環(huán)境修復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)工程高度依賴于原位功能菌的挖掘和應(yīng)用，但長期以來，業(yè)界普遍采用的“先養(yǎng)后篩”范式面臨著挑戰(zhàn)。由于缺乏有效的菌群原位功能快檢方法，因此通常難以快速識別和挖掘具有潛在功能的原位菌株。此外，即使能分離出功能菌，其在純培養(yǎng)條件下的代謝效能（如除磷效率）往往與其原位環(huán)境有巨大差異，經(jīng)常導(dǎo)致環(huán)境修復(fù)失敗。
針對上述挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所與青島科技大學(xué)、青島水務(wù)集團(tuán)環(huán)境能源有限公司等單位合作，提出了“原位代謝靶向的功能菌篩選、培養(yǎng)和強(qiáng)化”（IMSCA）策略，利用單細(xì)胞拉曼分選儀，從環(huán)境樣品中直接進(jìn)行單細(xì)胞精度的原位代謝功能測量和目標(biāo)原位功能菌分選。研究發(fā)現(xiàn)，單細(xì)胞拉曼光譜中的多聚磷酸鹽峰強(qiáng)度可作為單細(xì)胞水平的定量生物標(biāo)志物，用于評估菌株從胞外環(huán)境中去除可溶解態(tài)磷的效率，從而識別聚磷菌（PAO）。
在驗證IMSCA策略的有效性時，研究團(tuán)隊選擇了污水處理這一典型場景進(jìn)行測試。磷排放是水體富營養(yǎng)化的主要原因，而生物除磷系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能從胞外環(huán)境中去除可溶解態(tài)磷元素的PAOs。利用IMSCA策略，團(tuán)隊從活性污泥中“單細(xì)胞先篩后養(yǎng)”出多種原位高效PAOs，其中包括一種新型高效PAO——藤黃微球菌CI5-8。它具有不同于傳統(tǒng)PAOs的獨(dú)特聚磷機(jī)制，在好氧條件下聚磷，在厭氧條件下不釋放磷，其能量儲存依賴糖原而非聚羥基脂肪酸酯，且缺乏反硝化活性。為驗證該菌株的實際效能，研究團(tuán)隊在實驗室規(guī)模的序批式反應(yīng)器和小試規(guī)模的厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷反應(yīng)器中進(jìn)行了測試。結(jié)果顯示，該菌株在處理真實污水時表現(xiàn)出高效除磷能力。
IMSCA策略為工業(yè)菌株的原位代謝功能評估提供了新手段，有效解決了“純培養(yǎng)后功能-原位功能”脫節(jié)的難題。同時，通過無需外來物種引入的“原位菌原位用”方式，完成了環(huán)境修復(fù)項目的快速閉環(huán)。由于單細(xì)胞拉曼光譜蘊(yùn)含豐富多樣的原位代謝功能信息，因此該策略可廣泛服務(wù)于水體治理、土壤改良、生物制造、個人護(hù)理、精準(zhǔn)醫(yī)療等涉及微生態(tài)修復(fù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《水研究》（Water Research）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接
本文鏈接：研究開發(fā)出原位代謝靶向的功能菌篩選、培養(yǎng)和強(qiáng)化技術(shù)http://m.sq15.cn/show-12-1420-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會到餡餅，請大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請及時與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時間刪除處理。