摘要
天然微生物群落通常组成复杂且代谢相互作用不明确，这对其应用构成了限制。对于基于传统实验的方法来说，阐明微生物群落内部这些复杂的相互作用具有挑战性。在此，我们开发了一种基于模拟的方法，通过代谢建模简化复杂微生物群落，从而设计合成群落（SynComs）。我们构建了基因组规模代谢模型（GSMMs），并根据简单实验获得的数据对其进行整理，确保这些模型能精确表征各菌株的代谢特征。通过利用包含各种菌株组合的多菌株代谢模型进行模拟，我们识别了能够提高降解菌株降解效率的辅助菌株，并预测了既能实现简化群落结构又能保持高污染物降解效率的最佳菌株组合。模拟还揭示了降解菌株和辅助菌株之间葡萄糖胺、氨基酸和有机酸的交叉喂养现象，这提升了 SynComs 的污染物降解效率。此外，辅助菌株迅速降解毒性中间产物，从而减轻其对降解菌株的抑制作用。这些预测进一步通过实验得到验证，证明了基于代谢模型模拟的准确性和可行性。我们的研究建立了一个在不牺牲降解效率的前提下设计简化 SynComs 的框架，并强调了微生物相互作用在生物降解中常被低估的作用。
图文摘要
开发了一种基于模拟的方法，通过代谢建模简化复杂微生物群落，从而设计合成微生物群落（SynComs）。该基于模拟的方法用于构建用于农药降解的简化 SynCom，并阐明简化 SynCom 成员之间复杂的代谢相互作用，从而为 SynCom 的构建提供理论和方法基础。
利益冲突
作者声明不存在利益冲突。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据已在 GenBank 公开可用，网址为 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/，参考编号为 SUB15680332、SUB15680937、SUB1568104 和 SUB15681330。
