近日,Journal of Hazardous Materials(IF:7.65)在线发表了生物化学与组学团队吴海珍教授课题组在有毒有害化合物微生物降解领域的最新研究成果。该论文题为“Enhancement of Phenol Biodegradation: Metabolic Division of Labor in Co-culture of Stenotrophomonas sp. N5 and Advenella sp. B9”。在读硕士生黎长美为论文第一作者,吴海珍教授为通讯作者。(论文链接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389420312036?via%3Dihub)
自然界中苯酚来源非常广泛,但最主要来自于各种工业活动,苯酚对人具有毒性。微生物包括细菌、酵母和藻类都可利用其作为碳源。根据群落的共生关系、物种间的劳动分工以及共培养对环境波动的承受能力,微生物共培养相较于单一纯培养表现出更高的物质降解能力。设计和组成能够实现劳动分工的协同微生物群落,以改善有毒物质的生物降解,增强其原位生物修复具有重要的应用前景。目前各个种群在降解过程中的作用,微生物在共培养中相互作用的分子机制仍有待深入研究。吴海珍老师课题组从焦化废水中分离得到Stenotrophomonas sp. N5 和 Advenella sp. B9两株苯酚降解菌。通过研究,其共培养比单一培养表现出更高的苯酚耐受浓度及更强的苯酚降解能力,在纯培养中N5只能耐受及降解50 mg/L的苯酚,B9能耐受及降解800 mg/L的苯酚,而在两株菌的共培养中, 72 h内可以完全降解1200 mg /L苯酚。
研究对苯酚降解关键酶的表达进行了分析(Fig.1),证明了在共培养体系中,B9菌负责前期苯酚的羟基化,和N5菌共同进行其后的邻苯二酚开环及后续降解, B9和N5在共培养中实现了劳动分工,有效交换必要的代谢物,形成交叉喂养的微生物群落,共同增强苯酚的生物降解。
对差异表达基因的GO富集进行了分析(Fig.2),表明微生物共培养中苯酚生物降解增强的机制复杂,涉及到苯酚降解基因的表达、细胞组分合成、微生物生长、代谢以及催化活性等多种生物过程的调控以及转录因子的表达等。该研究揭示了微生物在共培养中降解苯酚的相互作用分子机制,为劳动分工微生物群落的设计及组成,改善有毒物质的生物降解提供了新的思路。
本研究得到国家自然科学基金(51778238 ,U1901218)和广东省科技项目(2017A020216001)的资助。
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