华南农业大学副校长团队、入选国家级人才项目、在Nature Communications再获重要进展,提出合成菌群构建新范式
第一作者：阮哲璞、谭家霖
通讯作者：仇荣亮
通讯单位：华南农业大学
成果简介
近日，华南农业大学资源环境学院仇荣亮教授团队在国际顶级期刊 Nature Communications 发表题为“Potentiators empower synthetic microbiomes as silent guardians against co-contamination”的研究论文。该研究创新性提出“降解菌–辅助菌–增效菌协同体系（DHP-Com）”的合成菌群构建新范式，系统揭示了代谢互作在驱动合成微生物组应对复合有机污染中的关键作用。研究依托自主研发的基因组尺度代谢模型工具 SuperCC，首次在模型预测与实验验证层面实现了对复杂污染物–菌群互作网络的解析，为多功能、高稳定性合成微生物组的理性设计与环境修复应用提供了新的理论框架和技术路径。
引言
复合有机污染广泛存在于农田土壤、工业遗留场地及水体环境中，污染物类型多样、相互作用复杂，给传统单菌或单一技术主导的生物修复策略带来巨大挑战。尽管微生物群落具备功能互补、代谢协同和系统稳健性等优势，但在复杂污染情景下，如何理性构建高效、稳定且可预测的合成微生物组，仍是制约其工程化应用的核心科学问题。既有研究多依赖经验组合或功能简单叠加，缺乏对菌株互作机制和群落整体代谢行为的系统认知，导致修复效果不稳定、可重复性不足。在此背景下，迫切需要一种能够从代谢互作机制出发，指导合成菌群理性设计的新方法，以实现对复杂污染环境的高效、稳健修复。
研究内容
本研究围绕复合污染条件下合成微生物组的构建与功能实现，依托自主研发的基因组尺度代谢模型（GSMM）工具 SuperCC，系统模拟并分析了由六株关键功能菌组成的合成菌群在单一污染物与多污染物条件下的代谢行为。通过整合代谢建模预测与多组学数据，研究解析了菌株间的核心代谢互作网络及群落适应策略。
复合抗生素污染下的实验设计与微生物菌群响应
研究发现，具备广谱资源利用能力的菌株可通过特异性代谢物分泌，显著增强群落内部的协同效应；而生态位稳定的本土关键菌株，则在维持群落功能稳定性和抗扰动能力方面发挥不可替代的支撑作用。基于上述机制认知，研究提出“降解菌–辅助菌–增效菌”协同构建的合成菌群新范式（DHP-Com），其中增效菌并非直接参与污染物降解，而是通过调控群落代谢网络与生态稳定性，显著放大整体修复效能。
合成微生物组的多环境条件模拟与互养作用分析
实验结果表明，按照该范式构建的合成微生物组，在多类型复合有机污染场景下均表现出显著优于随机组装菌群的修复效率和系统稳定性，验证了模型驱动理性设计策略的有效性。
小结
本研究提出并验证了一种面向复合有机污染修复的合成微生物组理性构建新范式，突破了传统经验式组合在可预测性和稳定性方面的局限。通过将基因组尺度代谢模型与实验验证深度融合，研究不仅阐明了合成菌群中关键代谢互作的作用机制，也为多功能、高效、可控的合成微生物组设计提供了可复制、可推广的技术路径。相关成果为复杂环境污染治理及合成微生物技术的工程化应用奠定了重要科学基础。
