深海冷泉微生物组在还原脱卤作用中的潜力挖掘：从培养组学到基因组学的多维解析

为解决海洋卤代有机物污染难题，浙江大学团队聚焦深海冷泉微生物组，通过优化培养条件（乳酸+0.05%酵母提取物）成功构建高效脱溴菌群，72小时完全降解50 μM 2,4,6-三溴苯酚（TBP）。研究首次鉴定出Peptococcaceae家族新菌Bin3携带多重rdhA基因，揭示其通过菌毛形成和代谢通路扩张适应极端环境，为深海生物修复提供新策略。

　　

深海环境中，卤代有机化合物（HOCs）如2,4,6-三溴苯酚（TBP）因持久性和生物累积性成为重大环境威胁。尽管微生物驱动的还原脱卤（由还原脱卤酶RdhA介导）是主要降解途径，但现有研究90%集中于陆地生态系统，海洋微生物资源开发严重不足。更棘手的是，冷泉沉积物中虽检测到大量rdhA基因簇，其功能验证却因微生物低生物量而停滞——这正是阻碍深海生物修复技术发展的关键瓶颈。

浙江大学团队在《Water Research》发表的研究突破了这一困局。研究人员从南海海马冷泉（1290米深）采集沉积物，通过微宇宙培养系统结合梯度营养调控（乳酸、酵母提取物等），首次构建出72小时完全降解50 μM TBP的高效菌群。宏基因组分析锁定Peptococcaceae家族新成员Bin3为核心脱卤菌，其携带多重rdhA基因且相对丰度从<1%飙升至32%。比较基因组更揭示Bin3通过扩张菌毛形成、细胞运动和营养获取相关基因家族，进化出独特的深海适应策略。

关键技术包括：冷泉沉积物微宇宙培养（含不同NaCl和TBP浓度梯度）、宏基因组组装基因组（MAGs）分析、共现网络构建、标准化随机性比率（NST）分析以及比较基因组学。

【研究结果】

1. 营养变异对还原脱溴活性的影响
   乳酸+酵母提取物（LY组）表现最优，7天完全脱溴为苯酚，而乳酸单独（LA组）需21天且主要积累4-溴苯酚（4-BP）。β多样性分析显示营养显著改变群落结构（p<0.05），但α多样性保持稳定。

2. 培养过程中的营养选择优化
   发现0.05%酵母提取物可定向富集脱卤菌群，使Bin3相对丰度提升30倍。降解动力学显示LY组的半衰期（t_1/2）较对照组缩短83%。

3. Bin3的基因组适应性特征
   比较基因组揭示Bin3特有基因家族扩张涉及Ⅳ型菌毛（增强底物吸附）、ABC转运体（营养获取）以及硫代硫酸盐/亚硫酸盐代谢通路，解释其在硫化物丰富的冷泉环境中的竞争优势。

【结论与意义】
该研究首次证实冷泉微生物可高效降解高浓度TBP（达200 μM），填补了海洋脱卤微生物功能验证的空白。Bin3的发现为设计"菌群-底物"匹配的生物强化策略提供模板，其适应机制（如菌毛介导的底物捕获）为极端环境微生物进化研究开辟新视角。更深远的是，研究提出的"营养驱动-靶向富集"培养范式，可推广至其他难培养海洋功能菌的开发，对发展深海原位修复技术具有里程碑意义。