科研动态

广州地化所在单细胞水平下研究不可培养功能微生物方面取得技术进展

  •   传统的DNA-稳定同位素探针(DNA-SIP)技术,可识别真实环境中发挥降解作用的功能微生物。但是,DNA-SIP技术只能获得功能微生物的部分DNA信息,从群落水平上解析其物种组成,难以做到单一功能微生物的分离,无法对功能基因和代谢通路进行研究。这限制了这些具有降解功能的微生物在环境污染治理中的应用。在此背景下,如何锚定并精准分选功能微生物细胞,获取基因组信息,进而揭示其代谢特征、挖掘其原位修复潜力,已成为环境微生物研究的热点和难点。
      近期,中科院广州地球化学研究所李继兵副研究员、罗春玲研究员等,尝试将磁性纳米颗粒介导分离技术(MMI)、DNA-SIP和单细胞拉曼分选(RACS)技术联用,发展了MMI-SIP-RACS技术。他们以石油污染水体中的菲为研究对象,运用MMI技术富集降解功能微生物细胞,借助SIP和RACS技术锁定和分离目标微生物细胞,进而在单细胞水平上探索了这些细胞的遗传特征及降解机制。该研究显示,MMI-SIP-RACS显著富集了菲降解菌,并实现了代表性功能微生物单细胞的有效分离。 SIP扩增子测序、拉曼光谱中单细胞的13C移位及单细胞基因组测序等结果,综合证实新鞘脂菌(Novosphingobium sp.)是参与污水中原位降解菲的功能微生物。该研究并成功重建了Novosphingobium微生物细胞的菲代谢途径,解析了菲双加氧酶(Phn)、萘双加氧酶(Nah)基因等多个新型PAHs降解基因。
      该研究所研发的MMI-SIP-RACS新方法,实现了单细胞水平上对PAHs降解微生物的原位富集、识别和分离,并将特定微生物细胞的功能与基因型直接联系起来,是有效分离真实环境中有机污染物降解微生物细胞的新工具。
      该研究得到国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划、广州地化所“涂光炽优秀青年学者”(A类)等项目的联合资助。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, Dayi Zhang, Bei Li, Chunling Luo*, and Gan Zhang. Identifying the Active Phenanthrene Degraders and Characterizing Their Metabolic Activities at the Single-Cell Level by the Combination of Magnetic-Nanoparticle-Mediated Isolation, Stable- Isotope Probing, and Raman-Activated Cell Sorting (MMI SIP RACS), Environmental Science & Technology, 2022, 56 (4), 2289-2299。DOI:10.1021/acs.est.1c04952

    图 文章入选副封面

    图 菲降解微生物细胞的原位识别和分离

    图 PAHs降解功能微生物细胞菲代谢途径的重建

    责编 :李暄妍