Microbial induced phosphate precipitation accelerate lead mineralization to alleviate nucleotide metabolism inhibition and alter Penicillium oxalicum’s adaptive cellular machinery

矿化(土壤科学) 化学 细胞外 生物化学 磷酸盐 新陈代谢 微生物 代谢途径 生物 细菌 遗传学 有机化学 氮气
作者
Fei Tang,Jiaru Yue,Jiang Tian,Fei Ge,Feng Li,Yun Liu,Songqiang Deng,Dayi Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:439: 129675-129675 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2022.129675
摘要

Microbial-induced phosphate (P) precipitation (MIPP) based on P-solubilizing microorganisms (PSM) is regarded as a promising approach to bioimmobilize environmental lead (Pb). Nevertheless, the underlying changes of Pb2+ biotoxicity in PSM during MIPP process were rarely discussed. The current study explored the Pb2+ immobilization and metabolic changes in PSM Penicillium oxalicum postexposure to Pb2+ and/or tricalcium phosphate (TCP). TCP addition significantly increased soluble P concentrations, accelerated extracellular Pb mineralization, and improved antioxidative enzyme activities in P. oxalicum during MIPP process. Secondary Pb2+ biomineralization products were measured as hydroxypyromorphite [Pb10(PO4)6(OH)2]. Using untargeted metabolomic and transcriptomics, we found that Pb2+ exposure stimulated the membrane integrity deterioration and nucleotide metabolism obstruction of P. oxalicum. Correspondingly, P. oxalicum could produce higher levels of gamma-aminobutyric acid (GABA) to enhance the adaptive cellular machineries under Pb2+ stress. While the MIPP process improved extracellular Pb2+ mineralization, consequently alleviating the nucleotide metabolism inhibition and membrane deterioration. Multi-omics results suggested that GABA degradation pathway was stimulated for arginine biosynthesis and TCA cycle after Pb2+ mineralization. These results provided new biomolecular information underlying the Pb2+ exposure biotoxicities to microorganisms in MIPP before the application of this approach in environmental Pb2+ remediation.
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