Engineered Bacillus subtilis Biofilm@Biochar living materials for in-situ sensing and bioremediation of heavy metal ions pollution

生物修复 生物炭 水溶液中的金属离子 枯草芽孢杆菌 化学 生物传感器 环境化学 金属 吸附 环境修复 微生物 污染 细菌 热解 有机化学 生态学 生物 生物化学 遗传学
作者
Xiaojuan Zhu,Qinyuan Xiang,Lin Chen,Jianshu Chen,Lei Wang,Ning Jiang,Xiangrui Hao,Hongyan Zhang,Xinhua Wang,Yaqian Li,Rabia Omer,Lingfan Zhang,Yonghong Wang,Yingping Zhuang,Jiaofang Huang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:465: 133119-133119 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133119
摘要

The simultaneous sensing and remediation of multiple heavy metal ions in wastewater or soil with microorganisms is currently a significant challenge. In this study, the microorganism Bacillus subtilis was used as a chassis organism to construct two genetic circuits for sensing and adsorbing heavy-metal ions. The engineered biosensor can sense three heavy metal ions (0.1–75 μM of Pb2+ and Cu2+, 0.01–3.5 μM of Hg2+) in situ real-time with high sensitivity. The engineered B. subtilis TasA-metallothionein (TasA-MT) biofilm can specifically adsorb metal ions from the environment, exhibiting remarkable removal efficiencies of 99.5% for Pb2+, 99.9% for Hg2+and 99.5% for Cu2+ in water. Furthermore, this engineered strain (as a biosensor and absorber of Pb2+, Cu2+, and Hg2+) was incubated with biochar to form a hybrid biofilm@biochar (BBC) material that could be applied in the bioremediation of heavy metal ions. The results showed that BBC material not only significantly reduced exchangeable Pb2+ in the soil but also reduced Pb2+ accumulation in maize plants. In addition, it enhanced maize growth and biomass. In conclusion, this study examined the potential applications of biosensors and hybrid living materials constructed using sensing and adsorption circuits in B. subtilis, providing rapid and cost-effective tools for sensing and remediating multiple heavy metal ions (Pb2+, Hg2+, and Cu2+).
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