雌激素类污染物的微生物降解研究进展*

林泳墨，秦玉莹，李明堂

(吉林农业大学资源与环境学院，吉林　长春　130000)



雌激素类污染物的微生物降解研究进展*

林泳墨，秦玉莹，李明堂

(吉林农业大学资源与环境学院，吉林长春130000)

由于雌激素类污染物排放到环境中，对淡水生物、生态系统的可持续和人类的健康造成不利影响，因此人们对此有了越来越多的关注。微生物降解是去除环境雌激素的主要途径。通过归纳已报道的雌激素降解细菌的各类文献、并总结其在环境中污染现状、作用机制危害以及环境行为，概括阐述了雌激素的微生物降解作用。

雌激素；微生物；污染物

1　环境雌激素在环境中的污染现状

由于雌激素类污染物的释放，尤其是17β-雌二醇、雌酮、雌三醇，通过人和牛的尿液传播进入水体环境中导致内分泌系统和生殖器官的影响，在绝大多数发达国家的城市中，释放出来的雌激素通过污水处理厂到达水体本身，然而，在污水处理厂中去除雌激素不能够有效的防止内分泌的干扰。Purdom等[1]报道污水处理厂中的废水中虹鳟鱼的卵黄蛋白原含量增加，导致雌性化雄鱼。Desbrow等[2]表明由于环境中的雌激素类污染物的产生导致的雌性化雄鱼的地区主要分布于来自污水处理厂排放污水的下游地区。该研究表明，动物肥料的处理，农业用地的废水、污泥会导致像17β-雌二醇、雌酮、雌三醇、类固醇类污染物转移进入地下水表面。Finlay Moore[3]在土壤中通过肉用鸡垃圾应用程序检测出E2的背景浓度从55 ng/kg增加到了675 ng/kg，而雌激素在地下水的含量很低，大约在0.5～70 ng/L范围内浮动，而这主要取决于他们的污染源[4-5]。不同污水处理厂废水中EE2的含量升高到了42 ng/L 并且E2被发现含量也升高到了64 ng/L。可见，目前雌激素类污染物对于水体的污染已经日益严重[6]。然而，当浓度仅达到1 ng/L 这些化合物就就会影响鱼的生殖和发育[7]，尤其是EE2在雌激素类污染物中具有十倍的毒性效力，由此可见，寻找雌激素类污染物的去除方法迫在眉睫。

2　雌激素类污染物的作用机制及其危害

2.1作用机制

雌激素类污染物对内分泌系统产生影响，其中主要通过雌激素受体(ER)介导、抑制雄激素受体 (AR) 或其它受体介导发挥作用，由于雌激素类污染物的化学结构与内源雌激素的结构相似，具有高度亲和能力，当这种亲和发生时,同型二聚体复合物将使转录子聚集到靶基因启动子上并促发基因转录的增强，或者通过介导模式影响介导的基因转录活性，继而mRNA翻译成蛋白质并表现出各种生理反应，影响基因的表达，进而影响细胞的分裂增殖，使其在体内产生错误的信息。环境雌激素都可通过雌激素受体或其他细胞核受体以及直接通过胞内其他信号传递系统如离子通道、浓度以及钙调蛋白、微管的装配和解聚等的介导产生生物效应，从而影响正常的生物代谢，内分泌的紊乱。

2.2危害

在环境中的雌激素类污染物在低浓度条件下对于敏感有机体的内分泌干扰有着潜在的威胁[8-9]。近年来，关于人类和野生动物的生殖和发育的不利影响有许多有力的可追溯的观测，在人类身上，如有研究表明睾丸和乳腺癌的增加案例越来越多，大量的报道也指出精液质量下降，隐睾症(为降到阴囊的睾丸)尿道下裂(阴经的畸形)多囊性卵巢[10]儿童性早熟现象以及对自身免疫系统和神经系统的影响，在野生动物中，有很多研究报道显示动物数量剧减，高的癌症并发率，生殖器官功能的降低，免疫力下降，繁殖能力下降[11],这些影响对于雌激素类污染物的在水体环境中的重视程度迅速提升，因为有报道指出目前在污水和处理过的废水中的雌激素类污染物通常进入到地表水体中，比如河流、湖泊和海水以及人类和野生动物通常暴露的地方[10-12]。

3　雌激素类污染物的环境行为研究

通过大量的实验研究表明，雌激素类污染物具有短期[12-13]且稳定[13-14]的特点，一些研究人员在地表水的领域检测出相对较高频率和浓度的雌激素类污染物[15]，某些有机碳有助于促进一些稳定或者不稳定污染物在土壤中持久性的运输[16-20]。

