李繼兵等-EST:單細胞水平下研究不可培養(yǎng)功能微生物的新技術
傳統(tǒng)的DNA-穩(wěn)定同位素探針(DNA-SIP)技術,可識別真實環(huán)境中發(fā)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(huán)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(huán)境微生物研究的熱點和難點。
近期,中科院廣州地球化學研究所李繼兵副研究員、羅春玲研究員等,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(lián)用,發(fā)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(xiàn)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(fā)的MMI-SIP-RACS新方法,實現(xiàn)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(lián)系起來,是有效分離真實環(huán)境中有機污染物降解微生物細胞的新工具。
該研究得到國家自然科學基金、廣東省重點領域研發(fā)計劃、廣州地化所“涂光熾優(yōu)秀青年學者”(A類)等項目的聯(lián)合資助。相關成果以副封面文章發(fā)表在環(huán)境科學領域權威期刊《Environmental Science & Technology》。
論文信息:Jibing Li, Dayi Zhang, Bei Li, Chunling Luo*, and Gan Zhang. Identifying the Active Phenanthrene Degraders and Characterizing Their Metabolic Activities at the Single-Cell Level by the Combination of Magnetic-Nanoparticle-Mediated Isolation, Stable- Isotope Probing, and Raman-Activated Cell Sorting (MMI SIP RACS), Environmental Science & Technology, 2022, 56 (4), 2289-2299。DOI:10.1021/acs.est.1c04952

圖1.文章入選副封面

圖2. 菲降解微生物細胞的原位識別和分離

圖3. PAHs降解功能微生物細胞菲代謝途徑的重建

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