●罗云鹏 赵梓杉

高盐废水是工业废水中的一种特定类型，其主要来源为化工厂生产过程，以及石油和天然气的采集与加工环节。这类废水中含有重金属、有害化学物质等污染物，对环境和生态系统造成了巨大影响。因此，有效去除高盐废水中的有机污染物对实现生态环境的可持续发展至关重要。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物研究所客座研究员戴俊彪与上海交通大学教授唐鸿志团队合作，成功构建了一种可同时降解五种有机污染物的新型工程菌株。实际工业废水样本验证结果显示，该菌株对高盐废水中的复合污染物展现出了高效降解能力，为破解传统微生物处理技术存在的“盐抑制效应”提供了新的方案。相关研究成果日前发表在学术期刊《自然》上。

利用合成生物学开发菌株

自然界中的微生物虽具备分解高盐废水中部分污染物的能力，但它们就像“偏科生”——每个菌种通常只擅长处理一两种特定污染物。当面对高盐废水中油污、重金属、放射性物质等组成的“混合垃圾”时，这些天然微生物就显得力不从心。此外，因降解过程涉及的微生物基因种类和数目较多，常规基因工程技术在对菌株进行设计和改造时，速度和深度都极为有限。

近年来，合成生物学技术的飞速发展，为降解菌株的构建带来了新的契机。科学家们能够通过合成生物技术赋予细胞分解多种污染物的能力，还能让这些功能精准搭配。

基于此，研究团队通过底盘菌株的筛选以及对耐盐机制的深入解析，精准锁定了具有快速繁殖速率、高盐耐受和易基因编辑等特性的理想底盘菌株——需钠弧菌。该菌株所属的弧菌类细菌具有吸收整合外源DNA的自然转化能力。研究团队据此通过调控基因，精准构建出具有高效自然转化能力的菌株VCOD-2。

研究人员通过测试发现，菌株VCOD-2能够高效整合外源DNA片段到细菌基因组中，与自然界中的微生物相比，其转化效率提升数倍。

在后续的深入研究中，研究团队对来自不同物种的降解基因模块进行了适配优化，创新性地开发出迭代自然转化法。他们利用同源替换策略，将五个功能基因簇逐步迭代整合到VCOD-2细菌基因组中，构建了覆盖单环到多环化合物的五条人工代谢通路。由此得到的“微生物特种兵”VCOD-15，可同时降解联苯、苯酚、萘、二苯并呋喃和甲苯这五种典型芳香类有机污染物，其降解底物范围广泛，涵盖了从单环到多环的多种化合物。

能够用于多种生态修复场景

研究团队通过实际工业废水样本，对“微生物特种兵”VCOD-15从实验室到实际污染场地的降解效果进行了系统验证。

例如，在污染物降解能力方面，这种“微生物特种兵”展现出显著的多靶点同步处理优势。在48小时内，其对五种目标污染物的去除率均超60%。其中，联苯实现完全降解，甲苯、二苯并呋喃等复杂污染物降解率近90%，相较于天然菌株，菌株VCOD-15降解效能提升了2至3倍。

面对高盐环境的挑战，VCOD-15展现出强大的适应能力。在盐度高达102.5克每升的氯碱废水中，该菌株仍能保持活性，成功突破了传统菌株“遇盐即失活”的瓶颈。在活性污泥反应器中，它能在12小时内完全去除高浓度污染物。多平行生物反应器测试结果显示，在48小时内，工业废水中的污染物残留量降至2%以下，且该菌株在复杂微生物群落中占比稳定在40%以上，具有强大的环境竞争力。

研究团队还开发了基于需钠弧菌的复合污染物工程菌构建平台，实现了从代谢通路的挖掘、设计和合成，到单一、复合污染物降解菌株的构建、测试，以及在实际工业废水样本处理应用的全流程。“该平台有望为高盐废水处理，以及海上石油泄漏、微塑料污染等全球性挑战提供全新的生物解决方案。”唐鸿志说。

“这一平台不仅实现了同一菌株内多代谢通路的高效整合，还支持菌种功能的持续升级。其应用范畴可突破污染物降解领域，向天然产物生物合成、高值化合物细胞工厂构建等合成生物学前沿领域延伸，展现出‘一技术平台驱动多产业革新’的潜力。”戴俊彪表示。

该成果不仅为破解复合污染治理难题提供了智能生物工具，更推动了环保产业从末端治理走向生物智造升级，将助力“无废城市”建设与“双碳”目标的实现。据《科技日报》