新型脱卤球菌NIT-OBY菌株及其特异性还原脱卤酶对顺式-1,3-二氯丙烯的降解机制研究

本研究针对高毒农药1,3-二氯丙烯(1,3-D)的厌氧降解难题，首次分离出Dehalococcoides mccartyi strain NIT-OBY，发现其还原脱卤酶RdhA11(TceA)能特异性降解cis-1,3-D生成无毒丙烯，揭示了微生物对卤代烃的立体选择性降解机制，为土壤修复提供新策略。

　　

在全球农业生产中，1,3-二氯丙烯(1,3-D)作为五大常用土壤熏蒸剂之一，每年使用量超2500万磅，却被国际癌症研究机构列为2B类致癌物。这种化合物在环境中存在顺式(cis)和反式(trans)两种异构体，其环境归趋直接影响生态安全。虽然好氧降解途径已被阐明，但占土壤环境主体的厌氧条件下，1,3-D的转化机制仍是未解之谜。更棘手的是，已有研究表明不同微生物对异构体存在选择性降解现象，这种"底物偏好性"背后的分子机制亟待揭示。

针对这一科学难题，日本国立产业技术综合研究所等机构的研究人员从三氯乙烯(TCE)污染场地分离获得新型脱卤球菌NIT-OBY菌株。通过基因组学与蛋白质组学技术，发现该菌株携带27个还原脱卤酶(RdhA)基因，其中RdhA11与已知TceA同源性达97.6%。令人振奋的是，该菌展现出对cis-1,3-D的特异性降解能力，通过3-氯丙烯(3-CP)和cis-1-氯丙烯(cis-1-CP)中间体最终生成无毒丙烯，而trans-1,3-D则完全不被转化。这项突破性成果发表于《Journal of Hazardous Materials》，首次绘制出完整的地下环境中1,3-D厌氧降解路线图。

研究采用最大稀释培养法(MDC)获得纯培养菌株，通过气相色谱(GC-FID)和高效液相色谱(HPLC)监测降解产物。利用PacBio II测序完成基因组解析，结合非变性电泳和质谱(LC-MS/MS)鉴定活性蛋白。关键实验采用钛(III)-NTA还原体系维持严格厌氧条件，通过离子交换色谱纯化膜蛋白组分。

【3.1 脱卤球菌NIT-OBY菌株的分离】
研究人员从TCE污染场地富集培养物出发，经过5轮极限稀释，获得纯培养菌株NIT-OBY。该菌呈典型盘状形态，16S rRNA基因与已知Dehalococcoides菌株相似度>99%。电镜显示其直径约1.0 μm，能以TCE为电子受体生长至1.2×10⁸ cells/mL，生长得率为3.5×10⁷ cells/μmol Cl^-释放。

【3.2 基因组特征分析】
1.46 Mb基因组分析揭示27个rdhA基因的分布特征，其中RdhA11、RdhA12和RdhA21分别与功能已知的TceA、VcrA和PceA高度相似。值得注意的是，RdhA11与降解TCE的TceA同源，暗示其可能具备广谱脱卤能力。

【3.3 1,3-D的脱氯转化】
在8.3×10⁷ cells/mL菌悬液中，cis-1,3-D通过两条路径转化：主要路径为cis-1,3-D→3-CP→丙烯(占7%)，次要路径为cis-1,3-D→cis-1-CP→丙烯(占5%)。而trans-1,3-D仅通过水解生成3-氯烯丙醇(3-CAA)，且trans-1-CP无法进一步降解。

【3.6 关键脱卤酶鉴定】
膜蛋白组分的阴离子色谱分离显示，第18馏分具有最强脱卤活性。质谱分析鉴定RdhA11占总RdhA肽段的98%，其分子机制可能通过活性中心的特定位点实现cis构型识别。

这项研究首次阐明Dehalococcoides对cis-1,3-D的特异性降解机制，与Sulfurospirillum对trans-1,3-D的偏好性形成功能互补。尽管水解仍是1,3-D厌氧降解的主要途径(占比86%)，微生物脱氯贡献约14%，但这种异构体特异性降解为污染场地修复提供了精准生物工具。特别值得注意的是，cis-1-CP→丙烯的转化路径属首次发现，拓展了对还原脱卤酶催化潜力的认知。

从应用角度看，研究揭示了1,3-D在环境中的完整归趋：大气中通过自由基反应降解(半衰期7-52天)，好氧土壤中被Pseudomonas等菌完全矿化，而厌氧环境中则通过水解(主要)和微生物脱氯(次要)两条路径转化。这种认知对制定基于微生物群落调控的修复策略具有重要指导价值，特别是针对cis/trans异构体共存污染场地的精准修复。

该研究的突破性在于：一方面发现RdhA11对cis-1,3-D的特异性识别机制，为酶工程改造提供靶点；另一方面阐明3-CAA作为关键中间产物的环境行为，提示后续研究需聚焦其厌氧降解微生物的发掘。这些发现为发展针对卤代烃污染的生物强化技术奠定了理论基础，对保障农产品安全与生态环境健康具有重要意义。