Nichols证明了家禽粪便的土地利用可能导致雌激素的损失，从农田径流到地表。Peterson也调查研究17β-雌二醇从家畜和牛粪中通过地表运动进入含水层随后运动到地表层，他们的研究发现在泉水中17β-雌二醇的含量很高，那是废物排放一开始的地方，他们还研究发现排泄物的大肠杆菌和大肠埃希菌的浓度与雌激素浓度成正相关进一步证明了动物排泄的废物是雌激素类污染物的重要来源，在实验室中研究的柱浸出实验也证明了雌激素在土壤中垂直迁移和微生物转化的可能性。然而，Casey认为他们的实验条件可能不具有区域条件代表性由于雌激素传递到土壤中的连续方法，因此，他们认为在自然条件下，雌激素的吸附和降解率最有可能导致流动性和持久性，与Lucas and Jones的工作形成对比，据报道雌激素在土壤中的半衰期5～25天并且证明在动物粪便中的17β-雌二醇和雌酮通过降雨导致淡水中的严重污染。

4　微生物研究进展

雌激素类污染物在环境中的迁移转化过程主要包括吸附、氧化，生物降解，其中其被吸附后很难被迁移，氧化之后降解产物的毒性仍不清楚，而生物降解，通过微生物本身与周围的环境进行物质交换，从而达到将污染物去除或转化为无毒无害的物质，日益受到人们的重视。目前利用微生物降解雌激素类污染物的研究主要分为两类，一类是分离培养某一菌种用来降解；另一类是用活性污泥降解，而单一菌株的降解具有局限性，虽然可以很好的降解雌激素类污染物但会有中间代谢产物生成，因此研究复合菌对于雌激素类污染物的降解成为人们研究的重点。

许多研究都报道了在污水处理厂中雌激素的有效去除率，并且在实验室的批量实验中证明了在污水处理厂中活性污泥能够有效地降解雌激素，在处理厂雌激素不能够有效地去除的潜在原因还不明确，然而，增加液压的保留时间或者污泥保留时间可能会提高雌激素的去除率，这些结果表明了去除雌激素生物降解方法的重要性。

在微生物降解代谢过程中，微生物可以利用雌激素作为唯一碳源供自身生长。前文所述部分降解菌对雌激素的降解属于代谢，例如鞘氨醇单孢菌(Sphingomonas) KC8可利用雌激素为能源和碳源。而共代谢则是因为某些激素如EE2，本身不能提供细胞生长的碳源和能源，必须有额外碳源时才能被降解。额外碳源，一方面用于细胞增殖，另一方面供给细胞产生共代谢酶所需的能源。一些菌株被分离出来被鉴定是能够降解雌激素的微生物，包括新鞘脂菌属(Novosphingobium tardaugens sp.)[21-22]，鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas sp.strain)[23]，红球菌属 (Rhodococcus zopfii)[18]，(Rhodococcus equi)[14]，无色杆菌(Achromobacter xylosoxidans) 和罗尔斯通菌属(Ralstonia sp.)的 混合菌[15]，另外，亚硝酸单胞菌(Nitrosomonas europaea)也有降解雌激素的能力。

细菌降解雌激素的代谢过程不是很好描述，通常在很多研究中，E2氧化成E1发生在复杂的培养系统中，比如活性污泥和被纯化的细菌培养，活性污泥的批量实验中，E1被进一步降解，然而，很少有人知道降解产物和如何降解的过程，在早期阶段，E2被活性污泥降解，Li等发现在E1的D环上的代谢物是内酯环结构并指出E1被氧化并且在D环上被裂解，Coombe等报道暴露的E1被诺卡氏菌属降解三种代谢产物[16]，并提出E1经过C-4上羟基化随后C-4和C-5之间经双加氧酶氧化断裂。

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Review on Estrogens Microbial Degradation of Pollutants*

LIN Yong-mo,QIN Yu-ying,LI Ming-tang

(College of Resources and Environment,Jilin Agricultural University,Jilin Changchun 130000,China)

Because of estrogen kind of pollutants into the environment,the fresh water biological and ecological system of sustainable and adversely affect human health,so people have more and more attention.Microbial degradation is the main way of estrogen removal environment.Through inducing reported from the estrogen degradation bacteria of various types of literature,its mechanism,the present situation in the environment pollution,and environmental behavior were summarized,the microbial degradation of estrogen effect were summarized.

estrogen; microbe; pollutants

国家自然科学基金项目(51109089)。

林泳墨(1990-)，女，吉林农业大学硕士研究生。

秦玉莹，研究方向：环境微生物。

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A

1001-9677(2016)011-0003-03