【中國科學報】單細胞水平上研究不可培養功能微生物技術獲進展
相關研究以副封面文章的形式發表于《環境科學與技術》。課題組 供圖
中國科學院廣州地球化學研究所李繼兵副研究員、羅春玲研究員等科研人員，研究發展了MMI-SIP-RACS技術，實現了單細胞水平上對PAHs降解微生物的原位富集、識別和分離。相關研究近日以副封面文章的形式發表于《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）雜志。
傳統的DNA-穩定同位素探針（DNA-SIP）技術，可識別真實環境中發揮降解作用的功能微生物。但是，DNA-SIP技術只能獲得功能微生物的部分DNA信息，從群落水平上解析其物種組成，難以做到單一功能微生物的分離，無法對功能基因和代謝通路進行研究。這限制了這些具有降解功能的微生物在環境污染治理中的應用。在此背景下，如何錨定并精準分選功能微生物細胞，獲取基因組信息，進而揭示其代謝特征、挖掘其原位修復潛力，已成為環境微生物研究的熱點和難點。
研究人員嘗試將磁性納米顆粒介導分離技術（MMI）、DNA-SIP和單細胞拉曼分選（RACS）技術聯用，發展了MMI-SIP-RACS技術。他們以石油污染水體中的菲為研究對象，運用MMI技術富集降解功能微生物細胞，借助SIP和RACS技術鎖定和分離目標微生物細胞，進而在單細胞水平上探索了這些細胞的遺傳特征及降解機制。
該研究顯示，MMI-SIP-RACS顯著富集了菲降解菌，并實現了代表性功能微生物單細胞的有效分離。SIP擴增子測序、拉曼光譜中單細胞的13C移位及單細胞基因組測序等結果，綜合證實新鞘脂菌（Novosphingobium sp.）是參與污水中原位降解菲的功能微生物。
該研究并成功重建了Novosphingobium微生物細胞的菲代謝途徑，解析了菲雙加氧酶（Phn）、萘雙加氧酶（Nah）基因等多個新型PAHs降解基因。
該研究所研發的MMI-SIP-RACS新方法，實現了單細胞水平上對PAHs降解微生物的原位富集、識別和分離，并將特定微生物細胞的功能與基因型直接聯系起來，是有效分離真實環境中有機污染物降解微生物細胞的新工具。
該研究工作得到國家自然科學基金、廣東省重點領域研發計劃、廣州地化所“涂光熾優秀青年學者”（A類）等項目的聯合資助。
相關論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c04952
