微生物是地球上最为丰富且分布最为广泛的生命形式，在生态系统中对有机物的生物地球化学循环发挥着关键作用。微生物降解是有机污染物分解过程中至关重要的环节，其中，降解功能微生物可将污染物转化为无毒化合物，是有机污染物降解的执行者。因此，深入研究原位降解功能微生物的种类和代谢特性，并从复杂环境微生物群落中发掘具有“特定代谢功能”的活体菌株资源，以提升有机污染物去除效率，是业界长期追求的目标，亦是环境微生物研究的焦点和难点。
近期，中科院广州地球化学研究所李继兵副研究员、和罗春玲研究员等，将稳定同位素示踪（SIP）、单细胞拉曼分选（RACS）和反向基因组学（GDC：基因组指导微生物培养）技术联用，发展了RACS-SIP-GDC技术。以石油污染土壤中的甲苯为研究对象，从复杂的石油污染土壤微生物群落中鉴定、分离和培养活性甲苯降解菌。通过SIP成功识别出了活性甲苯降解菌 Pigmentiphaga；采用RACS，基于其光谱峰的偏移进一步分选出单个功能微生物细胞，并借助单细胞基因组测序，成功重建了石油污染土壤中活性甲苯降解菌的完整代谢途径，实现了单细胞水平上将功能微生物与其功能基因和代谢通路直接相关联；随后，基于功能微生物的代谢特性，通过添加抗生素、氨基酸、碳源和生长因子（如特定的维生素和矿物质元素）等对传统培养基进行修改，成功培养了RACS分选的活性降解菌 Pigmentiphaga sp。
本研究发展的RACS-SIP-GDC新方法，可从复杂环境群落中精准识别、定向分离和培养功能微生物，为真实环境中特定有机污染物降解微生物的培养提供了技术支持。同时，该技术实现了在单细胞水平上准确识别降解目标有机污染物的功能微生物，并将降解功能微生物与功能基因和代谢通路直接关联，为研究有机污染物生物降解机制提供了新思路。
该研究得到国家自然科学基金（32061133003&42277210）、广东省重点领域研发计划（2020B1111530003）、广东省杰出青年基金（2023B1515020038）以及中国科学院青年创新促进会会员等项目（2023368）的联合资助。相关成果以副封面文章发表在环境科学领域权威期刊《Environmental Science & Technology》。
论文信息：Jibing Li（李继兵）, Dayi Zhang（张大奕）, Chunling Luo*（罗春玲）, Bei Li（李备） and Gan Zhang（张干）. In Situ Discrimination and Cultivation of Active Degraders in Soils by Genome-Directed Cultivation Assisted by SIP-Raman-Activated Cell Sorting, Environmental Science & Technology, 57(44), 17087-17098.DOI：10.1021/acs.est.3c04247
图1.文章入选副封面
图2. RACS-SIP-GDC 技术的方案示意图。
图3. 甲苯降解微生物细胞的原位识别和分选
图4.降解功能微生物细胞甲苯代谢途径的重建
图5.降解功能微生物细胞的培养及其系统发育
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