近期，中国科学院深圳先进技术研究院与上海交通大学联合宣布了一项环境微生物技术领域的重大突破。上海交通大学生命科学技术学院及微生物代谢全国重点实验室的唐鸿志团队，携手中科院深圳先进技术研究院与中国农业科学院深圳农业基因组研究所的戴俊彪团队，成功研发出一种新型工程菌株，该菌株能在高盐环境下有效降解多种有机污染物。
这项创新研究为应对全球性的环境挑战，如石化废水排放和海洋石油泄漏，提供了全新的生物修复方案。相关研究成果已在国际权威期刊《自然》上发表，题为“复杂有机污染物的工程化弧菌生物修复”。
工业废水排放和海洋原油泄漏等复合有机污染事件对生态环境构成了严重威胁。自然界中虽然存在一些能够分解这些污染物的微生物，但它们的降解能力有限，通常只能针对特定的一两种污染物，无法满足复杂污染场景的生物修复需求。
为解决这一难题，研究团队利用合成生物学技术，对需钠弧菌进行了基因工程改造。需钠弧菌具有快速生长、耐盐胁迫和高效基因编辑的特性，是研究团队理想的底盘细胞。他们开发了一种名为INTIMATE的高效自然转化方法和基因组迭代编辑技术，该技术能够精准地将长片段DNA序列插入到细胞基因组的特定位点，并通过迭代方法不断扩展改造，实现对同一菌株的多功能化。
研究团队进一步将来自不同物种的降解基因模块进行优化适配，利用同源替换策略，将五个功能基因簇整合到细菌基因组中，构建出覆盖单环到多环化合物的五条人工代谢通路。这一“微生物特种兵”——VCOD-15，能够同时降解五种典型的芳香类有机污染物，包括联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯，涵盖了广泛的底物范围。
▲ 迭代自然转化法（INTIMATE）示意图（原图略）
在实际应用中，VCOD-15展现出了卓越的多靶点同步处理能力。在工业废水样本测试中，该菌株在48小时内对五种目标污染物的去除率均超过60%，其中联苯实现完全降解，甲苯和二苯并呋喃等复杂污染物的降解率接近90%，效能较天然菌株提升了两到三倍。VCOD-15在高盐环境下仍保持活性，成功克服了传统菌株的耐盐瓶颈。
在活性污泥反应器中，VCOD-15在12小时内即可完全去除高浓度污染物。多平行生物反应器测试显示，48小时内工业废水中污染物残留量均低于检测范围的2%，且菌株在复杂微生物群落中占比稳定，展现出强大的环境竞争力。这些验证数据表明，基于需钠弧菌的复合污染物工程菌构建平台，实现了从代谢通路挖掘、设计合成到实际应用的全流程突破。
唐鸿志作为论文的共同通讯作者表示，这一研究成果有望为石化、氯碱等高盐废水处理、海上石油泄漏以及微塑料污染等全球性挑战提供全新的生物解决方案。VCOD-15的成功研发，不仅为复合污染治理提供了智能生物工具，还推动了环保产业从末端治理向生物智造转型，为“无废城市”建设和双碳目标的实现注入了新的动力。
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