Meningkatkan Efisiensi Denitrifikasi Biologis dengan Strategi Plasmid Bebas Antibiotik Baru

ABSTRAK
Meningkatnya emisi nitrogen dari kegiatan industri dan pertanian telah memperburuk polusi di ekosistem perairan, yang menyoroti kebutuhan besar untuk strategi penghapusan nitrogen yang efektif. Rekayasa genetika telah terbukti menjadi strategi yang efektif untuk meningkatkan kapasitas penghapusan nitrogen dari bakteri denitrifikasi. Namun, penggunaan antibiotik secara luas dalam modifikasi genetik bakteri denitrifikasi menimbulkan risiko lingkungan tambahan. Di sini, kami mengembangkan perangkat plasmid serbaguna dengan elemen genetik yang dioptimalkan untuk memperluas fungsionalitas bakteri denitrifikasi yang khas, Paracoccus denitrificans . Kami kemudian memperkenalkan sistem plasmid bebas antibiotik berdasarkan komplementasi penanda auksotrofik, yang memastikan tingkat ekspresi gen yang sebanding dengan yang dicapai oleh plasmid konvensional. Sistem ini meningkatkan stabilitas mikroba dan keamanan lingkungan dengan menghilangkan ketergantungan pada antibiotik. Dengan menggunakan sistem ini, kami memprogram ulang sirkuit genetik yang terkait dengan metabolisme asetat dan reduksi nitrogen dalam P. denitrificans , yang mengarah pada percepatan transfer elektron dan peningkatan aktivitas enzim denitrifikasi. Akibatnya, galur hasil rekayasa menunjukkan peningkatan efisiensi penghilangan nitrogen sebesar 1,95 kali lipat dalam kondisi aerobik dan peningkatan sebesar 11,07 kali lipat dalam kondisi anaerobik. Galur hasil rekayasa juga menunjukkan peningkatan denitrifikasi aerobik dalam badan air eutrofik. Selain itu, dalam reaktor pengolahan air limbah aliran kontinu, galur hasil rekayasa mempertahankan denitrifikasi anaerobik yang stabil dan efisien. Studi ini menyediakan platform rekayasa genetika mikroba yang stabil dan memajukan penerapan bakteri denitrifikasi berkinerja tinggi untuk pengolahan air limbah yang sebenarnya.