بررسی نقش ژن‌های Alk، PAH و CYP153 در حذف آلاینده‌های قیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مرکز ملی آزمایشگاه ها و تحقیقات ساختمانی، آزمایشگاه ساختمانی واسط، الکوت، واسط، عراق.

2 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه واسط، عراق.

10.22103/jab.2024.24493.1634

چکیده

هدف: آلکان هیدروکسیلاز آنزیمی است که در مرحله اول تجزیه آلکان نقش دارد و ژن alkB برای تجزیه زیستی قیر مهم است زیرا قیر حاوی مقدار زیادی هیدروکربن مانند آلکان است، باکتری‌هایی با ژن alkane monooxygenase (AlkB) می‌توانند آن را تجزیه کنند. مکانیسم‌های تنظیمی می‌توانند پیچیده و مختص گونه باشند. آنزیم‌هایی وجود دارند که توسط ژن PAH کدگذاری شده‌اند که تجزیه هیدروکربن‌های آروماتیک چند حلقه‌ای (PAHs) را آغاز می‌کنند وPAH ها آلاینده های خطرناکی هستند که می توانند در آب و خاک شناسایی شوند. یک آلکان هیدروکسیلاز، به ویژه آنزیم سیتوکروم P450، توسط ژن سیتوکروم P450 کلاس I P450 (CYP153) کدگذاری می‌شود. این آنزیم برای تجزیه بیولوژیکی هیدروکربن ها، که شامل قیر است، ضروری است. آنزیم‌های متعلق به خانواده سیتوکروم P450 نقش مهمی در متابولیسم بسیاری از ترکیبات مختلف، از جمله آن‌هایی که برای بدن خارجی هستند، ایفا می‌کنند. یکی از اجزای اصلی قیر، آلکان ها، می توانند توسط آنزیم CYP153 اکسید شوند. بنابراین، هدف از این مطالعه بررسی نقش ژن‌هایAlk، PAH و CYP153 در حذف آلاینده‌های قیر بود.
مواد و روش‌ها: DNA ژنومی با استفاده از کیت استاندارد استخراج DNA استخراج شد. کیفیت و کمیت DNA استخراج شده با استفاده از دستگاه نانو دراپ تعیین شد. از پرایمرهای اختصاصی برای تکثیر ژن‌های AlkB، PAHs و Cyp153 استفاده شد. مشاهده قطعات تکثیر شده با استفاده از ترانس‌ایلمیناتور در زیر نور ماوراء بنفش انجام و عکسبرداری شد.
نتایج: DNA استخراج شده کیفیت و کمیت خوبی (10ng/μL) داشت. آلکان منواکسیژناز (alkB)، PAH و CYP153 سه ژن کلیدی کدکننده آنزیم هستند که به ترتیب نقش اساسی در کانی سازی مواد شیمیایی آلیفاتیک و PAH دارند. حضور این سه ژن (alkB، PAH و CYP153) بر اساس تکثیر PCR شناسایی و روی ژل آگارز مشاهده شد. فراوانی ژن‌های استفاده‌کننده از قیر متفاوت بود. بالاترین فراوانی برای ژن CYP152 و کمترین فراوانی برای ژن AlkB بود.
نتیجه‌گیری: نتایج پتانسیل کاربردهای زیست پالایی را به ویژه در مناطق آلوده به قیر با استفاده از باکتری‌های بومی مانند سودوموناس آئروژینوزا برای تایید اثربخشی این باکتری‌ها در محیط‌های عملی و ایجاد تکنیک‌های زیست پالایی مقیاس‌پذیر برای کاهش آلودگی هیدروکربنی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Exploring the role of Alk, PAH and CYP153 genes in removing of bitumen contaminants

نویسندگان [English]

  • Dhuha Majid Hassouni 1
  • Melad Khalaf Mohammed 2
1 National Center for Laboratories and Construction Research, Wasit Construction Laboratory, AL-Kut, Wasit, Iraq.
2 Department of Biology, College of Science, Wasit University, Iraq.
چکیده [English]

Objective
Alkane hydroxylase is an enzyme involved in the first stage of alkane degradation the alkB gene is important for the biodegradation of bitumen because bitumen contains a lot of hydrocarbons such as alkanes, bacteria with the is alkane monooxygenase (AlkB) gene can break it down. The regulatory mechanisms can be intricate and species-specific; there are enzymes encoded by the PAH gene that initiate the breakdown of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs); and PAHs are dangerous pollutants that can be detected in water and soil. An alkane hydroxylase, specifically a cytochrome P450 enzyme, is encoded by the cytochrome P450 Class I P450 (CYP153) gene. this enzyme is essential for the biodegradation of hydrocarbons, which includes bitumen. Enzymes belonging to the cytochrome P450 family play an important role in the metabolism of many different compounds, including those that are foreign to the body. One of bitumen's main components, alkanes, can be oxidized by the enzyme CYP153. Thus, the aim of this study was to explore the role of Alk, PAH and CYP153 genes in removing of bitumen contaminants.

