研究进展----中国科学院污染生态与环境工程重点实验室

重点实验室在有机卤呼吸细菌新物种发现、鉴定与命名领域取得进展

发布时间：2023-05-16 | 【大中小】

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脱卤单胞菌属（Dehalogenimonas）属于绿弯菌门（Chloroflexota）下的脱卤球菌纲（Dehalococcoidia），其成员均为严格厌氧的专性有机卤呼吸细菌，通过还原脱卤酶介导的还原性脱卤反应产生能量。此前正式命名的脱卤单胞菌物种只能以氯代烷烃类有机氯作为电子受体，通过二卤消除反应进行有机卤呼吸。目前获得的脱卤单胞菌纯培养物不多，发现与分离新型脱卤单胞菌菌株对于拓展该属的生物多样性具有重要意义，也有助于了解其生态功能和在污染治理领域的应用潜力。
重点实验室“污染环境微生物生态”研究团队前期与美国田纳西大学合作，在葡萄渣堆肥样品中发现并富集了一株可以利用包括一氯乙烯在内的多种氯代烯烃进行生长的新型脱卤单胞菌，通过宏基因组、宏蛋白质组学技术鉴定出其一氯乙烯还原性脱卤酶基因，并将该菌株命名为‘Candidatus Dehalogenimonas etheniformans’ GP 菌株。之前的研究中仅发现脱卤拟球菌属的部分菌株能够以呼吸代谢的形式脱氯降解一氯乙烯这一人类致癌物，GP菌株的发现拓展了修复有机氯污染环境的微生物资源。

图1 基于16S rRNA基因序列及全基因组序列的GP菌株的系统发育树分析

研究团队在严格厌氧的培养条件下成功分离出GP菌株，并对其进行了包括全基因组测序、比较基因组学分析、表型与理化性质分析等多重方法的分类鉴定工作，以全面了解GP菌株的进化地位、生理生化特性及环境修复潜力。与其它已知的有机卤呼吸细菌相比，GP菌株的基因组上编码了最多的还原性脱卤酶同源基因，基于16S rRNA基因的系统发育分析和全基因组的序列对比结果支持GP菌株代表了脱卤单胞菌属的一个新物种。

表1 GP菌株基因组基本特征与脱卤单胞菌属、脱卤拟球菌属模式菌株的比较

　　理化鉴定实验表明GP菌株在表型特征、磷脂脂肪酸成分及最适生长条件等方面与已报道的脱卤单胞菌属菌株具有一定相似性，但在电子受体利用方面具有明显区别，GP菌株通过氢解反应以单脱氯形式将包括一氯乙烯在内的多种氯代乙烯和1,2-二氯乙烷完全脱氯为无毒的乙烯。通过与美国田纳西大学Loffler教授团队的合作，我们将GP菌株归类至脱卤单胞菌属的一个新物种，并将其正式命名为Dehalogenimonas etheniformans。

图2 GP菌株的差像显微镜照片、扫描电镜照片、Cryo-ET高分辨成像

　　本研究在生理及进化特征上进一步完善了对脱卤单胞菌属成员的认识，为卤代烃污染场地中的生物修复提供了理论支持和菌株资源。GP菌株已被中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）和日本理化研究所生物资源中心（JCM）保藏。在此特别鸣谢重点实验室“微生物资源与生态”团队为本研究中磷脂脂肪酸提取与分析工作提供的支持。相关科研发表成果如下。

　　1. Yang Y, Higgins SA, Yan J, Simsir B, Chourey K, Iyer R, Hettich RL, Baldwin B, Ogles DM, Loffler FE. 2017. Grape pomace compost harbors organohalide-respiring Dehalogenimonas species with novel reductive dehalogenase genes. Isme J,11: 2767-2780.https://doi.org/10.1038/ismej.2017.127.

　　2. 杨毅, 张耀之, 李秀颖, 曾祥峰, 宋玉芳, 严俊. 2019. 脱卤球菌纲(Dehalococcodia Class)在有机卤化物生物地球化学循环中的作用. 环境科学学报, 39: 3207-3214.

　　3. Yang Y, Sanford R, Yan J, Chen G, Capiro NL, Li X, Loffler FE. 2020a. Roles of organohalide-respiring Dehalococcoidia in carbon cycling. Msystems, 5: e00757-19. https://doi.org/10.1128/mSystems.00757-19.

　　4. Yang Y, Zhang Y, Capiro NL, Yan J. 2020c. Genomic characteristics distinguish geographically distributed Dehalococcoidia. Front Microbiol, 11: 546063. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.546063.

　　5. Yang Y, Yan J, Li X, Lv Y, Cui Y, Kara-Murdoch F, Chen G, Loffler FE. 2020b. Genome sequence of "Candidatus Dehalogenimonas etheniformans" strain GP, a vinyl chloride-respiring anaerobe. Microbiol Resour Announc, 9: e01212-20. https://doi.org/10.1128/mra.01212-20.

　　6. 吕燕, 李秀颖, 王晶晶, 金慧娟, 崔逸儒, 杨毅, 严俊. 2021. 一株脱卤单胞菌属有机卤呼吸细菌的分离纯化与基础特征. 微生物学报, 6: 1016-1029.

　　7. 崔逸儒, 杨毅, 严俊, 李秀颖. 2021. 脱卤单胞菌属在厌氧降解有机氯化物及污染场地修复应用中的研究进展. 生物工程学报, 37: 3565-3577.

　　8.Chen G, Murdoch FK, Xie Y, Murdoch RW, Cui Y, Yang Y, Yan J, Key TA, Loffler FE. 2022. Dehalogenation of chlorinated ethenes to ethene by a novel isolate, "Candidatus Dehalogenimonas etheniformans". Appl Environ Microbiol, 88: e00443-22. https://doi.org/10.1128/aem.00443-22.

　　9. Cui Y, Li X, Yan J, Lv Y, Jin H, Wang J, Chen G, Kara-Murdoch F, Yang Y, Loffler FE. 2023. Dehalogenimonas etheniformans sp. nov., a formate-oxidizing, organohalide-respiring bacterium isolated from grape pomace. Int J Syst Evol Microbiol, 73. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.005881.

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