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，對全球海洋生物安全構成重大威脅。微生物在生物修復中的應用受到有機污染物復雜性和對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)為降解菌株的構建提供了可能，然而，我們仍亟需兼具快速生長(cháng)、高鹽耐受和易基因編輯等特性的理想“底盤(pán)細胞”。
2025 年 5 月 7 日，上海交通大學(xué)唐鴻志團隊與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院/中國農業(yè)科學(xué)院深圳農業(yè)基因組研究所戴俊彪團隊合作（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)境中高效降解復合有機污染物的工程菌株——VCOD-15，能同時(shí)降解工業(yè)廢水和含鹽土壤中 5 種有機污染物——甲苯、苯酚、萘、聯(lián)苯和二苯并呋喃。這項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。
在這項最新研究中，研究團隊嘗試利用合成生物學(xué)技術(shù)，將需鈉弧菌（Vibrio natriegens）改造為一種能夠生物修復鹽水廢水和土壤中復雜有機污染物的菌株。
為了實(shí)現上述目標，研究團隊開(kāi)發(fā)了自然轉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化調控基因tfoX整合到需鈉弧菌Vmax 菌株的1 號染色體中，并使其過(guò)表達，以增強 DNA 的攝取和整合，構建了VCOD-2 菌株。然后，研究團隊通過(guò)化學(xué)合成降解基因組并在酵母中進(jìn)行組裝，實(shí)現了多個(gè)降解基因簇（覆蓋單環(huán)到多環(huán)、雜環(huán)有機污染物）的構建，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(cháng)度 43 kb）到VCOD-2 菌株的基因組，最終構建了多功能菌株——VCOD-15。
VCOD-15能夠生物修復五種有機污染物（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(chǎng)和煉油廠(chǎng)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)內對 5 種目標污染物的去除率均超 60%，其中，對聯(lián)苯的降解率達 100%，對甲苯、二苯并呋喃的降解率近 90%，顯著(zhù)優(yōu)于天然降解菌。
• 高鹽環(huán)境適應性：在鹽度高達 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，對照菌株無(wú)法生長(cháng)，而 VCOD-15 仍保持活性，體現了其獨特的耐鹽優(yōu)勢。
2、實(shí)際場(chǎng)景應用效果
• 廢水處理系統：在活性污泥反應器中，12 小時(shí)內可完全去除高濃度污染物（1.0 mM 聯(lián)苯、1.5 mM 苯酚等）；多平行生物反應器測試顯示，48 小時(shí)內工業(yè)廢水中污染物殘留量均低于檢測限的 2%，且菌株在復雜微生物群落中占比穩定（40% 以上）。
• 土壤修復潛力：在含鹽土壤中，8 天內對聯(lián)苯、苯酚、萘、二苯并呋喃的凈降解量分別達 0.16、0.66、0.21、0.03 mmol/kg，同位素標記實(shí)驗證實(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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