林煒鐵教授課題組在Chemical Engineering Journal雜志發(fā)表論文：從微生物生態(tài)學(xué)角度闡述菌群對硫氰酸鹽降解的優(yōu)勢
近日，我院林煒鐵教授和羅劍飛副教授課題組在Chemical Engineering Journal（IF: 8.355）雜志發(fā)表了一篇題為“Development and characterization of an aerobic bacterial consortium for autotrophic biodegradation of thiocyanate”的論文，通過富集培養(yǎng)得到了高效降解硫氰酸鹽的自養(yǎng)微生物菌群，并基于微生物生態(tài)學(xué)機(jī)理闡述了菌群在降解過程中的優(yōu)勢。碩士生王昕儀和博士生劉亮霆為本文的共同第一作者。（論文連接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720314534）
硫氰酸鹽（SCN-）廣泛應(yīng)用于礦石開采、煤焦化等處理過程中，對環(huán)境排放了大量有害廢水。SCN-的生物降解依賴于表達(dá)降解酶（thiocyanate hydrolase/thiocyanate dehydrogenase）的化能自養(yǎng)硫氧化菌或異養(yǎng)細(xì)菌。與單一細(xì)菌相比，活性污泥或微生物菌群在SCN-的處理中表現(xiàn)出更高的降解能力；從微生物生態(tài)學(xué)角度，菌群中不同微生物間可能存在相互作用，從而促進(jìn)了SCN-的降解。
從經(jīng)濟(jì)角度考慮，該研究通過富集培養(yǎng)得到了化能自養(yǎng)微生物菌群，在無機(jī)條件下即可實(shí)現(xiàn)高效的SCN-降解，連續(xù)生物膜反應(yīng)器中最高降解速率達(dá)到1.4 mmol L-1?h-1，是目前報(bào)道的最高水平?；诰旱暮昊蚪M，通過binning得到了10個(gè)細(xì)菌的基因組。這些細(xì)菌均含有不同種類的硫氧化途徑相關(guān)酶基因，只有Thiobacillus含有SCN-降解酶基因，但由于其sox酶系不完整，不能將SCN-降解生成的H2S進(jìn)一步氧化為SO42-，須依賴其它具有完整sox酶系的細(xì)菌（如Hydrogenophaga）才能最終完成SCN-的降解。
自養(yǎng)微生物菌群中，Thiobacillus是降解過程的發(fā)起者，為化能自養(yǎng)硫氧化細(xì)菌提供能源物質(zhì)（H2S），而硫氧化細(xì)菌的代謝為菌群中其它異養(yǎng)細(xì)菌的生長提供有機(jī)物；其中，異養(yǎng)細(xì)菌Hydrogenophaga和Pelomonas利用完整的sox酶系將H2S氧化為SO42-，從而解除H2S對SCN-降解的影響，實(shí)現(xiàn)高效的降解過程。在微生物生態(tài)學(xué)角度，化能自養(yǎng)SCN-降解菌與異養(yǎng)硫氧化菌之間形成了穩(wěn)固的cross-feeding相互關(guān)系，從而保證了菌群實(shí)現(xiàn)SCN-的高效降解。
本研究得到國家自然科學(xué)基金（41977034; 91951118）和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（2019ZD33）的資助。
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