混合有机酸修饰ZIF-8@枯草芽孢杆菌ZL09-26增强多环芳烃降解效能的机制研究

本研究针对多环芳烃(PAHs)污染治理中微生物活性受限的难题，创新性地采用混合有机酸(MA)修饰沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)，构建了具有仿生矿化壳层的枯草芽孢杆菌(B. subtilis)ZL09-26复合体系。该修饰使菲(PHE)降解效率提升1.98倍，经5次循环仍保持90%活性，并通过蛋白质组学揭示了碳代谢、氧化磷酸化等关键通路协同调控机制，为环境污染物生物修复提供了新策略。

　　

多环芳烃(PAHs)作为具有心脏毒性、致癌性和致突变性的顽固污染物，在沿海工业城市大气中浓度高达1344.4-12300 ng/m³，土壤中达1.77×10⁶ ng/g，传统物化修复技术难以应对其化学惰性。虽然微生物修复具有成本低、二次污染少等优势，但菌株在PAHs毒性作用下往往活力骤降。江苏海洋资源开发技术创新中心等机构的研究人员突破性采用混合有机酸(MA)修饰沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)，构建了具有仿生矿化保护壳的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ZL09-26复合体，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用仿生矿化技术构建ZIF-8-MA@菌体复合物，通过扫描电镜、X射线衍射等技术表征材料特性，结合蛋白质组学分析代谢通路变化，并系统评估了菲(PHE)降解效能和菌体保护效果。

【合成与结构表征】MA修饰使ZIF-8壳层孔隙率和均质性显著提升，锌离子配位环境改变促进微生物-材料界面相互作用。电镜显示MA组形成更规整的十二面体结构，元素分布证实锌、氮等组分均匀掺杂。

【降解性能评估】MA组PHE降解效率较对照组提升1.98倍，5次循环后仍保持89.7%初始活性。活细胞计数证实MA使菌体存活率提高2.3倍，证实壳层对PAHs毒性的屏障作用。

【机制解析】蛋白质组学揭示MA激活了7条核心通路：中心碳代谢提供降解能量；直接PHE降解途径关键酶表达上调；氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)增强ATP合成；氨基酸酰-tRNA生物合成支持应激蛋白翻译；脂肪酸生物合成维持膜完整性；ABC转运体促进底物摄取；缬氨酸、亮氨酸等支链氨基酸生物合成增强菌体抗逆性。

该研究开创性地将混合有机酸修饰策略应用于微生物-材料复合体系构建，突破传统ZIF-8壳层功能受限的瓶颈。MA通过双重作用机制实现增效：物理层面优化材料孔隙结构促进传质，生物学层面重构代谢网络增强降解能力。研究成果为持久性有机污染物的绿色治理提供了可循环利用的生物修复剂设计范式，对实现"双碳"目标下的环境治理具有重要实践价值。