新型Alkalibacterium菌株AEPI-S25同步高效去除17β-雌二醇与四环素的机制创新及在畜禽废水处理中的应用

为解决畜禽废水中17β-雌二醇(E2)和四环素(TC)复合污染难题，中国农业科学院等机构研究人员从青海湖沉积物中分离出新型Alkalibacterium sp. AEPI-S25菌株。该菌株在5天内可同步去除89.91%的E2和近100%的TC(20 mg L-1)，并通过全基因组测序和异源表达鉴定出关键降解基因S25_gene0393(17β-HSD)和新型四环素单加氧酶基因S25_gene0878。研究首次报道单一菌株同步降解E2与TC的机制，为畜禽废水典型复合污染治理提供创新解决方案。

　　

论文解读
青海湖作为中国最大的咸水湖，其周边畜牧业扩张导致沉积物中雌激素和抗生素污染日益严重。17β-雌二醇(E2)作为典型环境内分泌干扰物，在纳克级浓度即可对水生生物产生危害；而四环素(TC)作为兽医常用抗生素，不仅诱导耐药基因传播，还能干扰类固醇代谢。两者在畜禽废水中普遍共存，但现有研究多聚焦单一污染物处理，且TC的抗菌特性会抑制E2降解菌活性。更棘手的是，高盐、重金属等复杂水质条件进一步限制微生物修复技术的应用。

针对这一难题，中国农业科学院农业环境保护研究所联合青海民族大学等机构的研究团队，从青海湖碱性沉积物中成功分离出新型菌株Alkalibacterium sp. AEPI-S25。该菌株展现出惊人的环境适应力：在80 g L^-1高盐、1 mg L^-1 Cd²⁺等胁迫条件下，仍能5天内同步去除89.91%的E2和近100%的TC(20 mg L^-1)。研究通过超高效液相色谱-轨道阱高分辨质谱(UPLC-Orbitrap-HRMS)解析降解途径，结合全基因组测序和基因异源表达，首次揭示单一菌株同步降解E2与TC的分子机制，论文发表于《Applied Microbiology and Biotechnology》。

关键技术方法
研究采用梯度浓度富集法从青海湖沉积物筛选菌株，通过UPLC定量污染物残留，利用HRMS鉴定中间产物。全基因组测序结合RT-qPCR分析基因表达，最后通过pET-28a载体在E. coli BL21(DE3)中异源表达验证功能基因。

研究结果
1. 菌株分离与降解特性
AEPI-S25在3天内可单独去除94.77% E2或100% TC，同步处理时E2降解速率常数(k_d)从2.201降至0.614 d^-1，而TC降解不受影响。在pH 9-10和高盐(80 g L^-1)条件下保持高效降解，但在10 mg L^-1 Cd²⁺下效率锐减50%。

2. 降解途径解析
HRMS检测到E2通过脱氢生成雌酮(E1)，再羟基化为4-羟基雌酮；TC则经单加氧作用生成m/z=461的羟基化产物(TP461)，该途径与经典TetX基因介导的降解不同。

3. 基因组与功能基因
菌株基因组含25个重金属抗性基因和14个潜在降解基因。RT-qPCR显示S25_gene0393(17β-HSD)和S25_gene0878(单加氧酶)分别被E2和TC特异性诱导。异源表达证实前者1小时内转化80% E2至E1，后者使TC去除效率提升3.4倍。

4. 实际废水处理
在青海省牛场高盐废水(11.73 g L^-1 NaCl)中，5天内E2和TC去除率分别达51.92%和42.31%，显著高于未接种对照组(<3%)。

结论与意义
该研究首次报道了单一菌株通过双通路同步降解E2与TC：E2经17β-HSD催化脱氢，TC由新型FAD依赖单加氧酶氧化。特别值得注意的是，S25_gene0878与已知TetX基因相似度仅28.6%，拓展了抗生素降解的分子机制认知。尽管E1残留仍具雌激素活性（∑EEQm从19.54降至4.08 mg L^-1），但TC的抗菌活性显著降低（抑菌圈从22.6 mm缩至10.4 mm）。研究成果为高盐畜禽废水处理提供了兼具环境适应力和高效降解能力的菌种资源，其基因组注释数据（GenBank PRJNA1109601）更为后续基因工程改造奠定基础。

未来研究需关注完整代谢途径的解析，特别是E1的进一步矿化策略，以及通过固定化技术提升菌株在实际废水中的竞争力。这项由中国团队主导的创新工作，为应对全球畜禽养殖业面临的复合污染治理挑战提供了中国方案。