根据弗林德斯大学领导的一项研究,一种“友好”的兼容病毒可以大幅提升细菌从土壤、水、矿山废物和其他环境中去除污染物的能力。发表在《通讯生物学》上的这项新见解表明,噬菌体生物强化为环境生物技术提供了一个令人信服的新方向,即利用溶原性噬菌体的生态作用来增强污染土壤中微生物的功能。
传统的生物强化策略虽然成本低、可持续,但面临降解速度慢和微生物效能受环境限制等挑战。使用溶原性噬菌体——感染细菌并整合到宿主基因组中而不立即杀死它们的病毒——的噬菌体生物强化,利用污染物降解基因来强化细菌进行生物修复的遗传能力。
自然生态系统的污染是全球共同关注的问题,工业化正在污染数百万处土壤和水体。这些污染物威胁着人类健康、农业生产力和生态平衡。
砷、铬、多氯联苯、农药、石油烃和过量营养物质等污染物会扰乱生态系统,并削弱对土壤健康和养分循环至关重要的微生物群落。这些影响会导致地下水水质恶化,威胁饮用水资源。保护土壤微生物组对生态系统韧性、环境和公众健康至关重要。
弗林德斯大学研究员尼基·罗密欧表示,微生物降解毒素和污染物可能需要数年时间,溶原性噬菌体则能够将辅助代谢基因(AMGs)整合到细菌宿主中,以增强降解能力——有助于应对传统原位方法成本高、局限性大的问题。
研究人员表示,监管框架需要随着这类生物技术的发展而不断完善,以评估工程噬菌体释放到自然环境后的生态安全性、遗传稳定性及长期影响。
弗林德斯大学博士研究生尼基·罗密欧表示:“基因转移潜力、持久性、控制措施以及对非目标生物的意外影响等问题,在实地大规模应用之前,都需要通过生物安全协议和环境风险评估来解决。”
与此同时,该方法还需要通过田间试验进一步研究,以验证最有效的候选土壤噬菌体,并开发监测噬菌体整合和AMG表达的工具。她说:“如果使用得当,噬菌体生物强化可以在受控条件下用于帮助恢复受污染环境并增强微生物的恢复能力。”
这项研究与弗林德斯微生物组探索加速器领导的一系列其他噬菌体研究以及科学与工程学院恢复生态学研究团队的其他研究同步开展。
Matthew Flinders 讲席教授 Martin Breed 共同指导 Romeo 的博士研究,他表示土壤修复和生态系统恢复是改善人类及地球其他生命生存条件的关键要素。
他说,城市土壤生物多样性支撑着养分循环和植物生长等关键生态系统功能,同时还通过抑制病原体、土壤修复和帮助人类免疫系统得到锻炼来支持人类健康。
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