2017-07-21
近期，派森諾生物與上海大學(xué)合作，在《Bioresource Technology》（最新影響因子5.651）發(fā)表論文一篇，通過建立“土著菌群和外源枯草芽孢桿菌”的共培養(yǎng)體系，探究不同的共培養(yǎng)條件對原油生物降解能力的改善，以及引入枯草芽孢桿菌對土著菌群組成和代謝功能的影響。
研究背景
原油是由烴類化合物組成的一種復(fù)雜化合物，作為一種重要的能源物質(zhì)，是人類生產(chǎn)、生活中不可或缺的生產(chǎn)資料。原油中的芳香類物質(zhì)（尤其是以二環(huán)和三環(huán)為代表的多環(huán)芳烴類物質(zhì)）對人和動物的毒性較大，具有致癌作用。隨著人們對原油產(chǎn)品的大量利用，原油污染也隨之而來，并且有加重的趨勢。因此，如何高效的降解環(huán)境中的原油烴以減小原油造成的污染成為人們關(guān)注并且研究的重點。
研究目的
1． 探究引入外源枯草芽孢桿菌對原油生物降解效果的影響；
2． 枯草芽孢桿菌的原油生物降解機制；
3． 探究引入外源枯草芽孢桿菌后，土著菌群組成和代謝功能的改變。
研究方法
測序技術(shù)：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細(xì)菌16S rRNA基因V4區(qū)測序
實驗對象：近岸濕地被原油污染的表層土壤
實驗設(shè)計：對被原油污染的土壤樣品進(jìn)行土著菌群富集，制備菌群種子液；從污水處理廠的淤泥中分離得到枯草芽孢桿菌ZF3-1，制備種子液。向MSM培養(yǎng)液中加入1%的原油作為培養(yǎng)基。
研究結(jié)果
1．經(jīng)過不同處理的菌群對原油的生物降解能力有所不同
MSM培養(yǎng)基中加入原油作為唯一碳源，向其中接種經(jīng)過不同處理的菌群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相較于只接種土著菌群的T1和只接種芽孢桿菌（ZF3-1）的T2，同時接種土著菌群和芽孢桿菌的T3、T4、T5表現(xiàn)出了較強的原油降解能力，尤其是土著菌群和芽孢桿菌的接種比例為2：1的T5。此外，烷烴降解結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌ZF3-1為長鏈烷烴降解菌，對長鏈烷烴具有較好的降解作用。
2.不同處理下菌群的長勢
不同處理下各菌群的長勢和密度在一定程度上影響了菌群對原油的生物降解。測量T1-T5各處理菌液的OD600值發(fā)現(xiàn)，T5的菌落密度顯著更高。
3．共培養(yǎng)體系能降低原油表面張力
在原油生物降解過程中，菌群會產(chǎn)生生物表面活性劑，降低原油表面張力。因此，原油表面張力的大小可看作降解的量化指標(biāo)。實驗發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌ZF3-1在石油作為唯一碳源的環(huán)境中，幾乎不能降低原油表面張力。而微生物群落的共培養(yǎng)體系卻能產(chǎn)生生物表面活性劑，從而顯著降低原油表面張力。由此可見，土著菌群和枯草芽孢桿菌能以不同方式改善原油降解效果。
4．共培養(yǎng)體系中微生物的組成結(jié)構(gòu)
由以上結(jié)果可得知，T1處理組（即MCI，只接種土著菌群）和T5處理組（即MCE，同時接種土著菌群和外源芽孢桿菌，比例為2：1）對原油的生物降解能力最突出。對MCI和MCE進(jìn)行高通量測序，結(jié)果各測得77311和69458條高質(zhì)量序列，歸并后分別得到281和168個OTU。Alpha多樣性分析結(jié)果顯示，MCI的Shannon指數(shù)和Chao1指數(shù)顯著高于MCE，表明引入外源枯草芽孢桿菌后，土著菌群的多樣性有所下降。在MCI中，Xanthomonadales (48.9%)、Burkholderiales(47.1%)和Enterobacteriales(2.2%)兩個目的微生物豐度較高；而在MCE中，隨著枯草芽孢桿菌的引入，Burkholderiales的豐度顯著增加，處于絕對優(yōu)勢地位(98.1%)，兩者的物種組成具有顯著差異。
5．共培養(yǎng)體系的菌群代謝功能預(yù)測
對MCI和MCE進(jìn)行菌群代謝功能預(yù)測分析的結(jié)果表明，MCE的異型生物質(zhì)降解和代謝功能比MCI強，再次印證土著菌群和外源性枯草芽孢桿菌的共培養(yǎng)體系的原油降解能力優(yōu)于土著菌群MCI。
總結(jié)
本文通過建立“土著菌群+外源枯草芽孢桿菌”的共培養(yǎng)體系，并結(jié)合高通量測序技術(shù)，不僅發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌ZF3-1對長鏈烷烴具有良好的降解作用，并且發(fā)現(xiàn)，引入該菌之后，能顯著改變土著菌群的組成結(jié)構(gòu)，并大幅提升土著菌群對原油的生物降解能力。
本研究的測序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
文章索引：
Tao K, Liu X, Chen X, et al. Biodegradation of crude oil by a defined co-culture of indigenous bacterial consortium and exogenous Bacillus subtilis[J]. Bioresource technology, 2017, 224: 327-332.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852416314870