Materials and Methods
Genomic DNA was extracted using the standard DNA extraction Kit. The quality and quantity of extracted DNA were determined using nanodrop device. The specific primers were used to amplify AlkB, PAHs and Cyp153 genes. Visualization of the amplified fragments was performed using a transilluminator under ultraviolet light and photographed.

Results
Extracted DNA had good quality and quantity (10ng/μL). Alkane monooxygenase (alkB), PAH, and CYP153 are three key enzyme-encoding genes that play an essential role in the mineralization of aliphatic and PAH chemicals, respectively. The presence of these three genes (alkB, PAH, and CYP153) was detected based on PCR amplification and visualized on agarose gel. Frequency of bitumen utilization genes was different. It was the highest for CYP152 gene and the lowest for AlkB gene.

Conclusions
The results highlight the potential for bioremediation applications, especially in bitumen-contaminated areas of employing native bacteria such as Pseudomonas aeruginosa to validate these bacteria's effectiveness in practical settings and create scalable bioremediation techniques for reducing hydrocarbon contamination field research is necessary.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bitumen
  • DNA
  • enzyme
  • PCR amplification

مراجع

Ahmed M, George SC (2004) Changes in the molecular composition of crude oils during their preparation for GC and GC-MS analyses. Org Geochem 35, 137-155.
Ahsani MR, Mohammadabadi MR, Shamsaddini MB (2010) Clostridium perfringens isolate typing by multiplex PCR. J Venom Anim Toxins Incl Trop Dis 16, 573-578.
Chikere CB, Fenibo EO (2018) Distribution of PAH-ring hydroxylating dioxygenase genes in bacteria isolated from two illegal oil refining sites in the Niger Delta, Nigeria. Sci Afr 1, e00003.‏
Das N, Chandran P (2011) Microbial degradation of petroleum hydrocarbon contaminants: an overview. Biotechnol Res Int‏ 2011, e941810.
Eze MO, George SC (2020) Ethanol-blended petroleum fuels: implications of co-solvency for phytotechnologies. RSC Adv 10, 6473-6481.
Eze MO, Hose GC, Goerge SC, Daniel R (2021) Diversity and metagenomics analysis of a hydrocarbon degrading bacterial consortium from asphalt lakes located in Wietze, Germany. AMB Express 11(1), e89.
Feng L, Wang W, Cheng J, et al. (2007) Genome and proteome of long-chain alkane degrading Geobacillus thermodenitrificans NG80-2 isolated from a deep-subsurface oil reservoir. Proc Natl Acad Sci USA 104, 5602-5607.
Ghosal D, Ghosh S, Dutta TK, Ahn Y (2016) Current state of knowledge in microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): a review. Front Microbiol 7, e1369.‏
Gonçalves EBC, Negri BF, Campolino ML (2016) Isolation of soil microorganisms bioremediators of petroleum derivatives. In: Proceedings of the Brazilian Congress of Chemical Engineering, Campinas, Galoá.
Hesham AEL, Mawad AMM, Mostafa YM, Shoreit A (2014) Biodegradation Ability and Catabolic Genes of Petroleum-Degrading Sphingomonas koreensis Strain ASU-06 Isolated from Egyptian Oily Soil. BioMed Res Int Volume 2014, e127674.
Hickey AM, Gordon L, Dobson ADW, et al. (2007) Effect of surfactants on fluoranthene degradation by Pseudomonas alcaligenes PA-10. Appl Microbiol Biotechnol 74, 851–856.
Hosseini S, Azadi D, Absalan A (2022) First isolation of biodegradable polycyclic aromatic hydrocarbons Mycobacterium porcinum and Mycobacterium celeriflavum from oil-polluted ecosystems. Environ Health Engin Manag J 9(2), 97-104.
Ivanova AE, Kravchenko IK, Sukhacheva MV, et al. (2014) Hydrocarbon-oxidizing potential and genes for n- alkane biodegradation in a new acidophilic mycobacterial association from sulfur blocks. Microbiology 83(6), 764-772.
Khabiri A, Toroghi R, Mohammadabadi M, Tabatabaeizadeh SE (2023) Introduction of a Newcastle disease virus challenge strain (sub-genotype VII. 1.1) isolated in Iran. Vet Res Forum 14(4), e221.
Li Q, Liu J, Gadd GM (2020) Fungal bioremediation of soil co-contaminated with petroleum hydrocarbons and toxic metals. Appl Microbiol Biotechnol 104, 8999-9008.‏
