综述：假单胞菌门对砷、铬、汞和锰的生物转化：机遇与风险

这篇综述系统阐述了假单胞菌门（Pseudomonadota）在重金属（As、Cr、Hg、Mn）生物转化中的作用机制与应用前景。作者详细分析了四类重金属的氧化还原转化途径（包括merA、aio/arx等关键基因），评估了各菌目（如Hyphomicrobiales）的解毒潜力，并指出非致病性根瘤菌在生物修复（bioremediation）中的特殊价值。综述特别关注了Cr(VI)还原、As(III)氧化等关键过程，同时警示了潜在病原菌的应用风险。

　　

引言

重金属污染已成为全球性环境问题，采矿、冶金等活动导致砷（As）、铬（Cr）、汞（Hg）和锰（Mn）在土壤和水体中持续积累。这些元素通过食物链富集，可引发神经系统损伤、器官衰竭甚至癌症。值得注意的是，微生物通过生物转化（biotransformation）改变重金属价态，成为环境修复的新策略。假单胞菌门作为最丰富的细菌类群之一，在重金属解毒中展现出独特优势。

铬的生物转化

六价铬Cr(VI)的毒性是三价铬Cr(III)的1000倍，假单胞菌通过两种途径实现解毒：1）膜结合酶（如ChrR）直接还原；2）代谢产物间接还原。例如，Ochrobactrum intermedium能在72小时内完全转化2.15 mM Cr(VI)，其醌还原酶和铬还原酶协同作用。铜、钴等金属可促进该过程，而镍、镉则抑制还原效率。值得注意的是，某些菌株如Pseudomonas putida还能将Cr(III)重新氧化为Cr(VI)，这种双向转化提示需谨慎选择菌种。

汞的挥发机制

汞的抗性由mer操纵子（merA、merB等基因）调控。假单胞菌属（如P. putida）通过汞还原酶将剧毒的Hg(II)转化为挥发态Hg(0)，效率可达83.67%/24小时。特别有趣的是，深海菌株Marinobacter santoriniensis还能在厌氧条件下通过aoxB基因催化砷氧化，展现多金属协同处理潜力。但需注意，挥发的单质汞可能被重新甲基化，因此需配合吸附剂捕获。

锰的氧化沉淀

锰的毒性随价态升高而降低，假单胞菌通过多铜氧化酶（MnxG）将可溶性Mn(II)转化为不溶性Mn(III/IV)。Acinetobacter sp.在144小时内去除96%锰，其中76.4%通过生物氧化，23.4%通过氧化物吸附。这些生物氧化物还能共沉淀砷、铬等其他重金属，形成"一石多鸟"的修复效果。

砷的价态调控

假单胞菌通过aio（需氧）和arx（厌氧）两套操纵子将高毒性的As(III)氧化为低毒性As(V)。Bosea sp. AS-1在24小时内完全转化2 mM砷，其aioXSR调控系统能快速响应环境变化。某些菌株如Ensifer adhaerens M8甚至可同步实现Cr(VI)还原和As(III)氧化，这种"双功能"特性极具应用价值。

风险与挑战

尽管假单胞菌门在生物修复中表现突出，但需警惕两类风险：1）病原性风险（如Acinetobacter baumannii引起肺炎）；2）基因水平转移（HGT）导致的生态风险。作者特别推荐非致病的Hyphomicrobiales（如Ochrobactrum tritici），其兼具重金属转化和植物促生特性，是理想的生物修复候选菌。

结论

假单胞菌门通过merA、aioB等关键基因实现重金属价态调控，其中根瘤菌目（Hyphomicrobiales）展现出最佳应用前景。未来研究应聚焦：1）多金属协同转化机制；2）基因工程菌的安全性评估；3）原位修复的工程化应用。正如作者强调："生物修复不是简单的菌种投放，而是对微生物-重金属-环境三者互作的精准调控。"