Metagenomic insights into phenanthrene biodegradation in electrical field-governed biofilms for groundwater bioremediation

生物修复 化学 地下水 生物膜 基因组 生物降解 环境化学 环境科学 领域(数学) 细菌 生物化学 地质学 污染 生物 生态学 岩土工程 基因 古生物学 数学 纯数学
作者
Yue Liu,Nannan Zhao,Shuo Dai,Ruo He,Yifeng Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:465: 133477-133477 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133477
摘要

Electrical fields (EFs)-assisted in-situ bioremediation of petroleum-contaminated groundwater, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, has drawn increasing attention. However, the long-term stability, the EFs influence, and metabolic pathways are still poorly understood, hindering the further development of robust technology design. Herein, a series of EFs was applied to the phenanthrene-contaminated groundwater, and the corresponding system performance was investigated. The highest removal capacity of phenanthrene (phe) (7.63 g/(m3·d)) was achieved with EF_0.8 V biofilm at a hydrolytic retention time of 0.5 d. All the biofilms with four EFs exhibited a high removal efficiency of phe over 80% during a 100-d continuous-flow operation. Intermediates analysis revealed the main pathways of phe degradation: phthalate and salicylate via hydroxylation, methylation, carboxylation, and ring cleavage steps. Synergistic effects between phe-degraders (Dechloromonas), fermentative bacteria (Delftia), and electroactive microorganisms (Geobacter) were the main contributors to the complete phe mineralization. Genes encoding various proteins of methyl-accepting (mcp), response regulator (cheABDRY), and type IV pilus (pilABCMQV) were dominant, revealing the importance of cell motility and extracellular electron transfer. Metagenomics analysis unveiled phe-degrading genes, including ring reduction enzymes (bamBCDE), carboxylase of aromatics (ubiD), and methyltransferase protein (ubiE, pcm). These findings offered a molecular understanding of refractory organics' decompositions in EFs-governed biotechnology.
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