Genome-resolved characterization of microbial consortia driving glyphosate degradation in soil.
Chemosphere · 2026 · 405:144948 · PMID 42119482 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · 사람 · AMPA
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글리포세이트는 환경 잔류성으로 인해 생태학적 및 인간 건강에 대한 우려와 관련되어 널리 사용되는 비선택성 제초제이며, 이는 효과적인 정화 전략의 필요성을 부각시킨다. 이용 가능한 접근법 중 미생물 효소 매개 분해는 유망한 생물학적 해결책을 나타낸다. 본 연구는 커피 농장 토양으로부터 글리포세이트 분해 미생물 군집을 농축하고 특성화하며, 크로마토그래피 분석을 통해 글리포세이트와 아미노메틸포스폰산(AMPA)의 분해를 검증하였고, C-P 및 C-N 결합 절단에 관여하는 효소 시스템을 조사하기 위해 유전체 기반 기능 주석과 비교 구조 분석을 통합하였다. 농축 과정은 메타분자동학 및 메타유전체 분석을 거쳐 미생물 군집 구성의 역동적인 변화를 보여주었다. Achromobacter와 Serratia가 주요 속으로 확인되었으며, 이들은 글리포세이트 및 AMPA 분해에 대한 유전적 잠재력을 보유하고 있었다. 다이오드 배열 검출기를 이용한 고성능 액체 크로마토그래피는 두 화합물 모두의 효율적인 전환을 확인하였으며, 군집 Con_CC와 Con_CC-G가 탄소 및 인 제한 조건 하에서 가장 높은 제거 효율을 달성하였다. 유전체 기반 기능 주석은 두 속 모두 C-P 리아제 경로와 관련된 유전자 클러스터를 암호화하고 있음을 보여주었으나, Achromobacter만이 산화적 C-N 결합 절단과 연관된 글리포세이트 산화환원효소(GOX)를 암호화하는 유전자를 보유하고 있었다. 구조 모델링은 PhnJ에서 주요 촉매 잔기의 보존을 나타낸 반면, Serratia의 GOX 관련 서열은 완전한 촉매 자리가 결여된 부분적 상동체에 해당하였다. 크로마토그래피학적, 유전체학적, 및 구조 분석을 통합함으로써, 본 연구는 미생물 군집 역학, 기능적 잠재력, 그리고 글리포세이트 분해의 근저에 있는 분자 메커니즘을 연결하는 다단계 프레임워크를 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a widely used non-selective herbicide associated with ecological and human health concerns due to its environmental persistence, highlighting the need for effective remediation strategies. Among available approaches, microbial enzyme-mediated degradation represents a promising biological solution. This study aimed to enrich and characterize glyphosate-degrading microbial consortia from coffee plantation soils, validate glyphosate and aminomethylphosphonic acid (AMPA) degradation by chromatographic analyses, and integrate genome-based functional annotation with comparative structural analyses to investigate enzymatic systems involved in C-P and C-N bond cleavage. The enrichment process, followed by metataxonomic and metagenomic analyses, revealed dynamic shifts in microbial community composition. Achromobacter and Serratia were identified as key genera, harboring genetic potential for glyphosate and AMPA degradation. High-performance liquid chromatography with diode array detection confirmed efficient transformation of both compounds, with consortia Con_CC and Con_CC-G achieving the highest removal efficiencies under carbon- and phosphorus-limited conditions. Genome-based functional annotation showed that both genera encode gene clusters associated with the C-P lyase pathway, while only Achromobacter harbors the gene encoding glyphosate oxidoreductase (GOX), linked to oxidative C-N bond cleavage. Structural modeling indicated conservation of key catalytic residues in PhnJ, whereas GOX-related sequences in Serratia corresponded to partial homologs lacking a complete catalytic site. By integrating chromatographic, genomic, and structural analyses, this study provides a multi-level framework linking microbial community dynamics, functional potential, and molecular mechanisms underlying glyphosate degradation.| 저자 | Paula, M. P. O.; Varani, A. M.; da Silva, V. L. C.; Roesch, L. F. W.; Tótola, M. R.; Ramos, A. C.; Pylro, V. S. |
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| 저널 | Chemosphere |
| 권·호·쪽 | 405, 144948 |
| PMID | 42119482 |
| DOI | 10.1016/j.chemosphere.2026.144948 |
| MeSH | Glyphosate; Glycine; Soil Microbiology; Herbicides; Biodegradation, Environmental; Soil Pollutants; Microbial Consortia; Achromobacter; Serratia; Soil; Genome, Bacterial; Organophosphonates |