微生物代谢全国重点实验室

近日，本室唐鸿志教授课题组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重要进展，利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”为题在线发表在《自然》（Nature）。

中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员苏聪，上海交通大学致远荣誉计划博士生崔浩天、副研究员王伟伟为文章共同第一作者。戴俊彪研究员和唐鸿志教授为共同通讯作者。上海交通大学许平教授、李跃辉教授，中国科学院天津工业生物研究所王钦宏研究员为本项研究提供了重要帮助。

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，具有成本低廉、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，无法实现在实际污染场景下对复合有机污染物的生物修复。

为了攻克这一难题，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，这种技术不仅可将长片段DNA序列精准插入底盘细胞基因组特定位点，还能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。经多轮迭代编辑后，研究团队获得了能够降解5种典型有机污染物的菌株VCOD-15，并开展了模拟应用测试。结果显示，在取自石油炼化厂和氯碱化工厂的高盐废水中，该菌株仅需2天即可净化其中同时存在的5种有机污染物。

本研究成功开发了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，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了生物解决方案。同时，INTIMATE技术为多基因簇工程底盘的构建提供了通用技术平台，使得同一菌株中多种代谢功能的整合以及优质菌种的迭代功能拓展成为可能，可扩展至其他污染物降解体系的构建乃至天然产物合成、高值化学品细胞工程构建等合成生物学应用场景。

本研究获得国家重点研发计划(2021YFA0909500)、国家自然科学基金(32030004)、广东省科技计划项目、深圳市科技计划和中国农业科学院创新计划等多项经费支持。

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

专家点评：

邓子新中国科学院院士、第三世界科学院院士、美国微生物科学院院士

江桂斌中国科学院院士、发展中国家科学院院士

由于污染场地菌株生长条件恶劣、多数实际场地具有多种污染物共存等特点，这实际上限制了环境微生物在环境污染物治理中的应用。用合成生物学手段改造的工程菌株可以克服天然菌株的若干缺点，代表了生物修复技术未来的发展趋势。 VCOD-15菌株的开发实现了高盐环境下的多种不同结构污染物的同时降解，不仅给高盐废水污染的修复提供了新的解决方案，而且建立了在抗逆底盘菌株基因组上整合多条污染物降解基因簇，并实现功能适配、应用测试的全流程研究范式。

期待这种研究范式可以为更多底盘菌株的改造所借鉴，并推广至更多污染物共存场地的生物降解与修复，特别是持久性有机污染物(POPs)、内分泌干扰物等新污染物的降解，为我国环境生物技术发展，以及保护生态环境和提升健康水平做出贡献。