基于交叉喂养的需氧-兼性厌氧合成菌群协同强化BDE-47生物转化机制研究

【编辑推荐】针对持久性有机污染物BDE-47降解效率低、路径不完整的问题，研究人员构建了由Stenotrophomonas sp. WZN-1和Enterobacter sp. XM组成的合成菌群(SynCom)，通过交叉喂养(cross-feeding)实现羟基化产物与醚键裂解的代谢互补，使降解效率提升且更环境友好。该研究为复杂环境中PBDEs的联合生物修复提供了新策略。

　　

多溴联苯醚(PBDEs)作为广泛使用的溴化阻燃剂，已成为全球性环境污染物。其中2,2',4,4'-四溴联苯醚(BDE-47)因具有发育毒性、神经毒性和内分泌干扰效应备受关注。现有微生物修复技术面临两大瓶颈：单一菌株对高溴代PBDEs降解能力有限，且严格需氧/厌氧条件难以匹配自然环境中的氧浓度波动。传统分段式处理（先厌氧脱溴再需氧开环）效率低下，而兼性厌氧菌的代谢灵活性为破解这一困境提供了新思路。

中国的研究团队在《Environmental Research》发表的研究中，首次构建了由需氧菌Stenotrophomonas sp. WZN-1和兼性厌氧菌Enterobacter sp. XM组成的合成菌群。通过整合流式细胞术(FCM)、超高效液相色谱-串联质谱(UPLC/GC-MS/MS)和基因组分析技术，揭示了菌群通过代谢互作提升BDE-47降解效率的分子机制。

研究结果

Co-culturing Stenotrophomonas sp. strain WZN-1 and Enterobacter sp. strain XM promoted mutual growth and BDE-47 biodegradation
实验显示：单独培养时，需氧菌WZN-1通过羟基化作用转化BDE-47，而兼性厌氧菌XM仅能降解低溴代产物。共培养体系降解效率较单菌提升42%，且出现单菌体系未检测到的单环化合物。透射电镜证实两菌形成紧密的物理互作。

Metabolic cross-feeding drives the SynCom's degradation efficiency
代谢组学分析发现：WZN-1产生的羟基化中间体被XM用于醚键裂解，生成2-溴苯酚等产物；XM分泌的琥珀酸等TCA循环中间体反哺WZN-1生长。这种双向物质交换构成正向循环。

Genomic insights into functional gene complementarity
基因组比较显示：WZN-1富含细胞色素P450（负责羟基化）和双加氧酶基因，而XM具有独特的醚酶基因簇。关键差异基因dmpB（编码多酚氧化酶）和ethR（调控醚键水解）的表达在共培养时显著上调。

结论与意义
该研究突破传统分段降解模式，通过构建"需氧-兼性厌氧"协同体系模拟自然环境中的微生物互作。首次阐明交叉喂养在PBDEs降解中的核心作用：WZN-1的羟基化能力与XM的醚键裂解功能形成代谢接力，使BDE-47最终进入TCA循环。发现的dmpB-ethR基因模块为工程菌设计提供靶点，所开发的SynCom在模拟沉积物实验中保持85%降解活性，展现出实际应用潜力。这种基于微生物生态原理的修复策略，为处理其他顽固性卤代污染物提供了普适性方法框架。