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Microbial engineering for pesticide degradation: current insights and future directions for sustainable agriculture.
Front Microbiol · 2026 · 17:1751932 · PMID 41809604 · 등급7 종설·논평 종설 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · 사람
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농약은 작물을 해충과 질병으로부터 보호하기 위해 널리 사용되는 합성 농화학물질이지만, 제한적인 생분해성과 무차별적인 사용은 비표적 생물, 토양 비옥도, 인간 건강 및 전반적인 환경 지속 가능성에 심각한 위험을 제기한다. 기존의 물리적 및 화학적 정화 전략은 오염된 생태계를 복원하는 데 종종 미흡하며, 효과적이고 지속 가능한 농약 저감 접근법에 대한 시급한 필요성을 강조한다. 최근 몇 년 동안 현장 생물학적 정화(in situ bioremediation)는 농경지 토양에서 농약 분해를 위한 유망하고 친환경적이며 비용 효율적인 전략으로 부상하였다. 유리한 조건 하에서 미생물은 농약을 탄소, 황 및 전자의 공급원으로 이용하여 다양한 대사 경로를 통해 이를 분해하며, 효소적 분해가 화학적 변환에서 중심적인 역할을 한다. 미생물 군집(microbial consortia)은 기능적 다양성과 구성원 간의 시너지 상호작용을 활용함으로써 향상된 분해 효율성을 나타낸다. 예를 들어, Azospirillum, Cloacibacterium 및 Ochrobacterium으로 구성된 군집은 36시간 이내에 50 mg L-1 글리포세이트를 100% 분해하였다. 마이크로바이옴 공학의 발전은 원형질체 융합을 통해 생성된 Psathyrella candolleana와 Pseudomonas putida의 재조합 유전체를 활용하여 오염된 물에서 펜타클로로페놀의 78.98%를 분해함으로써 생물학적 정화의 범위를 더욱 확장하였다. 또한, 식물 생장 촉진 미생물을 이용한 근권(rhizosphere) 공학과 미생물 유전적 변형을 결합하는 것은 농약 분해를 향상시키는 동시에 작물의 성장과 생산성을 개선하는 데 상당한 잠재력을 보여주었다. 이러한 통합적 접근법은 회복력 있는 농업 생태계를 위한 지속 가능한 경로를 나타낸다. 본 리뷰는 작물 생리 및 대사에 대한 농약의 영향에 관한 현재 지식을 종합하고, 기존 및 진보된 미생물 매개 분해 전략을 탐구하며, 미생물 공학과 군집 기반 시스템의 역할을 강조한다. 나아가, 지속 가능한 농업 및 생태계 복원과 관련된 관련성을 부각시키며 신흥 기술, 환경적 및 경제적 이점, 그리고 최근 특허 출원된 혁신에 대해 논한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Pesticides are synthetic agrochemicals widely used to protect crops from pests and diseases; however, their limited biodegradability and indiscriminate application pose serious risks to non-target organisms, soil fertility, human health, and overall environmental sustainability. Conventional physical and chemical remediation strategies often fall short in restoring contaminated ecosystems, highlighting the urgent need for effective and sustainable pesticide mitigation approaches. In recent years, in situ bioremediation has emerged as a promising, eco-friendly, and cost-effective strategy for pesticide degradation in agricultural soils. Under favourable conditions, microorganisms utilise pesticides as sources of carbon, sulphur, and electrons, facilitating their breakdown through diverse metabolic pathways, with enzymatic degradation playing a central role in chemical transformation. Microbial consortia exhibit enhanced degradation efficiency by leveraging functional diversity and synergistic interactions among their microbial members. For instance, a consortium comprising Azospirillum, Cloacibacterium, and Ochrobacterium achieved 100% degradation of 50 mg L-1 glyphosate within 36 h. Advances in microbiome engineering have further expanded the scope of bioremediation by enabling the targeted manipulation of microbial communities to improve degradation specificity and performance. Notably, the recombined genomes of Psathyrella candolleana and Pseudomonas putida, generated through protoplast fusion, degraded 78.98% of pentachlorophenol in contaminated water. Additionally, engineering the rhizosphere with plant growth-promoting microorganisms, combined with microbial genetic modification, has demonstrated significant potential in enhancing pesticide degradation while simultaneously improving crop growth and productivity. Such integrative approaches represent a sustainable pathway towards resilient agroecosystems. This review synthesises current knowledge on the impacts of pesticides on crop physiology and metabolism, explores conventional and advanced microbe-mediated degradation strategies, and highlights the role of microbial engineering and consortia-based systems. Furthermore, it discusses emerging technologies, environmental and economic benefits, and recent patentable innovations, underscoring their relevance for sustainable agriculture and ecological restoration.
저자Srivastava, S.; Mir, R. A.; Hussain, S. J.; Mitra, S.; Srivastava, S.; Kumar, P.; Kaur, H.
저널Frontiers in microbiology
권·호·쪽17, 1751932
PMID41809604
DOI10.1080/23311932.2019.1601544
APA 7판
Srivastava, S., Mir, R. A., Hussain, S. J., Mitra, S., Srivastava, S., Kumar, P., & Kaur, H. (2026). Microbial engineering for pesticide degradation: current insights and future directions for sustainable agriculture. Front Microbiol, 17, 1751932. https://doi.org/10.1080/23311932.2019.1601544
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