构建菌株有效降解有机污染物，上海交大科研成果登上《自然》

近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室唐鸿志团队与中国科学院深圳先进技术研究院/中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）戴俊彪团队合作，在环境微生物技术研究方面取得进展，相关研究成果以“Bioremediation of complex organic pollutants by engineered Vibrio natriegens”为题，于2025年5月7日在线发表在《自然》（Nature）上。

研究背景

工业废水排污、海洋原油泄漏等复合有机污染事件对生态环境安全构成严重威胁。虽然自然环境中会逐渐进化出一些能将污染物作为“食物”的微生物，利用这些微生物的分解代谢能力处理环境中的有机污染物，具备成本低廉、环境友好等优势，但现有的天然菌株“食谱窄”，仅能降解某种或少数几种污染物，无法在实际污染场景下实现对复合有机污染物的生物修复。此外，高盐废水是工业废水中的一种特定类型，主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等，包含悬浮物、有机物、重金属、有害化学物质和营养盐等污染物，对环境和生态系统会造成巨大的影响。自然界的微生物能分解高盐废水中的部分污染物，但每个菌种通常只擅长处理一两种特定污染物，且常规基因工程技术对菌株设计和改造的速度和深度非常有限。

研究内容

菌株选择与改造

研究团队通过研究，精准锁定了具有最快繁殖速率、高盐耐受和易基因编辑等特性的耐盐菌株“需钠弧菌（Vmax）”，并通过调控基因精准构建可调控的具有高效自然转化能力的菌株VCOD - 2，这一菌株相较于自然界中微生物，转化效率可提升数倍。

技术开发

研究团队开发了高效自然转化方法和基因组迭代编辑技术INTIMATE，这种技术不仅可以将长片段DNA序列精准地插入底盘细胞基因组特定位点，而且通过迭代方法反复多次插入新的DNA序列，实现对同一菌株的不断拓展改造。

工程菌株构建

经多轮迭代编辑后，研究团队在单一菌株中构建了覆盖单环到多环化合物的五条人工代谢通路，得到了能够降解5种典型有机污染物的菌株VCOD - 15，可实现五种典型芳香类有机污染物——联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯的同时降解，涵盖了从单环到多环化合物的广泛底物范围。

研究成果验证

研究团队开展了模拟应用测试，结果显示，在取自石油炼化厂和氯碱化工厂的高盐废水中，菌株VCOD - 15仅需2天即可净化其中同时存在的5种有机污染物。在污染物降解能力方面，这种“微生物特种兵”展现出多靶点同步处理优势——在48小时内对五种目标污染物的去除率均超60%，其中对联苯实现完全降解（100%），甲苯、二苯并呋喃等复杂污染物降解率近90%，较天然菌株提升2至3倍效能。

研究意义

解决环境问题

该项研究为解决石化废水排污、海洋石油泄漏等全球性环境问题提供了全新的技术方案，为石化、氯碱等高盐废水处理、海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑战提供了生物解决方案。

技术平台拓展

INTIMATE技术为多基因簇工程底盘的构建提供了通用技术平台，使得同一菌株中多种代谢功能的整合以及优质菌种的迭代功能拓展成为可能，可扩展至其他污染物降解体系的构建乃至天然产物合成、高值化学品细胞工程构建等合成生物学应用场景。