《International Biodeterioration & Biodegradation》：Biocatalytic remediation of carbamazepine and tetracycline in hospital wastewater using
Megasporoporia minor derived laccase
编辑推荐：
•IY: (PAM-SA-Gel-LAC)的降解率为93.07±0.77%。•医院废水的降解率为91.52±0.52%。•降解产物能够促进微生物生长。引言由于药物和酚类化合物的持续释放、在环境中的持久性以及对水生系统的潜在不良影响，它们越来越被认为是水环境和工业废水中的新兴污染物
- •
IY: (PAM-SA-Gel-LAC)的降解率为93.07±0.77%。
- •
医院废水的降解率为91.52±0.52%。
- •
降解产物能够促进微生物生长。
引言
由于药物和酚类化合物的持续释放、在环境中的持久性以及对水生系统的潜在不良影响，它们越来越被认为是水环境和工业废水中的新兴污染物。这些物质因其毒性、生物累积能力和对水生生态系统及人类健康的危害而受到广泛关注。在药物残留物中，抗生素和止痛药是全球使用最广泛的治疗类别，年消费量超过1214吨（Chu等人，2024年；Kumar等人，2022年）。目前全球市场上已有超过100种抗生素化合物，导致它们在各种环境介质中广泛存在。
卡马西平（一种抗癫痫药物）和四环素（TET，一种广谱抗生素）是最常见的药物微污染物。卡马西平主要用于治疗癫痫、三叉神经痛、神经性疼痛和双相情感障碍，而四环素则广泛应用于人类和兽医领域（Kaplowitz，2007年）。这些物质在被摄入后仅部分代谢，并以原药形式和代谢产物的形式通过尿液和粪便排出体外（Bhardwaj等人，2022年；Ankley等人，2007年）。因此，卡马西平和四环平以从纳克/升到微克/升不等的浓度持续进入水生环境，其持久性归因于它们对自然降解和传统废水处理技术的抗性（Shao等人，2019年）。它们在环境中的积累与对水生生物、陆地动物、土壤微生物和生态系统功能的毒性影响有关。此外，药物残留物及其代谢物已在鱼类组织和人体生物样本中被检测到，突显了它们对生态和公共健康的潜在影响（De Assis，2021年）。
药物微污染物日益普遍，因此需要可持续且高效的处理方法。传统的污水处理厂往往难以去除像卡马西平和四环平这样的化合物，因为它们的分子结构复杂且难以降解（Yang等人，2017b）。尽管已研究使用真菌生物量进行污染物吸附和生物修复，但直接使用整个真菌培养物面临操作挑战，包括降解速度慢和过程复杂性（Sankaranarayanan等人，2024年）。因此，基于酶的生物催化系统已成为消除持久性有机污染物的有希望的替代方案。
真菌酶，特别是木质素分解氧化还原酶（如漆酶（EC 1.10.3.2）、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶），在分解各种药物污染物方面显示出巨大潜力。研究表明，来自Agaricomycetes属、Phanerochaete chrysosporium、Pleurotus属和Trametes trogii的木质素分解酶能有效转化卡马西平和四环平等化合物。这些酶促进氧化反应，产生毒性较低的中间产物，有助于解毒药物污染物（Liao等人，2021年）。卡马西平和四环平的转化产物包括吖啶-9-羧醛、苯并吡啶衍生物、蒽酸、10,11-环氧卡马西平、酮类化合物、4-表四环素、表羟基四环素、无水四环素和邻苯二甲酸酐（Liao等人，2021年）。这些酶促途径为传统的物理化学处理方法提供了环保的替代方案。
漆酶是一种多铜氧化酶，主要由真菌和植物产生，在木质素分解和外源物质的氧化中起关键作用（Singh和Gupta，2020年）。其广泛的底物特异性、高效率以及能够氧化酚类和非酚类化合物的特性，使其在生物修复、生物转化和废水处理中非常有用（Ansari等人，2021年）。然而，实际应用中酶的稳定性较差、重复使用次数有限以及酶回收的困难增加了处理成本（Somu等人，2022年）。
