Researchers at the South China Agricultural University have developed an innovative platform that efficiently breaks down tetracycline residues in water bodies. The study, published in the journal Engineering, introduces the FerTiG system, a modular enzyme construct that removes tetracycline (TC) from various water sources.

Das FerTiG-System, inspiriert von natürlichen Mikrokompartimenten in Organismen, kombiniert drei Module: das TC-abbauende Enzym Tet(X4), ein Glukose-Dehydrogenase (GDH)-Modul zur Regeneration des teuren Cofaktors NADPH und einen Ferritin-Käfig zum Schutz der Enzyme. Diese Konstruktion, in E. coli exprimiert und gereinigt, überwindet die Schwächen freier Enzyme, die oft anfällig für Umweltbedingungen sind und externe Cofaktoren benötigen. Tests zeigten, dass FerTiG eine kugelförmige Struktur mit erhöhtem hydrodynamischen Radius bildet, was die erfolgreiche Verkapselung bestätigt.

Die Effizienz des Systems wurde durch kolorimetrische Assays und mikrobiologische Tests belegt. Das GDH-Modul regeneriert NADPH mithilfe von Glukose, wodurch FerTiG Tetracyclin schneller abbaut als freies Tet(X4). Der Ferritin-Käfig sorgt für Stabilität unter extremen Bedingungen wie hoher Ionenstärke, pH-Schwankungen oder UV-Bestrahlung und ermöglicht eine Woche lang stabile Lagerung bei Raumtemperatur und 4 °C.

In praktischen Tests entfernte FerTiG Tetracyclin effektiv aus Leitungswasser, Seewasser, Viehzucht- und pharmazeutischem Abwasser, wobei die vollständige Entfernung in Seewasser und Viehzuchtabwasser innerhalb von drei Stunden gelang. Analysen mit Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie zeigten, dass die Abbauprodukte in kleinere, potenziell biologisch abbaubare Moleküle zerfallen. Toxizitätstests mit dem ECOSAR-Programm und Zebrafischembryonen sowie In-vivo-Tests an Mäusen bestätigten die ökologische und biologische Sicherheit von FerTiG, ohne morphologische oder histologische Schäden zu verursachen.

Die Entwicklung von FerTiG markiert einen Fortschritt für die nachhaltige Umweltsanierung. Zukünftige Forschung könnte die Skalierung der Produktion und die Anwendung auf andere Antibiotika ausweiten, um die globale Herausforderung der Antibiotikaverschmutzung weiter anzugehen.

Original Paper:

Modular Engineering of a Synthetic Biology-Based Platform for Sustainable Bioremediation of Residual Antibiotics in Aquatic Environments – ScienceDirect

Editor: X-Press Journalistenbüro GbR

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