近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室唐鴻志團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心)戴俊彪團(tuán)隊(duì)合作，在環(huán)境微生物技術(shù)研究方面取得進(jìn)展，用合成生物學(xué)方法構(gòu)建的需鈉弧菌工程菌株能在高鹽工業(yè)廢水和高鹽土壤中同時(shí)降解多種有機(jī)污染物。該項(xiàng)研究為解決石化廢水排污、海洋石油泄漏等全球性環(huán)境問(wèn)題提供了全新的技術(shù)方案。相關(guān)研究成果以“Bioremediation of complex organic pollutants by engineered Vibrio natriegens”為題，于2025年5月7日在線發(fā)表在《自然》(Nature)上。

復(fù)合有機(jī)污染降解菌株VCOD-15設(shè)計(jì)和構(gòu)建流程示意圖

　　工業(yè)廢水排污、海洋原油泄漏等復(fù)合有機(jī)污染事件對(duì)生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過(guò)漫長(zhǎng)的遺傳突變和自然選擇，自然環(huán)境中逐漸進(jìn)化出一些能將污染物作為“食物”的微生物。利用這些微生物的分解代謝能力處理環(huán)境中的有機(jī)污染物，具備成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)有的天然菌株“食譜窄”，僅能降解某種或少數(shù)幾種污染物，無(wú)法在實(shí)際污染場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合有機(jī)污染物的生物修復(fù)。

　　為了攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)方法，對(duì)兼具快速生長(zhǎng)、耐鹽脅迫、基因編輯高效等特性的需鈉弧菌進(jìn)行基因工程改造，開(kāi)發(fā)了高效自然轉(zhuǎn)化方法和基因組迭代編輯技術(shù)INTIMATE，這種技術(shù)不僅可以將長(zhǎng)片段DNA序列精準(zhǔn)地插入底盤(pán)細(xì)胞基因組特定位點(diǎn)，而且通過(guò)迭代方法反復(fù)多次插入新的DNA序列，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一菌株的不斷拓展改造。經(jīng)多輪迭代編輯后，研究團(tuán)隊(duì)獲得了能夠降解5種典型有機(jī)污染物的菌株VCOD-15，并開(kāi)展了模擬應(yīng)用測(cè)試。結(jié)果顯示，在取自石油煉化廠和氯堿化工廠的高鹽廢水中，該菌株僅需2天即可凈化其中同時(shí)存在的5種有機(jī)污染物。

　　本研究成功開(kāi)發(fā)了基于需鈉弧菌的復(fù)合污染物工程菌構(gòu)建平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從代謝通路的挖掘、設(shè)計(jì)和合成到單一、復(fù)合污染物降解菌株的構(gòu)建、測(cè)試、以及在實(shí)際工業(yè)廢水樣本處理應(yīng)用的全流程，為石化、氯堿等高鹽廢水處理、海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑戰(zhàn)提供了生物解決方案。同時(shí)，INTIMATE技術(shù)為多基因簇工程底盤(pán)的構(gòu)建提供了通用技術(shù)平臺(tái)，使得同一菌株中多種代謝功能的整合以及優(yōu)質(zhì)菌種的迭代功能拓展成為可能，可擴(kuò)展至其他污染物降解體系的構(gòu)建乃至天然產(chǎn)物合成、高值化學(xué)品細(xì)胞工程構(gòu)建等合成生物學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景。

　　中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院助理研究員蘇聰，上海交通大學(xué)致遠(yuǎn)榮譽(yù)計(jì)劃博士生崔浩天、副研究員王偉偉為文章共同第一作者。戴俊彪研究員和唐鴻志教授為文章共同通訊作者。文章的合作者包括上海交通大學(xué)博士生程振宇(明志博士生計(jì)劃)、致遠(yuǎn)榮譽(yù)計(jì)劃博士生楊夢(mèng)喬、博士生李曄、科研助理何思煬，深圳先進(jìn)院劉永博士、碩士研究生王晨、科研助理瞿利文，中國(guó)農(nóng)科院基因組所科研助理蔡悅進(jìn)、鄭佳欣、趙平平。上海交通大學(xué)許平教授、李躍輝教授、中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物研究所王欽宏研究員為本項(xiàng)研究工作提供了重要幫助。

　　論文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-025-08947-7