Liang C, Huang Y, Wang H (2019) pahE, a Functional Marker Gene for Polycyclic Aromatic Hydrocarbon-Degrading Bacteria. Appl Environ Microbiol 85(3), e02399-18.
Liao Q, Liu H, Lu C, et al. (2021). Root exudates enhance the PAH degradation and degrading gene abundance in soils. Sci Total Environ 764, e144436.‏
Lima SD, Oliveira AF, Golin R, et al. (2020). Isolation and characterization of hydrocarbon-degrading bacteria from gas station leaking- contaminated groundwater in the Southern Amason, Brazil. Braz J Biol 80(2), 354-361.
Maier T, Forster HH, Asperger O, Hahn U (2001) Molecular characterization of the 56-kDa CYP153 from Acinetobacter sp. EB104. Biochem Biophys Res Commun 286, 652-658.
Mirzaee E (2022) Removal of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) from Contaminated Media Using Magnetized Activated Carbon Composites. A thesis submitted to the University of Ottawa in partial fulfillment of the requirements for the Doctorate in Philosophy degree in Civil Engineering, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Ottawa, Ottawa, Canada.
Mohammadabadi M, Babenko O, Borshch OO, et al. (2024) Measurement of the relative expression pattern of the UCP2 gene in different tissues of the Raini Cashmere goat. Agric Biotechnol J 16 (3), 317-332.
Mohammadabadi MR, Shaikhaev GO, Sulimova GE, et al. (2004) Detection of bovine leukemia virus proviral DNA in Yaroslavsl, Mongolian and black pied cattle by PCR. Cell Mol Biol Lett 9 (4A), 766-768.
Mohammadabadi MR, Soflaei M, Mostafavi H, Honarmand M (2011) Using PCR for early diagnosis of bovine leukemia virus infection in some native cattle. Genet Mol Res 10 (4), 2658-2663.
Norin M (2004) Subsurface environmental impact in urban areas. shallow groundwater composition, corrosion of soil-buried constructions, and leachates from reclaimed asphalt pavement (No. 2081).‏ Doktorsavhandlingar vid Chalmers Tekniska Hogskola. i+1-104.
Pathak S, Choudhary R, Kumar A (2022) Drainability and clogging behavior of open-graded asphalt friction courses with basic oxygen furnace steel slag aggregates. Transport Res Record 2676(12), 356-373.‏
Rojo F, Wackett LP (2000) Biodegradation of hydrocarbons. Curr Opin Biotechnol 11(3), 251-256.
Shahdadnejad N, Mohammadabadi MR, Shamsadini M (2016) Typing of Clostridium Perfringens Isolated from Broiler Chickens Using Multiplex PCR. Genet Third Millennium 14 (4), 4368-4374.
Shapiro TN, Manucharova NA, Lobakova ES (2022) Activity of alkanmonooxygenase alkB gene in strains of hydrocarbon-oxidizing bacteria isolated from petroleum products. Vavilov J Genet Breed 26(6), 575-582.
Temitayo O, Olowomofe JO, Oluyege BI, et al. (2019) Degradation of poly aromatic fractions of crude oil and detection of catabolic genes in hydrocarbon-degrading bacteria isolated from Agbabu bitumen sediments in Ondo State. AIMS Microbiol 5(4), 308-323.
van Beilen JB, Funhoff EG (2005) Expanding the alkane oxygenase toolbox: new enzymes and applications. Curr Opin Biotechnol 16, 308-314.
Wang Q, Liu X, Zhang X, et al. (2016) Influence of tea saponin on enhancing accessibility of pyrene and cadmium phytoremediated with Lolium multiflorum in co-contaminated soils. Environ Sci Pollut Res Int 23(6), 5705-5711.‏
Williams SC, Luongo D, Orman M, et al. (2022) An alkane monooxygenase (AlkB) family in which all electron transfer partners are covalently bound to the oxygen-activating hydroxylase. J Inorg Biochem 228, e111707.
Wu J, Zhao Z, Jiang C, et al. (2024) Recent development and application of natural fiber in asphalt pavement. J Clean Prod 449, e141832.‏
Wu M, Chen L, Tian Y, et al. (2013) Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by microbial consortia enrichedfrom three soils using two different culture media. Environ Pollut 178, 152-158.
Zhang X, Kong D, Liu X, et al. (2021) Combined microbial degradation of crude oil under alkaline conditions by Acinetobacter baumannii and Talaromyces sp. Chemosphere, 273, e129666.‏
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 16، شماره 4
دی 1403
صفحه 377-390

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار