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华南农业大学:龚蓓妮团队从长期施用畜禽粪肥的农田土壤中分离得到一株具有TC去除能力的细菌TC931

  • 2026-10-24 01:10:01
华南农业大学:龚蓓妮团队从长期施用畜禽粪肥的农田土壤中分离得到一株具有TC去除能力的细菌TC931
01
摘要

Zewen Tan, Jiacheng Chen等人于“Bioresource Technology”发表了题为 “四环素胁迫下常州鞘氨醇杆菌TC931的生存、清除机制及其应用后的生态安全性”的研究论文。该研究从长期施用畜禽粪肥的农田土壤中分离得到一株具有TC去除能力的细菌TC931，并鉴定为常州纱线杆菌（Sphingobacterium changzhouense）。研究发现，TC931对TC的去除并非单一过程，而是由胞外聚合物（EPS）吸附、细胞表面吸附和生物降解共同完成。此外，菌株在培养第2天和第3天分别去除了57.88%和87.38%的TC，明显高于单纯水解作用。根据进一步分析显示，EPS和细胞表面的多糖、蛋白质和烃类官能团均参与了TC结合；研究还通过UPLC-QTOF-MSMS，鉴定出了8种可能的生物转化产物，并提出了潜在降解途径。全基因组分析显示，TC931携带adeF、aadS和tetX等抗性相关基因，且含有不完整的抗生素抗性基因岛，因此其作为环境修复菌使用时仍需开展长期生态安全监测。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125067

02
结果与讨论
菌株TC931的鉴定与TC去除能力

系统发育结果表明，TC931属于常州纱线杆菌。动力学结果显示，TC在无菌体系中确实会发生一定水解，但水解贡献有限：初始pH 7和pH 9条件下，2天内水解效率分别约为14.92% 和15.14%。接种TC931后，TC去除速率显著提高，一级动力学拟合效果良好，说明菌株活动对 TC 消减具有明确促进作用。培养过程中，溶液 pH 由 7 左右升至约 8.6-9.0，并与菌体生长趋势一致，推测与蛋白胨代谢产生碱性物质有关。详见图1。

图1　TC931的系统发育关系及TC去除动力学

TC 去除机制：吸附与降解共同作用

机制分析显示，TC931 对 TC 的去除存在明显阶段性。培养初期，EPS和细胞表面对TC的吸附并不明显，此时TC去除主要来自水解和快速诱导的生物降解。随着培养时间延长，EPS和细胞表面吸附量逐渐增加，随后又出现下降，说明吸附可能既参与污染物捕获，也可能为后续降解提供局部富集条件。到培养后期，生物降解和生物吸附共同增强，形成连续去除过程。

初始 pH 对菌体生长影响不大，在pH 5、7和9条件下，最终OD600分别接近1.27、1.28和1.29，表明TC931具有较宽的pH适应范围。不同碳源对TC去除路径影响较明显：蛋白胨条件下EPS和细胞表面均可吸附TC，吸附量分别约为1.75 mg/L和0.38 mg/L；甘油条件下主要观察到细胞表面吸附；丝氨酸和葡萄糖条件下吸附贡献较弱，但仍可促进共代谢降解。

图2 初始培养基pH和不同碳源（10 g/L）分别对30℃ 2天内TC去除效率（A和B）以及溶液最终pH和细胞密度（C和D）的影响。误差线代表三次重复实验的标准偏差。R-T：残余TC； E-A：EPS吸附；C-A：细胞表面生物吸附；H+B：水解+生物降解；水解：在不同初始溶液pH或不同碳源溶液下水解

TC 的生物吸附位点和可能降解途径

FTIR结果表明，TC与菌体表面或EPS接触后，多个特征峰发生位移或强度变化，说明蛋白质、多糖和烃类相关官能团参与了结合过程。细胞表面的羧基、酰胺 N-H、C-OH 等基团，以及EPS中的酰胺I、酰胺III、多糖C-OH、糖苷C-O-C 和吡喃糖 C-OH 等结构，均可能是TC生物吸附的重要位点。由此可见，TC931的耐受和去除能力并非只依赖胞内代谢，而与其细胞外保护和富集结构密切相关。

产物分析显示，TC在TC931作用下可发生去甲基化、脱羟基、脱酰胺、开环水解、甲基化以及进一步断裂等反应。研究共鉴定出8种可能的生物转化产物，包括TP 431、TP 415.1252、TP 398.1495、TP 369.108、TP 417.209、TP 332.1353、TP 433.2424和TP 348.1919 等。作者认为，C-4位二甲氨基的去甲基化可能是TC生物降解的重要初始步骤，随后发生羟基脱除、D环开环和小分子片段脱除，最终形成结构更简单的产物。可能的降解路径见图3。

图3 TC931对TC的可能生物降解途径

基因组特征与生态安全性分析

TC931基因组为单环染色体，大小约5,777,749 bp，GC含量为43.57%，未检测到质粒。基因组共预测到4,783个基因和121个RNA基因，并发现23个基因岛。功能注释显示，该菌株含有较多与转运、催化活性、碳水化合物代谢、外源物质降解及代谢相关的基因，为其在TC胁迫下的存活和污染物转化提供了遗传基础。

需要注意的是，CARD数据库比对发现TC931染色体中含有8个抗性相关基因，包括2个adeF、3个aadS和1个tetX。adeF可能与RND型抗生素外排泵有关，tetX则编码黄素依赖型单加氧酶，被认为与四环素类抗生素失活密切相关。研究还发现 tetX与抗性基因岛可能在早期进化过程中通过水平基因转移获得。虽然该基因岛缺乏完整转移结构，可能稳定插入染色体，但仍存在在其他移动遗传元件辅助下恢复转移能力的风险。详见表1和图4。

表1　TC931基因组抗性基因

图4 从 COG (A)、KEGG (B) 和 GO (C) 获得的功能注释基因的百分比、分布和数量

03
结论

本研究从农田土壤中分离得到一株能够去除TC的常州纱线杆菌TC931。该菌株在TC胁迫下具有较强存活能力和去除能力，在培养第2天和第3天分别实现57.88%和87.38%的TC去除。TC931对TC的去除机制包括EPS生物吸附、细胞表面吸附和生物降解，其中生物降解在早期即可被诱导，吸附作用则在后续阶段增强并参与污染物富集。FTIR和产物鉴定结果说明，蛋白质、多糖和烃类官能团参与TC结合，TC 可进一步通过去甲基化、脱羟基、脱酰胺和开环水解等途径转化为多种产物。基因组分析表明，TC931携带 tetX、adeF等与四环素抗性和外排相关的基因，同时含有不完整抗性基因岛。总体来看，TC931可为四环素污染生物修复提供潜在菌种资源，但在实际应用前应重点评估抗性基因传播风险，并在长期修复过程中开展连续生态安全监测。

END

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"新污染物检测与筛查评估"公众号由成都理工大学生态环境学院“环境污染分析监测与修复技术科研创新团队”负责人许淑霞教授课题组运营。本公众号主要发布新污染物相关文献传递、科普宣传、会议要闻、标准规范等推文。欢迎投稿及推广合作，有意者请联系1519323098@qq.com。

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作者：秦海亮

编辑：徐仁灵

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