上海交大/中科院深圳先进院合作最新Nature论文：为这一世界难题带来全新解决方案

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

工业废水、石油污染和塑料污染因其毒性、致突变性和持久性，对全球海洋生物安全构成重大威胁。微生物在生物修复中的应用受到有机污染物复杂性和对盐胁迫耐受性有限的制约。

近年来，飞速发展的合成生物学技术为降解菌株的构建提供了可能，然而，我们仍亟需兼具快速生长、高盐耐受和易基因编辑等特性的理想“底盘细胞”。

2025 年 5 月 7 日，上海交通大学唐鸿志团队与 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戴俊彪团队合作（苏聪博士、博士生崔浩天、副研究员王伟伟博士为共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Bioremediation of complex organic pollutants by engineered

Vibrio natriegens

该研究利用合成生物学技术，将 5 个基因簇整合到了需钠弧菌（ Vibrio natriegens ） 中，培育出了 一株可在 高盐环境中高效降解复合有机污染物的工程菌株——VCOD-15，能同时降解工业废水和含盐土壤中 5 种有机污染物——甲苯、苯酚、萘、联苯和二苯并呋喃。这项研究为解决石油化工废水排污、海洋石油泄漏等全球性环境问题提供了全新的技术方案。

在这项最新研究中，研究团队尝试利用合成生物学技术，将需钠弧菌（Vibrio natriegens）改造为一种能够生物修复盐水废水和土壤中复杂有机污染物的菌株。

为了实现上述目标，研究团队开发了自然转化方法和基因组迭代编辑技术，首先，将来自霍乱弧菌的自然转化调控基因 tfoX 整合到需钠弧菌 Vmax 菌株的 1 号染色体中，并使其过表达，以增强 DNA 的摄取和整合，构建了 VCOD-2 菌株。然后，研究团队通过化学合成降解基因组并在酵母中进行组装，实现了多个降解基因簇（覆盖单环到多环、杂环有机污染物）的构建，进而利用同源替换策略，迭代整合 5 个功能基因簇（总长度 43 kb）到 VCOD-2 菌株的基因组，最终构建了多功能菌株——VCOD-15。

VCOD-15能够生物修复五种有机污染物（联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯），涵盖从单环到多环化合物的广泛底物范围，在来自氯碱厂和炼油厂的工业废水样本中均有此降解能力。具体来说：

1、单一与复合污染物降解能力

• 单菌株多底物处理：VCOD-15 工程菌株在 48 小时内对 5 种目标污染物的去除率均超 60%，其中，对联苯的降解率达 100%，对甲苯、二苯并呋喃的降解率近 90%，显著优于天然降解菌。

• 高盐环境适应性：在盐度高达 102.5 g/L 的氯碱工业废水（BZ I）和 52.5 g/L 的石油炼化废水（DL I）中，对照菌株无法生长，而 VCOD-15 仍保持活性，体现了其独特的耐盐优势。

2、实际场景应用效果

• 废水处理系统：在活性污泥反应器中，12 小时内可完全去除高浓度污染物（1.0 mM 联苯、1.5 mM 苯酚等）；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限的 2%，且菌株在复杂微生物群落中占比稳定（40% 以上）。

• 土壤修复潜力：在含盐土壤中，8 天内对联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃的净降解量分别达 0.16、0.66、0.21、0.03 mmol/kg，同位素标记实验证实了污染物被有效的进行了降解。

论文链接：

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