近日👳🏼，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室唐鴻誌教授團隊在多環芳烴、鹵代芳烴和二惡英類等有機物的降解方面有了新的研究進展⛓️‍💥，揭示了相關化合物的微生物代謝特性及生化機理👩🏼‍🍳，為環境治理及修復提供了潛在的應用價值🚨。

多環芳烴（PAHs）和二惡英類化合物（包括硫、氮和氧雜環）具有潛在的環境毒性。微生物修復過程通常會面臨多種芳烴類、二惡英類汙染物及有機溶劑共存的現象🧓🏿，對於此類復合汙染的研究有待進一步深入🤸。惡臭假單胞菌株B6-2是本課題組前期篩選到的可以聯苯為唯一碳源進行生長的菌株，可共代謝多種芳香族化合物（單一或混合存在），且具備良好的有機溶劑耐受能力🚴🏽‍♂️💧。本研究對這個具備強大芳香類化合物降解的“超級菌株”進行了多組學分析及全面系統的遺傳解析。遺傳分析發現菌株B6-2包含多種完整的芳香化合物中心代謝途徑及有機溶劑耐受相關基因簇，以及趨化及基因水平轉移等相關基因（簇）。借助轉錄組學和蛋白質組學方法🌯，本研究鑒定了可在聯苯及聯苯、二苯並呋喃、苯並噻吩和哢唑的混合物共代謝過程中的關鍵功能基因（簇）。當聯苯作為唯一碳源培養時🧑‍🧑‍🧒‍🧒，通過蛋白質組學分析鑒定出3,441種蛋白，其中956種蛋白差異表達顯著。此外，基於轉錄組數據對菌株B6-2在聯苯培養下轉錄水平的動態變化進行分析🧤，發現多條芳香化合物代謝基因簇（如聯苯、苯甲酸👨‍🚀、水楊酸、鄰苯二酚及4-羥基苯甲酸等）的轉錄水平顯著上調😚。對菌株B6-2廣譜的芳香化合物代謝能力及多組學分析芳香化合物代謝網絡的研究表明🧝🏿，菌株B6-2是在復合汙染的生物修復中具有潛在應用價值，同時是研究惡臭假單胞菌的生物化學、遺傳學和進化方面的潛在研究模型（圖1）。該成果“Genetic mapping of highly versatile and solvent-tolerant Pseudomonas putida B6-2 (ATCC BAA-2545) as a ‘superstar’ for mineralization of PAHs and dioxin-like compounds”發表於《Environmental Microbiology》，王偉偉博士和李慶剛博士為共同第一作者，唐鴻誌教授為通訊作者。

圖1 惡臭假單胞菌B6-2中與芳香類化合物降解相關的基因轉錄熱圖（A）和推測的代謝途徑（B）

另一個與多環芳烴降解相關的研究則聚焦於從汙染環境中富集得到的一個高效降解菌群PDMC，本研究對其群落組成、生長和降解特性均進行了初步探究🔵👇🏿。當以菲為唯一碳源進行生長時，菌群PDMC的平均降解速率為6.67 mg/L/h，是目前已報道的降解速率最快的菲降解菌群之一。同時，該菌群能通過共代謝方式降解萘、苊、蒽🧑🏽‍🌾🛖、芴、熒蒽、苯並[a]蒽、二苯並呋喃🏌🏻‍♂️、哢唑和吲哚共9種底物👨‍👩‍👧‍👦。通過檢測這些底物的中間代謝產物可知📑，菌群PDMC擁有豐富多樣的PAHs降解途徑。利用活性汙泥反應器和工業廢水模擬了菌群PDMC對PAHs混合汙染的水體修復🍹，該菌群可在5 d內實現混合底物的全部降解，並在四輪反應中始終具有優秀的混合PAHs降解能力。結合水體修復過程中的群落多樣性變化可知👨‍🔬，菌群PDMC可成為PAHs汙染環境修復的強有力的候選菌株（圖2）🦅。相關研究成果“Microbial degradation of multiple PAHs by a microbial consortium and its application on contaminated wastewater”發表於《Journal of Hazardous Materials》，博士生張莉鴿為第一作者💁🏿，唐鴻誌教授為通訊作者。

圖2 菌群PDMC的PAHs降解及水體模擬修復

在鹵化有機汙染物方面，課題組前期篩選得到了一株六溴環十二烷（HBCDs）的降解菌株Pseudomonas aeruginosa HS9🤦🏽‍♂️🏋🏻‍♂️。本工作以該菌株為研究目標，對其代謝機理和生化機製進行了更深入的探索🥦。通過傳統基因功能驗證結合熒光定量PCR測定，發現與電子傳遞相協助的細胞色素P450 CYP168A1表達量增加9.1倍🧝🏻‍♂️🌰，推測其為HBCDs降解的第一步關鍵脫溴的酶；通過異源表達、蛋白純化、酶學參數測定及產物鑒定，揭示了CYP168A1催化HBCDs降解的新機製🎀，其中脫溴和加羥基的反應相繼進行🧏🏽；¹⁸O同位素實驗表明，添加到水合產物中的O^2-來自於H₂O，闡明了細胞色素P450催化HBCDs降解的分子機製⛈；對基因cyp168A1進行工程改造，結果發現增加細胞內電子傳遞體蛋白FdFNR的表達量🧰，能夠增強菌株HS9對HBCDs的降解效果。酶學性質研究不僅為細胞色素P450單加氧酶CYP168A1的生化特性提供了新的理解，而且還為增強生物修復能力的提供了新的思路（圖3）👨🏿‍⚕️👩🏻‍🦱。相關成果“Hexabromocyclododecanes are dehalogenated by CYP168A1 from a Pseudomonas aeruginosa strain HS9”發表於《Applied and Environmental Microbiology》，博士後黃玲和助理研究員王偉偉為共同第一作者👈🏽📹，唐鴻誌教授為通訊作者。

圖3 HBCDs在CYP168A1作用下的推測的降解途徑

以上工作受到了科技部國家重點研發計劃（項目號2018YFA0901200）、上海市優秀學術帶頭人（項目號20XD1421900）、上海市教育發展基金會和上海市教委的曙光計劃（17SG09）等項目的支持🤸🏿。

論文鏈接：

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15613

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389421014898?via%3Dihub

https://journals.asm.org/doi/10.1128/AEM.00826-21