天津大学王灿团队WR：恶臭假单胞工程菌作为“活性”群体淬灭剂用于生物膜控制，苯系物降解及其环境风险评估

题目：Engineering a Pseudomonas Putida as living quorum quencher for biofilm formation inhibition, benzenes degradation, and environmental risk evaluation

第一作者：薛怡梅（）

通讯作者：王灿（wangcan@tju.edu.cn）

通讯单位：天津大学

DOI：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120690 

期刊名称：Water Research

（1）成功构建了具有群体淬灭功能的工程假单胞菌

（2）假单胞工程菌同时具备生物膜控制与苯系物降解功能

（3）假单胞工程菌在实际污泥中的环境风险可控

图1 群体淬灭工程菌(KT-PR-aiiO)

的构建及其功能验证。

(a) 选择群体淬灭酶分泌基因aiiO作为目的基因，以恶臭假单胞菌KT2440为底盘菌，构建工程淬灭菌。(b) 工程菌KT-PR-aiiO对不同类型AHL的淬灭能力。以典型的群体淬灭菌Rhodococcus BH4作对比。(c) 添加工程菌20 h后活性污泥中aiiO基因丰度监测。对照组不添加假单胞工程菌。基因丰度采用对数处理(Lg)。经t检验，差异有显著性(* p < 0.05， ** p < 0.01， ** p < 0.001)。

图2 工程菌KT-PR-aiiO的对活性污泥的影响

(生物膜形成、微生物群落和苯系物降解)。

(a) KT2440、Rhodococcus BH4和KT-PR-aiiO组的生物膜形成情况。小图显示了基于线性拟合的不同组的生物膜形成速率。(b) 空白对照、KT2440、Rhodococcus BH4、KT-PR-aiiO组活性污泥对AHLs的淬灭能力。小图显示了基于线性拟合的AHLs在不同组的淬灭速率。(c) 空白对照、KT2440、Rhodococcus BH4和KT-PR-aiiO组对苯甲酸钠的降解情况。(d) 使用CLSM观察KT2440(左)、Rhodococcus BH4(中)和KT-PR-aiiO(右)组载体表面的生物膜。绿色和红色分别表示活的和死的微生物细胞。经t检验，差异有显著性(* p < 0.05， ** p < 0.01， ** p < 0.001)。

图3 KT-PR-aiiO对活性污泥的影响

(微生物群落特征)。

(a) 对照和KT-PR-aiiO组群体感应相关菌属的分子生态网络。(b)基于Bray-Curtis距离的PCoA分析显示的对照组和KT-PR-aiiO组微生物群落的差异。(c)对照组和KT-PR-aiiO组生物膜样品中具有显著差异的群体感应相关基因及丰度。

图4 添加假单胞工程菌对生物膜形成抑制的基因水平

机理示意图 (红色表示相对丰度下调的基因)。

图5 投加KT-PR-aiiO的环境风险评估。

(a)活性污泥群落中KT-PR-aiiO菌落数的比例随时间的演替。小图表示活性污泥群落中KT-PR-aiiO丰度(CFU/mL污泥)随时间的变化。采用LB双抗性平板(浓度为25 μg/mL氯霉素和50 μg/mL卡那霉素)筛选KT-PR-aiiO。(b) aiiO基因在活性污泥群落中(16S基因结果)的比例随时间的演替。小图表示活性污泥群落中aiiO基因丰度(拷贝数/mL污泥)随时间的变化。(c) 基因水平转移(HGT)实验，以KT-PR-aiiO为供体菌株，大肠杆菌GMCC 10667为受体菌株，评估工程菌外源基因(aiiO)在环境中水平转移的风险。