微生物是地球上豐富且分布廣泛的生命形式，在生態系統中對有機物的生物地球化學循環發揮著關鍵作用。微生物降解是有機污染物分解過程中的重要環節。其中，降解功能微生物可將污染物轉化為無毒化合物，是有機污染物降解的執行者。因此，研究原位降解功能微生物的種類和代謝特性，并從復雜環境微生物群落中發掘具有“特定代謝功能”的活體菌株資源，以提升有機污染物去除效率，是業界長期追求的目標，亦是環境微生物研究的焦點和難點。
近期，中國科學院廣州地球化學研究所副研究員李繼兵與研究員羅春玲等，將穩定同位素示蹤（SIP）、單細胞拉曼分選（RACS）和反向基因組學（GDC，基因組指導微生物培養）技術聯用，發展了單細胞SIP-反向基因組學技術（RACS-SIP-GDC）。科研人員以石油污染土壤中的甲苯為研究對象，在復雜的石油污染土壤微生物群落中鑒定、分離和培養活性甲苯降解菌。研究通過SIP識別出活性甲苯降解菌Pigmentiphaga；采用RACS，基于其光譜峰的偏移進一步分選出單個功能微生物細胞，并借助單細胞基因組測序，重建了石油污染土壤中活性甲苯降解菌的完整代謝途徑，實現了單細胞水平上將功能微生物與其功能基因和代謝通路直接相關聯；進一步，基于功能微生物的代謝特性，通過添加抗生素、氨基酸、碳源和生長因子（如特定的維生素和礦物質元素）等對傳統培養基進行修改，培養了RACS分選的活性降解菌Pigmentiphaga sp。
本研究發展的RACS-SIP-GDC新方法，可從復雜環境群落中精準識別、定向分離和培養功能微生物，為真實環境中特定有機污染物降解微生物的培養提供了技術支持。同時，該技術實現了在單細胞水平上準確識別降解目標有機污染物的功能微生物，并將降解功能微生物與功能基因和代謝通路直接關聯，為研究有機污染物生物降解機制提供了新思路。
相關研究成果被選為副封面文章，發表在《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）上。研究工作得到國家自然科學基金、廣東省重點領域研發計劃、廣東省杰出青年基金和中國科學院青年創新促進會等的支持。
副封面文章
RACS-SIP-GDC技術的方案示意圖
甲苯降解微生物細胞的原位識別和分選
降解功能微生物細胞甲苯代謝途徑的重建
降解功能微生物細胞的培養及其系統發育
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