近日，深圳大学化学与环境工程学院毛艳萍课题组在期刊《Environment International》（2023影响因子10.3；五年影响因子11.2；中科院JCR一区Top期刊）发表了题为《Genomic insights and metabolic pathways of an enriched bacterial community capable of degrading polyethylene》的研究论文。毛艳萍副教授为论文唯一通讯作者，硕士研究生利齐颢和李会欣为论文共同第一作者，香港教育大学李丽观助理教授为共同作者，深圳大学为第一作者单位及通讯单位。
图片摘要
面对全球塑料污染日益严峻的挑战，尤其是微塑料（MPs）污染问题，微生物降解是可持续解决方案之一。推动这一技术发展的关键在于探索不同生境中高效塑料降解微生物，其中活性污泥因其包含占据多样生态位的微生物群落而备受关注。本文以聚乙烯（PE）塑料作为碳源，对活性污泥菌群进行富集培养，以筛选可降解PE的微生物群落。富集培养28天后，PE薄膜重量损失达3%，疏水性降低，同时傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果显示PE表面形成了多个新的含氧官能团。基于微生物宏基因组学方法从富集菌群中组装到26个高质量基因组（MAGs）。其中，MAG10、MAG21和MAG26在PE添加后丰度显著增加，且富含与碳水化合物转运和代谢相关的基因。功能分析进一步鉴定出14个与塑料降解相关的功能基因，包括氧化酶、漆酶和脂肪酶等，提示该菌群具备降解PE的潜力。
基于MAG10携带的潜在PE降解基因，本文提出了一种菌群协同降解PE塑料的新途径。烷烃先通过TonB系统进入细胞周质，随后通过细菌内膜的ABC转运蛋白进入细胞质。AlkB也是一种内膜蛋白，可以作为载体蛋白运输烷烃并催化烷烃转化为醇。但MAG10不编码AlkB，因此烷烃的羟基化可能是由细胞色素P450进行的。与AlkB只能羟基化末端和亚末端的烷烃不同，细胞色素P450可以羟基化不同碳位置（末端、亚末端和链中）的烷烃。因此，烷烃在MAG10中被细胞色素P450羟基化后，随后转化为一级醇和二级醇。一级醇和二级醇在胞内通过一系列级联酶促反应被氧化为乙酸和长链脂肪酸，生成的乙酸和长链脂肪酸分别合成乙酰辅酶A和酰基辅酶A，随后分别进入TCA循环和β-氧化循环，最终PE的代谢产物和生物降解产物通过胞内酶促途径被同化或矿化为生物质、CO2和H2O等。
基于基因组推测的PE降解代谢途径
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2025.109334
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