Denitrifying bacteria capable of degrading trimethylamine, a hazardous environmental pollutant, were isolated from six different environmental sites by selective enrichment procedures. The isolates were putatively divided into four groups on the basis of similarity of their 16S rDNA sequences. Although all isolates were members of the a-subclass of Proteobacteria, they exhibited diverse characteristics in terms of taxonomic and physiological properties. Some strains included in the same group showed different characteristics, which are dependent on their habitats and environmental conditions. The diversity of these isolates indicates that various denitrifying bacteria in different categories that are distributed into various environmental sites play an important role in removing trimethylamine under denitrifying conditions.
One of the isolated denitrifying bacterium, strain T231, capable of degrading trimethylamine was identified. Strain T231 was a Gram-negative, coccoid, non-motile, and non-spore forming organism. The G + C content of DNA was 68 mol%. Its major cellular fatty acids were a straight-chain unsaturated acid, Cl g:1, and hydroxy acids, 3-OH C10:0 and 3-OH C14:o. The main quinone was ubiqunone Q-10. The 16S rDNA sequences indicated that strain T231 belongs to the a-subclass of Proteobacteria, and it is the closest to Paracoccus aminovorans with 98% similarity. Strain T231 had the ability to utilize trimethylamine, dimethylamine and methylamine as a sole carbon and energy source under aerobic and denitrifying conditions. The aerobic and anaerobic degradation of trimethylamine by strain T231 was studied. The isolate aerobically degraded trimethylamine, dimethylamine and methylamine and released a stoichiometric amount of ammonium ion into the culture fluid as a metabolic product, indicating that these methylated amines were completely degraded to formaldehyde and ammonia. The strain degraded trimethylamine also under denitrifying conditions and consumed a stoichiometric amount of nitrate, demonstrating that complete degradation of trimethylamine was coupled with nitrate reduction. Cell-free extract prepared from cells grown aerobically on trimethylamine exhibited activities of trimethylamine mono-oxygenase, trimethylamine N-oxide demethylase, dimethylamine mono-oxygenase, and methylamine mono-oxygenase. Cell-free extract from cells grown anaerobically on trimethylamine and nitrate exhibited activities of trimethylamine dehydrogenase and dimethylamine dehydrogenase. These results indicate that strain T231 had two different pathways for aerobic and anaerobic degradation of trimethylamine. This would be a new feature for trimethylamine metabolism in denitrifying bacteria.
Four strains of isolates that had halotolerance were chosen to study the phylogenetic relationship with other bacteria, anaerobic degradation of trimethylamin and metabolic diversity for the degradation of trimethylamine. One of strains, strain E43 was identified as a Paracoccus genus, which has 99.9% 16S rDNA similarity. Other three strains made a cluster, but they were quite remote from known genus members. This indicates that those three strains would be taxonimically new organisms. Anaerobic conditions, they degrade trimethylamine. During the degradation of trimethylamine, nitrate was consumed and nirogen gas was produced stoichiometrically, indicating that the anaerobic degradation of trimethylamine is coulped to nitrate reduction. Enzyme involved in trimethylamine metabolism was assayed in cell-free extracts from each strains grown on trimethylamin aerobically or anaerobically. All foure cells shows distinct metabolic pathways for the metabolism of trimethylamine. The observations suggests that there are many metabolic pathways for trimethylamine degradation, and it is dependent on microorganisms.
유독한 환경 오염물질의 하나인 트리메틸아민(trimethylamine)을 탈질조건에서 분해하는 10 종류의 미생물이 서로 다른 여섯 지역으로부터 선택적 농화배양법에 의해 분리되었다. 분리된 미생물은 16S rDNA 염기서열의 유사성을 기초로 4 가지 집단으로 구분되었다. 4 가지 집단에 속하는 미생물들은 모두 Proteobacteria 의 a-subclass 에 속하였으나 계통분류학상과 생리학상의 특징은 다양한 특성을 가지고 있었다. 같은 집단에 속하는 몇몇 미생물은 서로 다른 특징을 나타내었는데 이것은 각 미생물의 서식처와 환경이 다르기 때문이었다. 분리된 미생물의 다양성은 상이한 환경에서 분포하는 여러집단의 미생물이 탈질조건에서 트리메틸아민을 분해하는 중요한 역할을 수행하고 있음을 나타내었다.
분리된 여러 미생물중에서 트리메틸아민을 분해하는 균주 T231 을 동정하였다. 균주 T231은 Gram 음성균으로 구상의 형태를 가지고 있었으며 운동성은 없었고 포자를 형성하지 않았다. DNA의 G+C mol% 는 68이었다. 이 균주의 세포성 지방산의 주요한 조성성분은 straight-chain unsaturated acid C18:1 과 hydroxy acid 3-OH C10:0 과 3-OH C14:O 이었다.주요 quinone 성분은 Q-10 이었다. 16S rDNA 염기서열과 계통분류학적 및 화학분류학적 특성에 따라 균주 T231 은 Proteobacteria 의 α -subclass 에 속하는 새로운 미생물로 동정되었고, 가장 가까운 미생물은 98.9%의 유사성으로 Paracoccus aminovorans 이었다. 균주T231은 호기 및 혐기조건에서 트리메틸아민, 디메틸아민(dimethylamine), 메틸아민(methylamine)을 분해할수 있었다. 균주 T231은 트리메틸아민, 디메틸아민, 메틸아민을 호기조건에서 분해할 때 화학량론적인 양의 암모니아 이온을 액체배지로 배출하였고, 암모니아 이온이 아민류의 분해산물이라는 점에서 아민류가 균주 T231에 의해서 완전하게 분해됨을 나타내었다. 이 균주는 혐기조건에서 트리메틸아민을 분해할 때 화학량론적인 양의 질산염을 소모하였는데, 이것은 트리메틸아민의 완전분해가 질산염의 환원과 연관되어 있음을 나타내었다. 트리메틸아민을 성장기질로 호기 조건에서 자란 균주 T231의 cell-free extract 에서 trimethylamine mono-oxygenase, trimethylamine N-oxide demethylase, demethylamine mono-oxygenase, methylamine mono-oxygenase의 활성이 나타났다. 또한 트리메틸아민을 성장기질로 탈질조건에서 자란 균주 T231의 cell-free extract에서는 trimethylamine dehydrogenase와 dimethylamine dehydrogenase의 활성이 나타났다. 이런 결과로 균주 T231은 호기조건과 혐기조건에서 각각 두 가지의 서로 다른 경로를 통해 트리메틸아민을 분해함을 알 수 있었다. 이러한 점은 탈질 미생물의 트리메틸아민을 분해하는 새로운 특징이라고 할 수 있다.
탈질조건에서 트리메틸아민을 분해하는 내염성 또는 호염성을 가진 네 종류의 균주를 선택하여 계통분류학상의 특징과 트리메틸아민 분해대사를 조사하였다. E43은 Paracoccus 속에 99.9%의 16S rDNA 염기서열의 유사성을 보였다. E21, E32, E34는 하나의 독립된 집단을 이루지만 이제까지 알려진 다른 속과는 95% 이하의 유사성을 가지고 있었다. 탈질조건에서 네 균주는 모두 질산염을 환원하며 트리메틸아민을 분해하였다. 호기조건과 탈질조건에서 마련된 효소실험을 통하여 이들 미생물은 이제까지 알려진 것과 다른 트리메틸아민 분해경로를 가지고 있음을 알수 있었다.
