2024-08-09
细菌基因组denovo测序相关的多组学联合分析再添高分文章啦~ 近日，上海交通大学在《Journal of Hazardous Materials》期刊，发表新研究成果！在环境污染治理的征途中，我们迎来了一位新的超级英雄——Pseudarthrobacter sp. L1SW。这一由上海交通大学的科学家们发现的细菌新种，以其卓越的菲（Phenanthrene，PAHs，一种多环芳烃污染物）降解能力，为环境修复领域带来了革命性的突破。 本研究的测序和分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
研究背景 多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在于水、空气和土壤中，并对野生动物和人类健康构成严重威胁的持久性有机污染物。 传统上，PAHs的清除方法不仅成本高昂，还会对环境造成二次污染。随着科技的发展，微生物降解作为一种绿色、高效的解决方案，正逐渐成为环境治理的新宠。Pseudarthrobacter sp. L1SW的发现，更是将这一领域推向了新的高度。
研究材料与方法 1、实验材料 从某石化炼油厂污染场地分离得到一株假枝杆菌L1SW（Pseudarthrobacter sp. L1SW）。 2、测序平台 Illumina、PacBio 3、分析内容 细菌完成图、降解效率分析、HPLC、LC-MS、GC-MS、基因表达分析等。
研究结果 L1SW降解效率分析：高效且稳定降解PAHs L1SW在LB平板上形成的菌落呈乳白色，不透明，直径约为1-2毫米，边缘整齐，质地光滑，表面湿润。基于16S rDNA序列构建的系统发育树显示，L1SW菌株与假枝杆菌属成员亲缘关系密切。 图1 L1SW菌株的形态特征与系统发育树 评估L1SW菌株在不同浓度PAHs（50 mg/L至5 g/L）作为唯一碳源下的PAHs利用速率。L1SW菌株能在48小时内降解高达93%的500mg/L菲，并在72小时内处理掉95%的3g/L菲，这一性能超越了许多先前报道的PAH降解菌株。此外，该菌株还能在含有高浓度重金属（如锌、镍和铬）的环境中保持其降解能力，表明它对复杂和共污染环境具有良好的适应性。 图2 L1SW对PAHs的利用与降解 L1SW代谢途径的探索 利用高效液相色谱（HPLC）、液-质联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，分析了 L1SW降解菲过程中的中间代谢产物，鉴定出多个已知和一个新的代谢产物，并推测了主要的降解途径是通过邻苯二甲酸途径。 图3 L1SW菌株降解PAHs代谢产物的鉴定 菌株L1SW基因组学分析 对L1SW的全基因组序列进行了测定和分析，组装出完成图，并对预测的基因进行了COG注释，L1SW菌株的基因组中含有15个金属抗性蛋白编码基因，包括钴-锌-镉耐药蛋白、砷抗性操纵子和重金属转运P型ATP酶，这可能与其对重金属的高抗性有关。通过基因组挖掘和序列比对，发现了与PAHs降解相关的19个推定基因，这些基因分布在三个基因簇中。这些基因受到菲及其代谢物的诱导。 图4 L1SW的基因组图谱、COG功能分类和基因组比较 降解PAHs基因的表达分析 利用RT-qPCR技术，分析L1SW在不同条件下相关基因的转录水平。以葡萄糖、菲、1-羟基-2-萘酸或邻苯二甲酸作为唯一碳源培养，推测菲降解基因的转录水平。结果表明，启动菲降解的酶编码基因转录水平在菲和1-羟基-2-萘酸存在下显著上调。经过36小时的培养后，相关基因的转录水平分别提高了8.4~9.7倍。这些结果不仅验证了基因组分析预测的功能，还提供了关于特定化合物如何诱导特定降解途径的直接证据，从而深入理解L1SW菌株降解菲的分子机制。 图5 RT-qPCR检测L1SW菌株中PAHs降解基因的表达水平 讨论 基于中间代谢产物和功能基因，描绘了L1SW中菲的主要代谢途径。在这个途径中，菲首先被环羟化双加氧酶催化生成邻苯二甲酸，随后经过氧化和脱羧反应转化为原儿茶酸。该化合物通过β-酮戊二酸途径进入三羧酸循环，从而实现对菲的完全代谢。 图6 L1SW菌株菲降解途径的研究
结 论 本研究中，分离并鉴定了一株具有高效降解菲能力的菌株，即Pseudarthrobacter sp. L1SW。该菌株展现出在多种环境条件下稳定降解菲的能力，包括不同的盐度和碱度、重金属暴露以及表面活性剂存在的情况。它主要通过邻苯二甲酸途径降解菲，并形成了一个新颖的中间代谢产物。在L1SW中鉴定了三个涉及菲降解的基因簇，并据此提出了菲的代谢途径。此项工作加深了我们对革兰氏阳性菌及植物生长促进根际细菌（PGPR）中菲降解机制的理解，为利用微生物进行多环芳烃（PAHs）生物修复提供了更多潜在菌株资源。 L1SW的发现，不仅是科学界的一大突破，更是环境修复领域的一次革命。让我们期待这一超级细菌在未来环境治理中的应用，共同守护我们美丽的地球家园。
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文章索引：Li, JL, et al. Identification of an efficient phenanthrene-degrading Pseudarthrobacter sp. L1SW and characterization of its metabolites and catabolic pathway .J Hazard Mater.2024 Mar 5:465:133138.
