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新烟碱类杀虫剂（NEOs）尤其是噻虫嗪（THM）污染严重，威胁生态和人类健康。研究人员驯化厌氧细菌降解 THM，发现其 7 天内降解效率达 20.0 - 32.3%，明确了优势菌属、降解途径等。为 NEOs 废水生物处理提供理论依据。
在现代农业的大舞台上，新烟碱类杀虫剂（NEOs）凭借独特的作用机制、广谱的杀虫效果以及对非靶标生物和环境较小的影响，成为防治农业害虫的得力 “武器”。其中，噻虫嗪（THM，C8H10ClN5O3S）作为第二代 NEOs 的典型代表，更是凭借高效的杀虫能力，在叶面、土壤和种子处理等方面广泛应用。然而，随着时间的推移，人们逐渐发现，这把 “双刃剑” 在发挥积极作用的同时，也带来了一系列棘手的问题。
由于 NEOs 的过度且长期使用，它们如同潜伏的 “敌人”，悄悄在食物链和饮用水中 “安营扎寨”，不断积累。在中国，长江和珠江流域的水体中都检测到了这类化学物质的身影，这一现象敲响了环境污染的警钟。而 THM 因其高毒性和生物累积性，更是让人担忧。它不仅会在土壤中残留积聚，还会悄悄 “溜” 进水体，对水生生态系统的健康构成潜在威胁。对人类而言，高剂量摄入 THM 可能导致神经系统功能受损，引发癫痫发作、呼吸麻痹，还会造成代谢性酸中毒和急性肾损伤等严重后果。
面对这些严峻的问题，寻找有效的修复策略迫在眉睫。在众多修复方法中，生物方法因其成本效益高且无二次污染的优势，脱颖而出，成为研究的热点，而细菌降解更是其中的焦点。此前，虽然已经有一些研究聚焦于细菌对 THM 的降解，也分离鉴定出了不少降解菌株，但大多数研究集中在有氧降解方面，对于厌氧条件下的研究相对较少。而且，厌氧降解过程中细菌的特性、降解途径和机制依旧迷雾重重。
为了拨开这些迷雾，来自多个研究机构（文中未明确第一作者单位）的研究人员携手开展了一项深入的研究。他们通过有针对性的富集策略，构建了能够降解 THM 的功能性微生物群落，并借助多组学方法，深入探究其代谢特征、污染物去除动力学以及分子调控网络。这项研究成果发表在《Environmental Research》上，为解决 THM 污染问题带来了新的曙光。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用高通量测序分析细菌群落结构，从宏观角度了解微生物的组成情况；借助宏转录组分析筛选与 THM 降解相关的功能基因，探索微生物降解的遗传基础；采用密度泛函理论（DFT）计算和液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）技术，鉴定 THM 的潜在降解途径和中间产物，从分子层面解析降解过程；同时，检测降解过程中 P450 酶、脲酶和过氧化氢酶（CAT）的活性变化，深入了解微生物的生物学特性。
下面我们来详细看看研究结果。在细菌特性与 THM 降解性能测试方面，研究人员对细菌的生长情况进行了细致监测。结果发现，细菌的生长呈现出明显的四个阶段。在适应新环境 8 - 12 小时后，细菌进入稳定的对数生长期，此时其OD600达到 0.24，这标志着细菌成功适应环境，为后续的降解工作奠定了基础。
通过细菌群落分析，研究人员确定了在属水平上的优势菌属，包括埃希氏菌 - 志贺氏菌属（Escherichia - Shigella）、不动杆菌属（Acinetobacter）、代尔夫特菌属（Delftia）、肠杆菌属（Enterobacter）和假单胞菌属（Pseudomonas） 。这些优势菌属在 THM 的降解过程中可能发挥着关键作用。
在研究 THM 降解过程中酶活性的变化时，研究人员有了新的发现。随着 THM 的降解，细菌脲酶活性下降，而过氧化氢酶（CAT）活性上升，β - 半乳糖苷酶活性则保持稳定。这一系列酶活性的变化，反映了细菌在应对 THM 污染时的生理调整，也暗示了它们在降解过程中的协同作用。
功能基因分析是研究的重要一环。通过宏转录组分析，研究人员发现与柠檬酸循环（TCA）、氧化磷酸化、蛋白质转运、氮代谢以及细菌分泌系统相关的基因显著上调。这些基因的变化表明，在 THM 降解过程中，细菌的多种代谢途径被激活，它们相互协作，共同完成对 THM 的降解任务。
最为关键的是，研究人员借助 DFT 计算和 LC - MS/MS 分析，成功鉴定出 THM 的三条潜在降解途径，并识别出九种特征性中间产物。这一成果为深入理解 THM 的降解机制提供了直接证据，让我们看到了 THM 在细菌作用下逐步转化的 “轨迹”。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：成功驯化了能够降解 THM 的厌氧细菌，并且发现 THM 的降解效率受到浓度、温度和 pH 等条件的影响。通过理论计算和实验分析相结合的方式，明确了 THM 的降解途径和中间产物。此外，研究还发现 THM 的存在改变了细菌群落的结构和相对丰度，影响了相关功能基因的表达和酶的活性。
这项研究具有重要的意义。它首次全面地探究了厌氧细菌对 THM 的降解性能和机制，为新烟碱类农药废水的生物处理和生态修复提供了坚实的理论基础。研究成果有助于推动相关技术的发展，为解决环境污染问题提供了新的思路和方法，有望在未来的环境保护工作中发挥重要作用。同时，也为后续进一步研究厌氧细菌在其他环境污染物降解中的应用提供了参考，开启了微生物修复环境污染的新征程。
