近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队联合中南大学冶金与环境学院徐锐副教授团队，共同揭示了硒污染沉积物中驱动厌氧硒(IV)还原的关键微生物及其代谢机制。相关研究发表在国际环境科学期刊Journal of Hazardous Materials上。

 硒（Se）在生物体中是重要的微量元素，对免疫系统活动、抗氧化防御和甲状腺激素平衡至关重要。然而，高浓度的硒暴露会导致细胞功能紊乱，出现如细胞氧化损伤、蛋白质调控异常和DNA修复受阻等问题。

 硒污染是造成高浓度的硒暴露的主要原因之一。研究发现，水生环境中存在多种有机和无机硒物种，其中硒酸盐和亚硒酸盐是常见的污染形式。而微生物对硒的还原起到重要作用，可以将有毒的（亚）硒酸盐还原为无毒的硒元素。相较于研究较多的硒酸盐还原，驱动亚硒酸盐（Se(IV)）还原的微生物机制尚不明确，目前难以通过传统培养方法获得亚硒酸盐还原细菌，而多组学技术结合DNA稳定同位素探针（DNA-SIP）则有望揭示亚硒酸盐还原细菌的多样性和代谢潜能。

 在本研究中，研究团队采用DNA-SIP和宏基因组、宏转录组技术，成功鉴定了硒污染沉积物中的亚硒酸盐还原细菌具有多样性和代谢潜能，认为假单胞菌（Pseudomonas）、地杆菌（Geobacter）、单胞菌（Comamonas）和厌氧粘细菌（Anaeromyxobacter）可能是重要的Se(IV)还原微生物。此外，团队针对活性Se(IV)还原培养物的转录水平分析出，与无Se(IV)组的对照培养条件相比，参与编码DMSO还原酶（serA/PHGDH）、富马酸还原酶（sdhCD/frdCD）和亚硫酸盐还原酶（cysDIH）的基因转录水平显著升高，表明这些基因在Se(IV)还原过程中发挥着重要作用。

该项研究扩展了研究人员对厌氧Se(IV)生物还原机制的了解，表明不同细菌可能采用多种途径驱动Se(IV)还原，从而在硒污染底泥的生物修复中起到至关重要的作用。此外，DNA-SIP与多组学联用分析技术在揭示缺氧沉积物中微生物驱动的生物地球化学过程方面也展现出了较好的互补性。

沉积物中驱动厌氧Se(IV)还原的功能微生物及其代谢机制示意图

论文信息：Rui Xu, Max Kolton, Wan Tao, Xiaoxu Sun, Pingzhou Su, Duanyi Huang, Miaomiao Zhang, Zhaohui Yang, Zhaohui Guo, Hanbing Gao, Qi Wang, Baoqin Li, Chengyu Chen, Weimin Sun(*), Anaerobic selenite-reducing bacteria and their metabolic potentials in Se-rich sediment revealed by the combination of DNA-stable isotope probing, metagenomic binning, and metatranscriptomics, Journal of Hazardous Materials, 2023, 457, 131834

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131834

（土壤生态修复团队 徐锐/供稿）