工業(yè)廢水、石油污染和塑料污染因其毒性、致突變性和持久性，對(duì)全球海洋生物安全構(gòu)成重大威脅。微生物在生物修復(fù)中的應(yīng)用受到有機(jī)污染物復(fù)雜性和對(duì)鹽脅迫耐受性有限的制約。
近年來(lái)，飛速發(fā)展的合成生物學(xué)技術(shù)為降解菌株的構(gòu)建提供了可能，然而，我們?nèi)载叫杓婢呖焖偕L(zhǎng)、高鹽耐受和易基因編輯等特性的理想“底盤細(xì)胞”。
2025 年 5 月 7 日，上海交通大學(xué)唐鴻志團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所戴俊彪團(tuán)隊(duì)合作（蘇聰博士、博士生崔浩天、副研究員王偉偉博士為共同第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Bioremediation of complex organic pollutants by engineeredVibrio natriegens的研究論文。
該研究利用合成生物學(xué)技術(shù)，將 5 個(gè)基因簇整合到了需鈉弧菌（Vibrio natriegens）中，培育出了一株可在高鹽環(huán)境中高效降解復(fù)合有機(jī)污染物的工程菌株——VCOD-15，能同時(shí)降解工業(yè)廢水和含鹽土壤中 5 種有機(jī)污染物——甲苯、苯酚、萘、聯(lián)苯和二苯并呋喃。這項(xiàng)研究為解決石油化工廢水排污、海洋石油泄漏等全球性環(huán)境問(wèn)題提供了全新的技術(shù)方案。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)嘗試?yán)煤铣缮飳W(xué)技術(shù)，將需鈉弧菌（Vibrio natriegens）改造為一種能夠生物修復(fù)鹽水廢水和土壤中復(fù)雜有機(jī)污染物的菌株。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了自然轉(zhuǎn)化方法和基因組迭代編輯技術(shù)，首先，將來(lái)自霍亂弧菌的自然轉(zhuǎn)化調(diào)控基因tfoX整合到需鈉弧菌Vmax 菌株的1 號(hào)染色體中，并使其過(guò)表達(dá)，以增強(qiáng) DNA 的攝取和整合，構(gòu)建了VCOD-2 菌株。然后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)合成降解基因組并在酵母中進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)降解基因簇（覆蓋單環(huán)到多環(huán)、雜環(huán)有機(jī)污染物）的構(gòu)建，進(jìn)而利用同源替換策略，迭代整合 5 個(gè)功能基因簇（總長(zhǎng)度 43 kb）到VCOD-2 菌株的基因組，最終構(gòu)建了多功能菌株——VCOD-15。
VCOD-15能夠生物修復(fù)五種有機(jī)污染物（聯(lián)苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯），涵蓋從單環(huán)到多環(huán)化合物的廣泛底物范圍，在來(lái)自氯堿廠和煉油廠的工業(yè)廢水樣本中均有此降解能力。具體來(lái)說(shuō)：
1、單一與復(fù)合污染物降解能力
• 單菌株多底物處理：VCOD-15 工程菌株在 48 小時(shí)內(nèi)對(duì) 5 種目標(biāo)污染物的去除率均超 60%，其中，對(duì)聯(lián)苯的降解率達(dá) 100%，對(duì)甲苯、二苯并呋喃的降解率近 90%，顯著優(yōu)于天然降解菌。
• 高鹽環(huán)境適應(yīng)性：在鹽度高達(dá) 102.5 g/L 的氯堿工業(yè)廢水（BZ I）和 52.5 g/L 的石油煉化廢水（DL I）中，對(duì)照菌株無(wú)法生長(zhǎng)，而 VCOD-15 仍保持活性，體現(xiàn)了其獨(dú)特的耐鹽優(yōu)勢(shì)。
2、實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用效果
• 廢水處理系統(tǒng)：在活性污泥反應(yīng)器中，12 小時(shí)內(nèi)可完全去除高濃度污染物（1.0 mM 聯(lián)苯、1.5 mM 苯酚等）；多平行生物反應(yīng)器測(cè)試顯示，48 小時(shí)內(nèi)工業(yè)廢水中污染物殘留量均低于檢測(cè)限的 2%，且菌株在復(fù)雜微生物群落中占比穩(wěn)定（40% 以上）。
• 土壤修復(fù)潛力：在含鹽土壤中，8 天內(nèi)對(duì)聯(lián)苯、苯酚、萘、二苯并呋喃的凈降解量分別達(dá) 0.16、0.66、0.21、0.03 mmol/kg，同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí)了污染物被有效的進(jìn)行了降解。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08947-7
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