High-Throughput Screening of Microbial Reductive Dechlorination of Polychlorinated Biphenyls: Patterns in Reactivity and Pathways

脱氯作用 环境化学 化学 反应性(心理学) 高通量筛选 生物降解 有机化学 生物化学 医学 病理 替代医学
作者
Guofang Xu,Haozheng He,Darrell W.S. Tang,Qihong Lu,Bi‐Xian Mai,Zhili He,Lorenz Adrian,Jianzhong He,Jan Dolfing,Shanquan Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c13917
摘要

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are pervasive pollutants that pose risks to ecosystems and human health. Microbial reductive dehalogenation plays crucial roles in attenuating PCBs, but comprehensive insights into PCB dechlorination pathways, reactivity, and governing factors are limited by the vast number of congeners and costly experimental approaches. We address this challenge by establishing a high-throughput in vitro assay approach of reductive dehalogenation (HINVARD), which increases dechlorination test throughput by 30-fold and enhances reagents and cell utilization efficiency by over 10-fold compared to conventional assay methods. Using HINVARD, we screened 61 PCB congeners across 9 enrichment cultures and 3 Dehalococcoides isolates, identifying active dechlorination of 31-44 congeners. Results showed that PCB congener properties (chlorine substitution patterns, steric hindrance, and solubility) primarily determine the dechlorination potential, leading to consistent reactivity trends across cultures. In contrast, different organohalide-respiring bacteria catalyzed distinct dechlorination pathways, preferentially removing para- or meta-chlorines. Structural modeling of reductive dehalogenases revealed unique binding orientations governing substrate specificity, offering molecular insights into these pathways. This study provides a high-efficiency strategy for investigating microbial reductive dehalogenation, yielding the first comprehensive understanding of PCB dechlorination patterns and mechanisms. These findings guide the design of tailored microbial consortia for effective PCB bioremediation.
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