祝贺!合作客户华南农业大学仇荣亮教授团队Nature子刊发文:增强菌赋能合成菌群,成为应对复合有机污染的无声守护者

期刊：Nature communications

题目：Potentiators empower synthetic microbiomes as silent guardians against cocontamination

第一作者：阮哲璞、谭家霖; 通讯作者：仇荣亮

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67953-5

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，其污染物类型多样、相互作用复杂，往往伴随代谢抑制叠加和毒性中间体积累，使传统依赖单一菌株或单一技术路径的生物修复策略难以长期稳定奏效。相比之下，微生物群落在功能互补、代谢协同和系统稳定性方面展现出天然优势，被认为是应对复杂污染的重要方向。然而，在真实复杂环境中，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筛选或功能简单叠加，缺乏对菌株互作机制及群落整体代谢行为的系统认知，导致修复效果波动大、可重复性不足。迫切需要一种从代谢互作机制出发、能够指导合成菌群理性设计的新思路。

针对上述问题，华南农业大学资源环境学院仇荣亮教授团队依托自主研发的基因组尺度代谢模型（GSMM）工具 SuperCC，对合成微生物组在复合污染情景下的代谢行为开展系统研究。研究以六株关键功能菌为对象，构建菌株级代谢模型，并在统一环境约束条件下，模拟其在单一污染物与多污染物共存条件下的群落代谢通量分配。通过整合代谢建模预测与多组学数据分析，系统解析菌株间的核心代谢互作网络、资源分配模式及群落适应策略，从而在群落尺度上识别影响功能输出与稳定性的关键驱动因素。

研究发现，在复合有机污染条件下，仅由降解菌或随机组合构建的合成菌群，往往表现出功能不稳定、生物量下降等问题。相比之下，引入一类具备广谱资源利用能力的增强菌株，可显著增强群落整体表现。增强菌并不直接参与污染物降解，但能够通过分泌关键代谢前体、缓冲毒性中间体影响以及稳定群落代谢通量，显著放大菌群内部的协同效应。同时，生态位稳定的本土关键菌株在维持群落抗扰动能力和长期功能输出方面发挥了不可替代的支撑作用。

基于上述机制认知，研究提出了一种新的合成菌群构建范式——降解菌–辅助菌–增效菌协同体系（DHP-Com）。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，其修复效率和系统稳定性均显著优于随机组装菌群，验证了模型驱动理性设计策略的有效性。

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稳定性和可预测性方面的局限。通过将基因组尺度代谢模型与实验验证深度融合，研究系统揭示了代谢互作在驱动合成菌群功能与稳健性中的关键作用。相关成果不仅为复杂有机污染环境的高效治理提供了新的理论框架和技术路径，也为多功能、高稳定性合成微生物组的工程化设计与应用奠定了重要科学基础。

阮哲璞

第一作者：阮哲璞，华南农业大学副教授、硕士生导师，长期深耕土壤微生物组研究。兼任广东省农村专业技术协会高层次人才专家及Commun. Earth Environ/JHM等期刊审稿人。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等项目4项，申请国家发明专利9项（授权6项）；发表学术论文27篇(第一/通讯作者15篇)。代表作以第一作者发表于《Nature Communications》(2024)论文，1年余引用达133次，入选该刊年度地球与环境领域下载量Top25，获评高亮、热点及高被引论文，并入选“2025中国农业科学重大进展”。

谭家霖

第一作者：谭家霖，华南农业大学农业资源与环境专业博士研究生。主要研究方向为复合抗生素多重压力下微生物群落结构与互作机制解析，以及抗生素污染的微生物修复理论与技术研究。申请国家发明专利5项（授权３项）；以第一作者发表SCI论文3篇。

仇荣亮

通讯作者：仇荣亮，华南农业大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，国家万人计划科技创新领军人才，国务院政府特殊津贴获得者，科技部重点领域创新团队负责人，国家外专局/教育部学科创新引智基地负责人。主要从事土壤环境污染控制与生态修复（矿山、场地、农田）、水土环境重金属与有机污染化学与生物修复机理、废弃物资源化等方面的研究工作。先后主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金杰出青年基金、国家863计划重点项目等项目，发表科研论文400余篇，获授权专利60余项。

Fig.1 | 复合抗生素污染下的实验设计与微生物菌群响应

Fig.2 | 驯化菌群中优势微生物物种的计算建模

Fig.3 | 基于基因组规模代谢模型的关键物种分离与代谢特征解析

Fig.4 |基于代谢组学分析的关键代谢物鉴定

Fig.5 | 合成微生物组的多环境条件模拟与互养作用分析

Fig.6 | 复合污染条件下预测代谢物介导互作的实验验证

*转载请注明来自美吉生物官方微信公众号

美吉生物一站式组学无忧解决方案简介

美吉生物一站式组学无忧解决方案的成果显著