proteus mirabilis），生产嗜极酶漆酶。

• 优化后产量提高了9.58倍。

• 采用生物硒纳米颗粒（Bio-SeNPs）降解氰戊菊酯，72小时内实现100%解毒。