Aeromonas hydrophila NIU01 菌種介紹

本研究使用之菌株 Aeromonas hydrophila 為本校化學工程與材料工程 系(所)生化工程研究室自行由蘭陽平原上礁溪林美水源地之天然水體及土 壤當中所篩選出之本土性菌株，嗜水氣單胞菌(Aeromonas hydrophila)為格蘭 氏陰性菌，屬兼性厭氧菌，在分類上屬γ-Proteobacteria，在病理學上一般多

為水產生物之致病菌，易導致魚類、蛙類、冷血動物感染，魚類易發生鰭、

尾腐爛、內出血、敗血症(Rodriguez et al., 1992; Miyazaki et al., 1986; Kou et al., 1975; Krieg, 1984)等致命疾病。對於人類之感染則有可能導致腸胃炎、

腹瀉等症狀，對於少數病例(免疫力特別差者)可能導致敗血症、蜂窩性組織 炎(cellulitis)、肌壞死(myonecrosis)、壞疽團濃瘡(ecthyma gangrenosum)等疾 病(Gold et al., 1993; Hong et al., 1988)，Aeromonas sp.為ㄧ般水體屬常見之菌 種，但何因(例如：何種演化過程？)使 Aeromonassp.存活於水中目前仍未有 一明確之解答(Krieg, 1984)。雖然本研究使用之標準菌株具上述致病性，但 同種菌株間亦可能有致病能力之差別(如：具高致命性之大腸桿菌 E. coli O157:H7 及其他一般腸胃道中之大腸桿菌)，本研究所使用之菌株篩選自水 源地，當地居民於自來水普及前，長久以來當地居民皆是取用該水源維生，

亦未曾爆發過上述疾病，因此推論本研究所使用菌株之安全性應相對增 加。但為更嚴謹之安全考量，本菌株相關應用上建議在實際應用時應以非

開放式操作反應器來進行操作為宜。下列圖2.1 為篩選出之 A. hydrophila 之 16S rRNA 親緣鑑定樹狀分析圖示。

圖2.1 Aeromonas hydrophila 親緣鑑定樹狀圖(引自 Chen et al., 2008)

井鷹等(Idaka et al. 1982) 指出偶氮染料可在好氧狀態下被微生物分 解 ， 而 於 染 整 廠 出 流 水 之 下 水 道 中 篩 選 發 現 具 有 染 料 脫 色 能 力 之 A.

hydrophila (Idaka et al., 1978)，並發現不論在好氧或厭氧條件下皆具有脫除 染料特性，更發現脫色現象在好氧條件下較慢，但在厭氧條件下脫色速率 則較快。其先前文獻(Idaka et al., 1978)中雖未直接指出 A. hydrophila 具有胞 內偶氮還原酵素來進行脫色，但間接由化學分析中證明染料之偶氮鍵結已 遭受化學分解之事實，更以 HPLC 及 TLC 證明 A. hydrophila 確實已將 p-Aminoazobenzene 分解成 Aniline 及 p-phenylenediamine，並推測其可能反 應機構應如圖2.2 所示：

N N NH₂ N N NHAc

N N H H

NH₂

N

H₂ NH₂

NH₂ NHAc

圖2.2 偶氮染料之氧化還原機構(引自 Idaka et al.1978)

而先前在國內清華大學化工系陳國誠教授之研究團隊(Chen et al., 2003)也曾在台灣苗栗地區之染整廢水廠污泥中篩選出優勢脫色菌 A.

hydrophila，並以各種不同類型之染料條件下，試驗 A. hydrophila 之脫色效 果，發現 A. hydrophila 之所以可脫除多種類型之染料，可能與先前研究之 Psedomonas luteola (Hu 1994; 1998)之某些為生物生理代謝特性不同，A.

hydrophila 除可脫除偶氮(Azo)染料外，如蒽醌(Anthraquinone)、靛(Indigoid) 之非偶氮染料亦具有較廣泛之脫色能力，其中更發現 A. hydrophila 在 200 rpm 搖瓶培養條件下，仍能具有脫色能力(雖效果較靜置脫色為差)，最近研 究(Hsueh et al., 2008)更發現不同類型偶氮染料之化學結構確實會影響 P.

luteola 電子攻擊及偶氮鍵之斷裂能力難易。總體而言，於低溶氧或靜置條 件下之脫色速率較快，於先好氧搖瓶，而後靜置培養之條件下，當菌體生 長進入對數生長末期或生長停滯初期時，可利用較高菌體濃度來有效縮短 脫色所需時間，此點與過去研究指出生物脫色為非成長相關程序(Chen., 2002)之現象相吻合。一般而言，A. hydrophila 最適生長環境之 pH 值約在

6~9 之間，在過酸(pH＜4)或過鹼(pH＞10)之環境中容易抑制菌體生長(Hazen et al., 1978)而導致脫色效果不佳，而添加能量基質上，葡萄糖並不利於菌體 生長及脫色，此點可能是因葡萄糖被 A. hydrophila 分解後產生酸(Krieg, 1984)，致使 pH 值降低，因此不利於菌體生長脫色。

依上述可知，A. hydrophila 確實具有破壞偶氮鍵結之能力，且更廣泛 具有脫除非偶氮染料之特性，因此其應用範圍則更為廣泛。於厭氧之環境 下亦可緩慢生長且有助於脫色，但若以先好氧，後厭氧方式培養，除了可 使菌體濃度增加而提高助於脫色進行容量外，亦利於弱酸或弱鹼環境下之 生長及脫色。

而由先前研究(Chen et al., 2008)中發現 A. hydrophila NIU01 相較於其 他菌株(如：P. luteola (Hu, 1994), A. hydrophila KB23 (Chen et al., 2009), Proteus hauseri, Enterobacter cancerogenus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter johnsonii (Zhang et al., 2010)) 具有更佳之脫色活性，並對染料 及芳香胺中間物具有較佳之毒性忍耐能力(Chen et al., 2009b)，而本菌株之 偶氮還原酵素能力可達2.83 nanokatal(計算方法詳見附錄 6)，具有工程廢水 應用之價值，因此本研究以A. hydrophila NIU01 作為標準菌株。