我国科研团队成功合成一次性降解 5 种有机污染物的新型工程菌株

IT之家 5 月 8 日消息，据中国科学院深圳先进技术研究院、上海交通大学消息，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室唐鸿志团队与中国科学院深圳先进技术研究院 / 中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）戴俊彪团队合作，在环境微生物技术研究方面取得进展，用合成生物学方法构建的需钠弧菌工程菌株能在高盐工业废水和高盐土壤中同时降解多种有机污染物。

该项研究为解决石化废水排污、海洋石油泄漏等全球性环境问题提供了全新的技术方案。相关研究成果以“Bioremediation of complex organic pollutants by engineered Vibrio natriegens”为题，于 2025 年 5 月 7 日在线发表在《自然》（Nature）上。

据介绍，工业废水排污、海洋原油泄漏等复合有机污染事件对生态环境安全构成严重威胁。通过漫长的遗传突变和自然选择，自然环境中逐渐进化出一些能将污染物作为“食物”的微生物。利用这些微生物的分解代谢能力处理环境中的有机污染物，具备成本低廉、环境友好等优势。但现有的天然菌株“食谱窄”，仅能降解某种或少数几种污染物，无法在实际污染场景下实现对复合有机污染物的生物修复。

▲复合有机污染降解菌株 VCOD-15 设计和构建流程示意图

研究团队利用合成生物学方法，对兼具快速生长、耐盐胁迫、基因编辑高效等特性的需钠弧菌进行基因工程改造，开发了高效自然转化方法和基因组迭代编辑技术 INTIMATE，这种技术不仅可以将长片段 DNA 序列精准地插入底盘细胞基因组特定位点，而且通过迭代方法反复多次插入新的 DNA 序列，实现对同一菌株的不断拓展改造。

进一步研究中，研究团队将来自不同物种的降解基因模块进行适配优化，利用同源替换策略，将 5 个功能基因簇迭代整合到细菌基因组中，在单一菌株中构建了覆盖单环到多环化合物的五条人工代谢通路，得到的“微生物特种兵”VCOD-15，可实现 5 种典型芳香类有机污染物 —— 联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯的同时降解，涵盖了从单环到多环化合物的广泛底物范围。

▲迭代自然转化法（INTIMATE）示意图

另外，研究团队通过实际工业废水样本系统验证了工程菌株 VCOD-15 从实验室到实际污染场地的全场景降解效果：例如，在污染物降解能力方面，这种“微生物特种兵”展现出多靶点同步处理优势 —— 在 48 小时内对 5 种目标污染物的去除率均超 60%，其中对联苯实现完全降解（100%），甲苯、二苯并呋喃等复杂污染物降解率近 90%，较天然菌株提升 2 至 3 倍效能。

面对极端工业环境挑战，VCOD-15 在盐度高达 102.5 克每升的氯碱废水中仍保持活性，成功克服了传统菌株“遇盐即失活”的瓶颈；在活性污泥反应器中，12 小时内可完全去除高浓度污染物；多平行生物反应器测试显示，48 小时内工业废水中污染物残留量均低于检测范围的 2%，且菌株在复杂微生物群落中占比稳定（40% 以上），体现其强大的环境竞争力。

“这些验证数据表明，团队开发的基于需钠弧菌的复合污染物工程菌构建平台，实现了从代谢通路的挖掘、设计和合成，到单一、复合污染物降解菌株的构建、测试，以及在实际工业废水样本处理应用的全流程，有望为石化、氯碱等高盐废水处理、海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑战提供全新生物解决方案。”论文共同通讯作者唐鸿志表示。

未来，该成果的核心技术可延伸应用于海上溢油污染治理、工业场地修复、微塑料生物降解等多个生态环保场景，不仅为破解复合污染治理难题提供了智能生物工具，更推动环保产业从末端治理向生物智造升级，助力“无废城市”建设与双碳目标实现。

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