隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,以1,1,1-三氯乙烷和氯仿為代表的氯代烷烴污染已成為全球性的環(huán)境挑戰(zhàn)。這類持久性氯代烷烴污染物不僅嚴(yán)重威脅地下水資源安全,還對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和人類健康構(gòu)成極大風(fēng)險。研究表明,1,1,1-三氯乙烷和氯仿具有顯著的生物毒性,能夠抑制產(chǎn)甲烷菌的生長活性,并干擾有機(jī)鹵呼吸細(xì)菌對氯代乙烯類化合物的脫氯解毒過程。特別是在多種有機(jī)氯化物共存的復(fù)合污染場地,1,1,1-三氯乙烷和氯仿的存在會顯著影響其他污染物的降解效率。因此,在修復(fù)策略上,優(yōu)先去除1,1,1-三氯乙烷和氯仿對于實(shí)現(xiàn)多種有機(jī)氯污染物的協(xié)同轉(zhuǎn)化和高效去除具有重要的實(shí)踐意義。
中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所污染環(huán)境微生物生態(tài)組研究團(tuán)隊在有機(jī)氯污染微生物修復(fù)領(lǐng)域取得重要突破。該團(tuán)隊以遼寧沈陽細(xì)河沉積物為研究對象,成功構(gòu)建了穩(wěn)定的1,1,1-三氯乙烷脫氯富集培養(yǎng)體系。經(jīng)過連續(xù)傳代培養(yǎng),研究團(tuán)隊觀察到體系脫氯速率顯著提升,并成功富集到高豐度的脫鹵桿菌(Dehalobacter)。深入研究發(fā)現(xiàn),該富集培養(yǎng)體系不僅能夠?qū)?,1,1-三氯乙烷轉(zhuǎn)化為1,1-二氯乙烷,還展現(xiàn)出對氯仿、1,1,2-三氯乙烷和1,2,4-三氯苯等多種有機(jī)氯化物的脫氯能力。qPCR定量分析證實(shí),脫鹵桿菌的生長與這些有機(jī)氯化物的還原脫氯過程緊密耦合。基于其獨(dú)特的代謝特性,研究團(tuán)隊將該菌株命名為Dehalobacter?sp. strain T。通過整合蛋白質(zhì)組學(xué)和宏基因組學(xué)分析,研究人員成功鑒定出關(guān)鍵脫鹵酶TcaA。該酶在1,1,1-三氯乙烷和氯仿脫氯過程中呈現(xiàn)高表達(dá)特征,其氨基酸序列與已知CfrA-like脫鹵酶的相似性高達(dá)94.7%-96.7%。基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),T菌株還編碼一種TcbA-like還原脫鹵酶,該酶與已報道的1,2,4-三氯苯脫鹵酶的相似性達(dá)95%,可能是驅(qū)動1,2,4-三氯苯脫氯過程的關(guān)鍵酶。研究團(tuán)隊還通過擴(kuò)增子測序和宏基因組分析,深入解析了T菌株與其他微生物群落的代謝互作網(wǎng)絡(luò),揭示了重要的代謝途徑和潛在的種間代謝物轉(zhuǎn)移機(jī)制。系統(tǒng)進(jìn)化與比較基因組分析表明,脫鹵桿菌T菌株呈現(xiàn)出明顯的基因家族收縮特征和基因缺失現(xiàn)象,這可能是其與體系中其它微生物形成協(xié)同代謝關(guān)系的重要基礎(chǔ)。該研究成果不僅為深入理解脫鹵桿菌的生態(tài)功能和進(jìn)化機(jī)制提供了新的理論依據(jù),更為開發(fā)高效的微生物環(huán)境修復(fù)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。隨著研究的不斷深入,這些"環(huán)境衛(wèi)士"有望在污染治理領(lǐng)域發(fā)揮更大作用,為水環(huán)境安全提供有力的技術(shù)支撐。
研究成果以“Comparative proteogenomics reveals ecological and evolutionary insights into the organohalide-respiring Dehalobacter restrictus?strain T”為題,于2025年03月20日正式發(fā)表在Applied and Environmental Microbiology。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士研究生李曉翠為第一作者,楊毅研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(42177220、42377133)、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“政府間國際科技創(chuàng)新合作”(2023YFE0122000)的支持。
論文鏈接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01719-24

圖1. 1,1,1-三氯乙烷和氯仿的還原脫氯 (A) 1,1,1-三氯乙烷第6代富集培養(yǎng) (B) 1,1,1-三氯乙烷第12代富集培養(yǎng) (C) 氯仿第6代富集培養(yǎng) (D) 乙酸作碳源的1,1,1-三氯乙烷第6代富集培養(yǎng)

圖2. 1,1,1-三氯乙烷脫氯富集培養(yǎng)物在門水平(A)和屬水平(B)的微生物群落結(jié)構(gòu)

圖3. 1,1,1-三氯乙烷脫氯過程緊密耦合T菌株的生長

圖4. 基于16S rRNA 基因(A)與基因組序列(B)的系統(tǒng)發(fā)育分析

圖5. T菌株與富集培養(yǎng)中非脫氯菌種群間的代謝物轉(zhuǎn)移

圖6. 還原脫鹵酶進(jìn)化分析




