合成生物学助力环境修复：构建高效降解多类有机污染物的工程菌VCOD-15

本研究针对高盐环境中复杂有机污染物（如BTEX、PAHs）难降解问题，通过合成生物学技术将5个降解基因簇（43 kbp）整合至速生型Vmax细菌（Vibrio natriegens），构建出工程菌VCOD-15。该菌在102.5 g/L高盐废水中12小时内完全降解污染物，48小时后残留量低于检测限2%，且能在微生物群落中稳定占比超40%，为工业废水治理提供了突破性解决方案。

　　

论文解读

背景与挑战
环境污染治理中，芳香族化合物（如苯系物BTEX）和多环芳烃（PAHs）因其化学稳定性成为“顽固分子”，自然降解需数百年。传统微生物修复依赖混合菌群，但效率低且易受盐度抑制。如何让单一菌株“以一敌多”成为合成生物学的攻坚目标。

研究突破
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所的Su Cong团队以“细菌界法拉利”Vibrio natriegens（Vmax）为底盘，其倍增时间<10分钟、耐盐性强且无致病性。通过MuGENT（多重基因组自然转化编辑技术）插入5个异源降解基因簇（总长43 kbp），创制出超级工程菌VCOD-15。

关键技术

1. 自然转化增强：插入V. cholerae的tfoX基因，使转化效率提升5-10倍；
2. 多基因簇整合：利用Vmax的天然转化能力实现大片段DNA（~43 kbp）稳定插入；
3. 高盐适应性验证：在102.5 g/L氯碱废水中测试降解效率，对比人工菌群（降解率22.6-100%）与单菌（VCOD-15效率全面领先）。

研究结果

1. 底盘优化：Vmax经改造后成为高效表达外源蛋白的“万能工厂”，Cre-loxP系统提升编辑灵活性；
2. 降解性能：VCOD-15对萘（naphthalene）降解率100%，苯酚（phenol）29.2%，且在高盐下活性无损；
3. 生态竞争：在活性污泥中48小时稳定占比>40%，污染物残留<2%检测限。

结论与意义
该研究首次实现单菌同步降解多类污染物（芳香烃/卤代烃），突破传统菌群协作效率瓶颈。VCOD-15的高盐耐受性（>100 g/L）为石油污染海域、化工废水等极端环境修复提供新工具。论文发表于《Advanced Biotechnology》，为合成生物学在环境领域的应用树立标杆。

（注：所有数据与术语均依据原文，如Vmax代指Vibrio natriegens，MuGENT为多重基因组编辑技术，BTEX为苯系物统称）