近期，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與上海交通大學(xué)聯(lián)合宣布了一項(xiàng)環(huán)境微生物技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院及微生物代謝全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的唐鴻志團(tuán)隊(duì)，攜手中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所的戴俊彪團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出一種新型工程菌株，該菌株能在高鹽環(huán)境下有效降解多種有機(jī)污染物。

這項(xiàng)創(chuàng)新研究為應(yīng)對(duì)全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)，如石化廢水排放和海洋石油泄漏，提供了全新的生物修復(fù)方案。相關(guān)研究成果已在國際權(quán)威期刊《自然》上發(fā)表，題為“復(fù)雜有機(jī)污染物的工程化弧菌生物修復(fù)”。

工業(yè)廢水排放和海洋原油泄漏等復(fù)合有機(jī)污染事件對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。自然界中雖然存在一些能夠分解這些污染物的微生物，但它們的降解能力有限，通常只能針對(duì)特定的一兩種污染物，無法滿足復(fù)雜污染場(chǎng)景的生物修復(fù)需求。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)技術(shù)，對(duì)需鈉弧菌進(jìn)行了基因工程改造。需鈉弧菌具有快速生長(zhǎng)、耐鹽脅迫和高效基因編輯的特性，是研究團(tuán)隊(duì)理想的底盤細(xì)胞。他們開發(fā)了一種名為INTIMATE的高效自然轉(zhuǎn)化方法和基因組迭代編輯技術(shù)，該技術(shù)能夠精準(zhǔn)地將長(zhǎng)片段DNA序列插入到細(xì)胞基因組的特定位點(diǎn)，并通過迭代方法不斷擴(kuò)展改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一菌株的多功能化。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將來自不同物種的降解基因模塊進(jìn)行優(yōu)化適配，利用同源替換策略，將五個(gè)功能基因簇整合到細(xì)菌基因組中，構(gòu)建出覆蓋單環(huán)到多環(huán)化合物的五條人工代謝通路。這一“微生物特種兵”——VCOD-15，能夠同時(shí)降解五種典型的芳香類有機(jī)污染物，包括聯(lián)苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯，涵蓋了廣泛的底物范圍。

▲ 迭代自然轉(zhuǎn)化法（INTIMATE）示意圖（原圖略）

在實(shí)際應(yīng)用中，VCOD-15展現(xiàn)出了卓越的多靶點(diǎn)同步處理能力。在工業(yè)廢水樣本測(cè)試中，該菌株在48小時(shí)內(nèi)對(duì)五種目標(biāo)污染物的去除率均超過60%，其中聯(lián)苯實(shí)現(xiàn)完全降解，甲苯和二苯并呋喃等復(fù)雜污染物的降解率接近90%，效能較天然菌株提升了兩到三倍。VCOD-15在高鹽環(huán)境下仍保持活性，成功克服了傳統(tǒng)菌株的耐鹽瓶頸。

在活性污泥反應(yīng)器中，VCOD-15在12小時(shí)內(nèi)即可完全去除高濃度污染物。多平行生物反應(yīng)器測(cè)試顯示，48小時(shí)內(nèi)工業(yè)廢水中污染物殘留量均低于檢測(cè)范圍的2%，且菌株在復(fù)雜微生物群落中占比穩(wěn)定，展現(xiàn)出強(qiáng)大的環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)力。這些驗(yàn)證數(shù)據(jù)表明，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)了從代謝通路挖掘、設(shè)計(jì)合成到實(shí)際應(yīng)用的全流程突破。

唐鴻志作為論文的共同通訊作者表示，這一研究成果有望為石化、氯堿等高鹽廢水處理、海上石油泄漏以及微塑料污染等全球性挑戰(zhàn)提供全新的生物解決方案。VCOD-15的成功研發(fā)，不僅為復(fù)合污染治理提供了智能生物工具，還推動(dòng)了環(huán)保產(chǎn)業(yè)從末端治理向生物智造轉(zhuǎn)型，為“無廢城市”建設(shè)和雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)注入了新的動(dòng)力。