酶的固定可以提高其在恶劣环境条件下的稳定性、操作韧性和重复使用性（Jun等人，2019年）。常见的固定方法包括吸附、包埋、交联以及使用天然或合成聚合物支架的共价键合（Shakerian等人，2020年）。与游离酶相比，固定化的漆酶通常表现出更好的污染物去除率和操作稳定性，突显了其在可持续环境清洁中的作用（Bilal等人，2022年）。壳聚糖是一种优选的支架材料，因为它具有生物相容性、可生物降解性和丰富的功能基团，有利于酶的结合（Shokri等人，2022年）。壳聚糖可以制成微球、珠子、纳米颗粒和薄膜，为漆酶固定提供多种平台（Wang和Zhuang，2022年；Sharma等人，2021年）。
近年来，基于聚丙烯酰胺的冷冻凝胶因其高孔隙率、机械稳定性和良好的传质性能而受到关注（Memic等人，2019年）。在我们之前的研究中（Kachhadiya等人，2026年），我们使用它们来降解双氯芬酸（DCF）和对乙酰氨基酚（PCM）。然而，使用冷冻凝胶系统去除卡马西平和四环平的研究仍相对较少（Cova等人，2018年；Tüysüz等人，2022年）。据报道，聚丙烯酰胺-海藻酸盐冷冻凝胶能有效吸附和催化去除受污染水中的汞和阿特拉津等污染物。
本研究探索了M. minor作为漆酶的新来源，用于卡马西平和四环平的生物催化降解。漆酶通过固态发酵（SSF）生产，随后固定在PAM–SA-Gel和Chit-MS上。系统评估了游离漆酶和固定化漆酶的催化特性和动力学参数，以评估其在药物降解中的表现。使用UV–Vis光谱、HPTLC、HPLC、FTIR和LC–MS表征了卡马西平和四环平的去除和转化情况。根据鉴定出的转化产物提出了可能的降解途径。此外，通过微生物毒性、植物毒性和细胞活力测定初步评估了该处理方法的解毒潜力，从而综合评估了所开发生物催化系统的环境适用性和可持续性。
章节片段
材料
白腐真菌M. minor在麦芽提取物琼脂上培养。卡马西平（Sigma Aldrich）和四环素（Sigma Aldrich）作为目标药物污染物使用。主要试剂和分析化学品包括甲醇、过硫酸铵（APS）、2,2′-吖嗪二苯并噻唑啉-6-磺酸酯（ABTS）、联磺酰氨基嗪（SYR）、香豆素（GUA）、对香豆酸（PCA）、2,4-二甲氧基酚（DMP）、Bushnell–Hass肉汤（BHB）、二硫苏糖醇（DTT）、乙酸乙酯、正己烷，
卡马西平和四环平的TI指数
在含有50 ppm和100 ppm卡马西平和四环平的情况下，测定了M. minor的径向菌丝生长TI。从接种点到最长菌丝的顶端监测菌丝生长情况，并将其随时间的变化与相应的未处理对照组进行比较。生长过程经历了五个明显的阶段：迟滞期、快速初始生长期、延迟发育期、稳态生长期和加速生长期，尽管各阶段的程度和持续时间有所不同
结论
本研究确定M. minor是去除卡马西平和四环平最有效的真菌菌株，即使在相对较低的生物量下也能产生大量漆酶。这些结果表明，M. minor产生的漆酶作为处理药物微污染物的生物催化剂具有巨大潜力。为了提高酶的稳定性、操作效率和重复使用性，通过交联将其固定在两种不同的基质系统上。
CRediT作者贡献声明
Ravi Kachhadiya：写作——审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、方法学、实验设计、数据分析。Dharti Bhadla：写作——审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学、数据分析。Neeraj Jain：验证、监督、实验设计、数据分析、概念化。Akshaya Gupte：验证、监督、项目管理、方法学、数据分析、概念化。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文工作的利益冲突或个人关系。
致谢
本研究由古吉拉特邦生物技术计划（GSBTM）资助（资助批准号：GSBTM/JD(R&D)/660/2022-23/00292084）。我们感谢他们的财政支持，这对本研究的成功实施至关重要。
Ravi Kachhadiya|Dharti Bhadla|Neeraj Jain|Akshaya Gupte
