New insights into the typical nitrogen-containing heterocyclic compound-quinoline degradation and detoxification by microbial consortium: Integrated pathways, meta-transcriptomic analysis and toxicological evaluation

喹啉 化学 生物修复 生物降解 微生物降解 微生物种群生物学 环境化学 生物化学 生物 细菌 微生物 有机化学 污染 生态学 遗传学
作者
Xuejiao An,Ningjian Li,Lizhen Zhang,Zihang Xu,Shulin Zhang,Qinghua Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:465: 133158-133158 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.133158
摘要

As the primary source of COD in industrial wastewater, quinoline has aroused increasing attention because of its potential teratogenic, carcinogenic, and mutagenic effects in the environment. The activated sludge isolate quinoline-degrading microbial consortium (QDMC) efficiently metabolizes quinoline. However, the molecular underpinnings of the degradation mechanism of quinoline by QDMC have not been elucidated. High-throughput sequencing revealed that the dominant genera included Diaphorobacter, Bacteroidia, Moheibacter and Comamonas. Furthermore, a positive strong correlation was observed between the key bacterial communities (Diaphorobact and Bacteroidia) and quinoline degradation. According to metatranscriptomics, genes associated with quorum sensing, ABC transporters, component systems, carbohydrate, aromatic compound degradation, energy metabolism and amino metabolism showed high expression, thus improving adaptability of microbial community to quinoline stress. In addition, the mechanism of QDMC in adapting and resisting to extreme environmental conditions in line with the corresponding internal functional properties and promoting biogegradation efficiency was illustrated. Based on the identified products, QDMC effectively mineralized quinoline into low-toxicity metabolites through three major metabolic pathways, including hydroxyquinoline, 1,2,3,4-H-quinoline, 5,6,7,8-tetrahydroquinoline and 1-oxoquinoline pathways. Finally, toxicological, genotoxicity and phytotoxicity studies supported the detoxification of quinoline by the QDMC. This study provided a promising approach for the stable, environmental-friendly and efficient bioremediation applications for quinoline-containing wastewater.
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