内生菌（地衣芽孢杆菌）介导的直接红20降解与解毒：计算机模拟与体外实验的见解

《Scientific Reports》：Endophytic bacteria (Bacillus licheniformis) mediated degradation and detoxification of Direct Red 20: an in silico and in vitro insights

　　

摘要

纺织工业排放的合成偶氮染料是主要的水污染源，因为它们具有化学稳定性、毒性，且对常规废水处理工艺具有抗性。在这些染料中，直接红 20 广泛用于纺织染色，且极难降解，使其成为一种持久性环境污染物。本研究通过整合实验与计算的方法，评估了Bacillus licheniformis 对直接红 20 的生物降解和解毒潜力。在优化条件下（37 °C、染料浓度 0.1 mg/mL、200 rpm 以及营养肉汤的自然 pH 值），120 小时后实现了 79.31% 的最高降解效率，72 小时后降解率为 65%。酶活性测定表明，氧化酶和还原酶参与了生物降解过程，其中过氧化物酶活性最高（0.377 U/mL），其次是偶氮还原酶（0.358 U/mL）和漆酶（0.0067 U/mL），表明它们在偶氮染料降解中的作用。分子对接进一步支持了这些发现，过氧化物酶与直接红 20 显示出最强的相互作用，结合亲和力为?10.69 kcal/mol。FTIR 和 GC–MS 分析证实了染料结构转化为更简单的化合物，而斑马鱼胚胎毒性试验证明了显著的解毒作用，胚胎存活率从未处理染料样本中的 13.33% 至 80.00% 增加到生物降解后的 66.67%–93.33%。为了评估其工业应用潜力，将B. licheniformis 细胞固定在海藻酸钙微球中，72 小时后实现了 39.78% 的降解。尽管降解效率低于游离细胞，但固定化提供了实际优势，包括细胞保护、易于回收、可重复使用以及适合连续废水处理。本研究的创新之处在于整合了生物降解、酶活性谱、分子对接、固定化细胞技术、结构表征和体内毒性评估，以系统评估直接红 20 的解毒作用。这些发现表明，B. licheniformis 是修复偶氮染料污染废水的一种有前景的生态友好型生物催化剂。未来的研究应侧重于优化固定化条件，并使用真实纺织废水评估该过程以便大规模应用。