01遇見/摘要
多環芳烴（PAHs）是一類持久性和高毒性的有機污染物，菲是一種由三個苯環組成“灣區”和“K區”的典型多環芳烴模式化合物。通過合理設計微生物基因工程菌株和構建人工菌群，可以實現對菲的完全降解。
近期，天津大學賈曉强副教授課題組在ACS Synthetic Biology上發表論文“Artificial Consortium of Three E. coli BL21 Strains withSynergistic Functional Modules for Complete Phenanthrene Degradation”，通過在三個大腸桿菌BL21菌株中分別構建芳香環裂解模塊、水楊酸合成模塊和兒茶酚代謝模塊，由這三個具有協同功能模組的基因工程菌株組成人工菌群，從而實現菲的完全降解。基於對關鍵代謝物的分析，每隔7天分批補充工程菌，使每個工程菌均保持最佳降解能力，21天的菲降解率最終達到90.66%。圖片圖片
02遇見/內容
基於之前的研究，作者選擇菲作為PAHs降解研究的代表化合物。在大腸桿菌BL21底盤中分別構建功能模組，得到具有芳香環裂解功能的工程大腸桿菌M1、具有水楊酸代謝功能的工程大腸桿菌M2和具有兒茶酚代謝功能的工程大腸桿菌M3。這些微生物工程菌株共同構成了一個具有協同功能模組的人工菌群，用其實現對菲的有效降解（原文圖1）。
為了瞭解E. coli BL21改造前後關鍵酶的活性變化，作者分別對雙加氧酶、水楊酸羥化酶和鄰苯二酚1,2-雙加氧酶的活性進行了測定。結果表明，nidD編碼的雙加氧酶、nahG編碼的水楊酸羥化酶和catA編碼的鄰苯二酚1,2-雙加氧酶均可在工程大腸桿菌中成功表達（原文圖3）。為了進一步瞭解三種工程菌對可利用底物的實際降解情况，對三種工程菌株在各自可利用底物中培養7天，並對菌體生長情况和底物降解情况進行了測定，結果表明E. coli M1，M2和M3可以很好的代謝菲，1-羥基-2-萘甲酸和鄰苯二酚，降解率分別達到25.12%，61.56%和88.48%（原文圖4）。
上述大腸桿菌工程菌株雖然能够實現對菲及其中間代謝產物的降解，但降解效果一般。囙此，作者通過單因素實驗（原文圖5），回應面分析（原文圖S4）和全面實驗分析（原文圖6），從接種時間間隔、接種比例和IPTG濃度等方面，對工程菌株組成的人工菌群進行了降解條件優化，最優降解條件為接種時間間隔6 h，接種比例1:1:1，IPTG濃度2 mM。
通過對降解條件進行優化，這三個菌組成的人工菌群具有較好的菲降解能力，在最佳降解條件下，人工菌群的菲降解率在第7天穩定在70.99%（原文圖9b）。作者又從該三菌人工菌群對菲的降解特性出發，分析降解過程中的關鍵酶活性，利用GC-MS分析人工菌群在菲降解過程中的胞內外代謝物，推測關鍵代謝物在胞內外的傳遞機制；通過關鍵代謝機理分析，對人工菌群降解菲的過程進一步優化，每隔7天分批補充工程菌，使每個工程菌保持最佳降解能力，提高了整個體系對菲的降解率，21天的菲降解率最終達到90.66%（原文圖9a）。
遇見|總結
在本研究中，將來源於菲自然降解優勢菌的17個主要降解基因，通過模組化設計導入到宿主菌株大腸桿菌BL21中，形成了三個分別具有芳香環裂解功能、1-羥基-2-萘甲酸和兒茶酚代謝功能的工程菌株；通過採用單因素實驗，回應面方法和全面實驗分析，對接種間隔、接種比例和誘導劑濃度進行了優化，以提高人工菌群的降解效果；最後，對人工菌群的菲降解機理進行了初步分析，採用分批補菌的方法保證各工程菌株的最佳降解效能，大幅提高了整個體系的菲降解效能，實現了菲的完全降解。