Kometabolism

Cometabolism definieras som den samtidiga nedbrytningen av två föreningar , där nedbrytningen av den andra föreningen (det sekundära substratet ) beror på närvaron av den första föreningen (det primära substratet ). Detta till skillnad från samtidig katabolism , där varje substrat kataboliseras samtidigt av olika enzymer . Cometabolism uppstår när ett enzym som produceras av en organism för att katalysera nedbrytningen av dess tillväxtsubstrat för att få energi och kol från det också kan bryta ner ytterligare föreningar. Den slumpmässiga nedbrytningen av dessa ytterligare föreningar stöder inte tillväxten av bakterierna, och vissa av dessa föreningar kan till och med vara toxiska i vissa koncentrationer för bakterierna.

Den första rapporten om detta fenomen var nedbrytningen av etan av arten Pseudomonas methanica . Dessa bakterier bryter ned sitt tillväxtsubstrat metan med enzymet metanmonooxygenas (MMO) . MMO upptäcktes vara kapabel att bryta ned etan och propan, även om bakterierna inte kunde använda dessa föreningar som energi- och kolkällor för att växa.

Ett annat exempel är Mycobacterium vaccae , som använder ett alkanmonooxygenasenzym för att oxidera propan. Av misstag oxiderar detta enzym också, utan extra kostnad för M. vaccae , cyklohexan till cyklohexanol . Således sammetaboliseras cyklohexan i närvaro av propan. Detta möjliggör kommensal tillväxt av Pseudomonas på cyklohexan. Den senare kan metabolisera cyklohexanol, men inte cyklohexan.

Cometabolism i Bioremediation

Några av de molekyler som bryts ner kometaboliskt av bakterier är främlingsfientliga , persistenta föreningar, såsom PCE , TCE och MTBE , som har skadliga effekter på flera typer av miljöer. Sammetabolism används alltså som ett tillvägagångssätt för att biologiskt bryta ned farliga lösningsmedel .

Cometabolism kan användas för biologisk nedbrytning av metyl-tert-butyleter (MTBE) : en förorening i vattenmiljön. Vissa Pseudomonas- medlemmar visade sig vara i stånd att helt bryta ned MTBE kometaboliskt med de enzymer de producerar för att oxidera n-alkaner (t.ex. metan , propan ).

Dessutom innebär en lovande metod för bioremediering av klorerade lösningsmedel kometabolism av föroreningarna av aeroba mikroorganismer i grundvatten och jord. Flera aeroba mikroorganismer har visat sig kunna göra detta, inklusive n-alkan , aromatiska föreningar (t.ex. toluen , fenol ) och ammoniumoxidationsmedel . Ett exempel är Pseudomonas stutzeri OX1 , som kan bryta ned en farlig och vattenlöslig förening tetrakloretylen (PCE) . PCE, en av de största föroreningarna under jordvatten, ansågs vara onedbrytbar under aeroba förhållanden och endast bryts ned via reduktiv dehalogenering för att användas som tillväxtsubstrat av organismer. Reduktiv dehalogenering resulterar ofta i partiell deklorering av PCE, vilket ger upphov till giftiga föreningar som TCE , DCE och vinylklorid . Pseudomonas st. OX1 kan bryta ner PCE under aeroba förhållanden genom att använda toluen-o-xylenmonooxygenas (ToMO), ett enzym som de producerar för att få energi och kol från toluen och flera andra aromatiska föreningar. Denna biologiska process skulle kunna användas för att avlägsna PCE från aeroba förorenade platser.

Emellertid har svårigheterna och de höga kostnaderna för att upprätthålla tillväxtsubstraten för organismerna som kan kometabolisera dessa farliga föreningar och tillhandahålla dem en aerob miljö lett till den begränsade tillämpningen av kometabolism i fältskala för nedbrytning av förorenande lösningsmedel. Nyligen har denna saneringsmetod föreslagits att förbättras genom att de syntetiska aromatiska tillväxtsubstraten (t.ex. toluen) från dessa bakterier ersätts med billiga, icke-toxiska sekundära växtmetaboliter.