《The ISME Journal》：Organohalide respiration by a Desulforhopalus-dominated community
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本研究针对海洋沉积物中有机卤化物呼吸菌(OHRB)功能认知空白，通过富集培养与多组学技术，首次发现严格厌氧硫酸盐还原菌Desulforhopalus编码好氧菌来源的TPh-还原性脱卤酶(RDase)，揭示2,6-二溴苯酚(2,6-DBP)降解过程中四种RDase基因的协同转录机制，证实海洋OHRB具备维生素B12自主合成能力，为寡营养海域生物修复提供理论依据。
在广袤的海洋沉积物中，存在着大量天然和人为来源的有机卤化物，这些化合物可能对生态系统构成潜在威胁。而自然界的微生物，特别是能够进行有机卤化物呼吸（Organohalide respiration）的细菌，如同隐藏的清洁工，默默承担着降解这些污染物的重任。然而，海洋环境中的这类微生物究竟如何工作？它们之间是否存在协作？这些问题长期以来困扰着环境微生物学家。尤其令人困惑的是，在缺乏外源营养的寡营养海洋沉积物中，这些微生物如何维持其代谢活动？理解这些机制，对于开发海洋生物修复技术至关重要。
为了解开这些谜团，研究人员从奥胡斯湾（Aarhus Bay）的海洋沉积物中成功富集了一个以Desulforhopalus菌为主导的微生物群落。这个群落能够在硫酸盐还原条件下，将一种典型的有机卤化物污染物——2,6-二溴苯酚（2,6-DBP）有效地脱溴转化为苯酚，并且伴随着细菌的生长，这表明脱溴过程确实为微生物提供了能量。这项研究成果发表在《The ISME Journal》上，揭示了海洋有机卤化物呼吸菌群此前未知的生化多样性和代谢自给性。
研究人员主要运用了富集培养技术从Aarhus Bay海洋沉积物中获得降解菌群，并通过宏基因组测序与Binning（分箱）技术重构了群落中主要菌株的基因组，同时利用转录组学分析了关键基因在降解过程中的表达动态，辅以乙酰烯抑制实验验证了酶催化机制。
研究结果
微生物群落组成与基因组特征
通过宏基因组分析，研究人员成功重构了五个达到物种水平的新基因组（完整度>85%，污染度<3%）。其中，Desulforhopalus（bin.5）是群落的绝对优势菌。令人惊讶的是，在这个严格厌氧的硫酸盐还原菌的基因组中，竟然编码了一种硫解性四氯对苯二酚（TPh-）还原性脱卤酶（RDase），这类酶过去仅在好氧细菌中发现。此外，在另外两种菌（Desulfoplanes bin.3 和 Marinifilaceae bin.4）的基因组中，还分别预测了两个和一个推定的、依赖钴胺素（corrinoid）的呼吸性RDase。
RDase基因的转录响应
当向培养物中添加2,6-DBP后，所有四个预测的RDase基因的转录均在短时间内被迅速诱导。这一结果表明，对有机卤化物的降解是由多个种群协同响应的结果，展现了微生物群落水平的功能冗余与协作。
脱溴作用的酶催化机制验证
研究人员使用乙酰烯（acetylene）作为抑制剂，发现它能抑制脱溴过程，但并不影响RDase基因的转录水平，也不干扰硫酸盐代谢。这有力地证明了脱溴反应是由RDase酶直接催化的，并且乙酰烯是在转录后水平抑制了酶活性。
维生素B12生物合成潜力
对优势菌Desulforhopalus bin.5的基因组进行深入分析发现，它编码了一个近乎完整的维生素B12（钴胺素）生物合成途径，仅缺少cbiJ基因。值得注意的是，该基因的功能可以通过其他还原酶旁路替代。这一发现解释了为何该菌群在不添加外源维生素B12的情况下仍能保持活跃的脱溴能力，表明其具有代谢自给性。
海洋OHRB系统发育多样性的扩展
通过比较基因组学分析，研究人员将Marinifilum和Ancylomarina鉴定为候选的有机卤化物呼吸菌（OHRB）类群。这一发现显著扩展了已知海洋有机卤化物呼吸菌的系统发育多样性。
结论与意义
本研究深入揭示了一个由Desulforhopalus主导的海洋微生物菌群在降解有机卤化物方面的独特机制。其最显著的发现在于，一个严格厌氧的硫酸盐还原菌编码了此前被认为仅存在于好氧菌中的TPh-RDase，这打破了人们对还原性脱卤酶功能分布的传统认知，展现了厌氧脱卤过程惊人的生化可塑性。研究证实了多种RDase在降解过程中的协同转录响应，并通过遗传和生化证据明确了RDase的催化核心作用。更重要的是，研究揭示了该菌群具备自主合成维生素B12的能力，这种代谢自给性是其在寡营养的海洋沉积物环境中成功定殖并发挥有机卤化物呼吸功能的关键。该工作不仅鉴定出新的候选OHRB类群，拓宽了海洋有机卤化物呼吸菌的系统发育范围，而且为理解海洋环境中污染物降解的微生物驱动机制提供了新的理论框架，对开发基于微生物的海洋环境修复策略具有重要的指导意义。
