李繼兵等-EST:?jiǎn)渭?xì)胞水平下研究不可培養(yǎng)功能微生物的新技術(shù)
傳統(tǒng)的DNA-穩(wěn)定同位素探針(DNA-SIP)技術(shù),可識(shí)別真實(shí)環(huán)境中發(fā)揮降解作用的功能微生物。但是,DNA-SIP技術(shù)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(wú)法對(duì)功能基因和代謝通路進(jìn)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(yīng)用。在此背景下,如何錨定并精準(zhǔn)分選功能微生物細(xì)胞,獲取基因組信息,進(jìn)而揭示其代謝特征、挖掘其原位修復(fù)潛力,已成為環(huán)境微生物研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
近期,中科院廣州地球化學(xué)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(dǎo)分離技術(shù)(MMI)、DNA-SIP和單細(xì)胞拉曼分選(RACS)技術(shù)聯(lián)用,發(fā)展了MMI-SIP-RACS技術(shù)。他們以石油污染水體中的菲為研究對(duì)象,運(yùn)用MMI技術(shù)富集降解功能微生物細(xì)胞,借助SIP和RACS技術(shù)鎖定和分離目標(biāo)微生物細(xì)胞,進(jìn)而在單細(xì)胞水平上探索了這些細(xì)胞的遺傳特征及降解機(jī)制。該研究顯示,MMI-SIP-RACS顯著富集了菲降解菌,并實(shí)現(xiàn)了代表性功能微生物單細(xì)胞的有效分離。 SIP擴(kuò)增子測(cè)序、拉曼光譜中單細(xì)胞的13C移位及單細(xì)胞基因組測(cè)序等結(jié)果,綜合證實(shí)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(xì)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(gè)新型PAHs降解基因。
該研究所研發(fā)的MMI-SIP-RACS新方法,實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞水平上對(duì)PAHs降解微生物的原位富集、識(shí)別和分離,并將特定微生物細(xì)胞的功能與基因型直接聯(lián)系起來(lái),是有效分離真實(shí)環(huán)境中有機(jī)污染物降解微生物細(xì)胞的新工具。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃、廣州地化所“涂光熾優(yōu)秀青年學(xué)者”(A類(lèi))等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。相關(guān)成果以副封面文章發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域權(quán)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(xì)胞的原位識(shí)別和分離

圖3. PAHs降解功能微生物細(xì)胞菲代謝途徑的重建

新聞動(dòng)態(tài)