近期，中國科學院深圳先進技術研究院與上海交通大學聯合宣布了一項環境微生物技術領域的重大突破。上海交通大學生命科學技術學院及微生物代謝全國重點實驗室的唐鴻志團隊，攜手中科院深圳先進技術研究院與中國農業科學院深圳農業基因組研究所的戴俊彪團隊，成功研發出一種新型工程菌株，該菌株能在高鹽環境下有效降解多種有機污染物。
這項創新研究為應對全球性的環境挑戰，如石化廢水排放和海洋石油泄漏，提供了全新的生物修復方案。相關研究成果已在國際權威期刊《自然》上發表，題為“復雜有機污染物的工程化弧菌生物修復”。
工業廢水排放和海洋原油泄漏等復合有機污染事件對生態環境構成了嚴重威脅。自然界中雖然存在一些能夠分解這些污染物的微生物，但它們的降解能力有限，通常只能針對特定的一兩種污染物，無法滿足復雜污染場景的生物修復需求。
為解決這一難題，研究團隊利用合成生物學技術，對需鈉弧菌進行了基因工程改造。需鈉弧菌具有快速生長、耐鹽脅迫和高效基因編輯的特性，是研究團隊理想的底盤細胞。他們開發了一種名為INTIMATE的高效自然轉化方法和基因組迭代編輯技術，該技術能夠精準地將長片段DNA序列插入到細胞基因組的特定位點，并通過迭代方法不斷擴展改造，實現對同一菌株的多功能化。
研究團隊進一步將來自不同物種的降解基因模塊進行優化適配，利用同源替換策略，將五個功能基因簇整合到細菌基因組中，構建出覆蓋單環到多環化合物的五條人工代謝通路。這一“微生物特種兵”——VCOD-15，能夠同時降解五種典型的芳香類有機污染物，包括聯苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯，涵蓋了廣泛的底物范圍。
▲ 迭代自然轉化法（INTIMATE）示意圖（原圖略）
在實際應用中，VCOD-15展現出了卓越的多靶點同步處理能力。在工業廢水樣本測試中，該菌株在48小時內對五種目標污染物的去除率均超過60%，其中聯苯實現完全降解，甲苯和二苯并呋喃等復雜污染物的降解率接近90%，效能較天然菌株提升了兩到三倍。VCOD-15在高鹽環境下仍保持活性，成功克服了傳統菌株的耐鹽瓶頸。
在活性污泥反應器中，VCOD-15在12小時內即可完全去除高濃度污染物。多平行生物反應器測試顯示，48小時內工業廢水中污染物殘留量均低于檢測范圍的2%，且菌株在復雜微生物群落中占比穩定，展現出強大的環境競爭力。這些驗證數據表明，基于需鈉弧菌的復合污染物工程菌構建平臺，實現了從代謝通路挖掘、設計合成到實際應用的全流程突破。
唐鴻志作為論文的共同通訊作者表示，這一研究成果有望為石化、氯堿等高鹽廢水處理、海上石油泄漏以及微塑料污染等全球性挑戰提供全新的生物解決方案。VCOD-15的成功研發，不僅為復合污染治理提供了智能生物工具，還推動了環保產業從末端治理向生物智造轉型，為“無廢城市”建設和雙碳目標的實現注入了新的動力。
