环境科学技术:提出一种在单细胞水平上研究未培养的功能微生物的新技术

传统的DNA-稳定同位素探针(DNA-SIP)技术可以识别真实环境中起降解作用的功能微生物，但只能获得功能微生物的一些DNA信息，并在群落水平上分析其物种组成。难以分离单一功能微生物，无法研究功能基因和代谢途径，限制了这些降解微生物在环境污染治理中的应用。在此背景下，锚定和分选功能微生物细胞，获取基因组信息，揭示其代谢特征，挖掘其原位修复潜力成为环境微生物学研究的热点和难点问题。

最近，中国科学院广州地球化学研究所李继兵副研究员和罗春玲研究员通过结合磁性纳米粒子介导分离(MMI)、DNA-SIP和单细胞拉曼分选(RACS)，开发了MMI-SIP-RACS技术。研究中，研究人员以石油污染水体中的菲为研究对象，利用MMI技术富集降解功能微生物细胞，利用SIP和RACS技术锁定分离目标微生物细胞，从而在单细胞水平上探索这些细胞的遗传特性和降解机理。结果表明，MMI-SIP-RACS显著富集了菲降解菌，并有效分离了代表性功能微生物的单细胞。扩增子测序、单细胞拉曼光谱13C位移和单细胞基因组测序的结果证实了新鞘氨醇菌属。是一种参与污水中菲原位降解的功能微生物。此外，还重建了新鞘氨醇菌中微生物细胞的菲代谢途径，分析了菲双加氧酶(Phn)和萘双加氧酶(Nah)等几个新的PAHs降解基因。

本研究提出的MMI-SIP-RACS新方法实现了在单细胞水平上对降解多环芳烃微生物的原位富集、鉴定和分离，可以将特定微生物细胞的功能与基因型直接联系起来，是一种在真实环境中有效分离降解有机污染物微生物细胞的新工具。

相关成果发表在《环境科学技术》上。国家支持，广东省重点领域研究发展计划，广州地球化学研究所屠光池杰出青年学者。