科研进展 | 周宁一团队揭示合成菌群协同降解多溴联苯醚机制

近日,微生物代谢全国重点实验室周宁一团队在国际期刊《The ISME Journal》发表了题为“Metabolic interactions enable aerobic degradation of the environmental pollutant BDE-47”的研究论文。该论文首次解析了典型溴代阻燃剂2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)在合成菌群协同作用下的好氧降解机理,为阐明多溴联苯醚(PBDEs)在自然环境中的转化归趋及污染场地的生物修复提供了有效的策略支撑。上海交通大学博士生潘飘飘和特聘教授周宁一为论文作者。

以BDE-47为代表的PBDEs是一类广泛使用的阻燃剂,因其具有环境持久性、生物累积性及潜在毒性,被视为典型的持久性有机污染物(POPs),对生态系统和人体健康构成严重威胁。PBDEs高度溴化且化学结构稳定,单一菌株往往难以将其彻底降解。因此,如何实现此类污染物的完全矿化,是当前环境微生物学领域亟待突破的关键难题。

针对上述难题,研究团队构建了一个由三氯生降解菌Rhizorhabdus wittichii YL-JM2C和2,4-二氯苯氧乙酸降解菌Cupriavidus necator JMP134组成的合成菌群,实现了BDE-47的完全降解。此外,团队对BDE-47的好氧协同降解通路进行了解析,菌株YL-JM2C通过双加氧酶TcsAaAb将BDE-47转化为2,4-二溴苯酚(2,4-DBP)和3,5-二溴邻苯二酚(3,5-DBC);其中2,4-DBP作为菌株YL-JM2C的代谢死产物,可被菌株JMP134的羟化酶TfdB进一步转化为3,5-DBC,最终经两菌共有的邻位裂解途径彻底矿化。生物强化实验证实,该合成菌群能够完全去除实际废水样品中的BDE-47,展现出良好的应用潜力。

图1. 合成菌群协同降解BDE-47的代谢通路

研究团队进一步发现,BDE-47降解关键基因在土壤、海水及海洋沉积物等多种环境中广泛共存。全球海洋宏基因组分析揭示,这些基因在马里亚纳海沟中显著富集,表明深渊微生物具备降解PBDEs的遗传潜能。

图2. 全球海洋宏基因组中BDE-47降解关键基因的分布特征

该研究采用自下而上的合成生物学策略,构建了两株天然菌株组成的合成菌群,其在真实废水中展现出良好的BDE-47处理效果,为PBDEs污染场地的生物修复提供了可行的应用方案;解析了合成菌群协同代谢的分子机制,筛选出评估环境中BDE‑47降解潜力的生物标志物;探究了BDE-47降解关键基因的全球分布特征,为理解卤代有机污染物在全球海洋中的自然微生物转化归趋提供了新线索。

该研究工作得到国家重点研发计划(2024YFA0919000)和教育部基础学科及交叉学科突破计划(JYB2025XDXM906)的支持。

 

文章链接:

https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag163

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