持续热点！持久性有机污染物（POPs）研究思路

新污染物是全球经济快速发展的“产物”。目前国际上广泛关注的新污染物主要有四大类：持久性有机污染物（POPs）、内分泌干扰物（EDCs）、生物抗生素（Antibiotics）以及其他微塑料（Microplastics）等。

持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants, POPs）是一类具有持久性、生物蓄积性、长距离迁移性和高生物毒性，可通过各类环境介质长距离迁移对人类健康和生态环境造成严重污染的天然的或人工合成的及其他人类活动中无意产生的有机污染物。同时，持久性有机污染物可通过食物链放大这些“危害”基因。它们不仅对野生动物造成危害（如导致鸟类繁殖失败、鱼类内分泌紊乱），还会通过空气、水和食物链进入人体，引发癌症、内分泌失调、免疫系统损伤等健康问题。从One Health角度来看，在各类环境中，这些新污染物都会流动、转移，因此各类环境中新污染的传播是关注重点。

持久性有机污染物在食物网中的传递(图片来源于网络)

持久性有机污染物（POPs）与微生物研究是环境科学与微生物学交叉领域的热点方向。主要关注热点为：

1、POPs对微生物群落的影响及其在污染物降解中的作用，包括POPs暴露对环境中微生物群落组成和结构的影响；POP诱导的代谢通路的变化；

2、微生物降解POP的机制，进行降解菌株的筛选以及微生物-植物互作对POP的降解机制等。

凌恩生物持久性有机污染物（POPs）研究策略

凌恩生物宏基因组新增持久性有机污染物（POPs）降解功能注释分析流程，解析环境样本中的参与POP降解的关键基因和酶，挖掘相关降解菌株，助力环境微生态研究！

该分析流程中持久性有机污染物（POPs）数据库包含3413个基因，来源于1131个物种。参与POPs降解的关键基因和酶主要分为：双加氧酶基因、脱卤酶（Dehalogenases）基因、还原脱氯酶（Reductive Dechlorinases）基因以及其他相关酶和途径。

图 有机污染物（POPs）数据库（mibPOPdb）中收集的POPs降解微生物数据统计。

宏基因组研究持久性有机污染物（POPs）降解基因案例

经典案例1

红树林沉积物中富集微生物群落对17β-雌二醇有氧降解的新见解

标题：Novel insights into aerobic 17β-estradiol degradation by enriched microbial communities from mangrove sediments

期刊：Journal of Hazardous Materials

影响因子：12.2

项目类型：16S rRNA+宏基因组binning+LC-MS

研究背景

各种持久性有机污染物（POPs），例如雌激素等，通常在红树林地区富集。本研究调查了位于中国南方的6个红树林的持久性有机污染物雌激素污染水平。

研究内容

雌激素水平在5.3-24.9ng/g干重之间，表明这些红树林受到了严重的污染。通过补充17β-雌二醇（E2）作为唯一的碳源，进一步富集了雌激素胁迫下的细菌群落。16S rDNA测序和宏基因组学分析显示，Oleiagrimonas、Pseudomonas、Terrimonas和Nitratireductor等是持久性有机污染物雌激素降解的主要贡献者。此外，参与E2降解的基因在微生物群落中富集，包括编码17β-羟基类固醇脱氢酶、雌酮4-羟化酶等基因。最后，对功能基因和MAG的分析表明，细菌群落将E2通过17β-羟基类固醇脱氢酶脱氢降解为E1，然后E1通过4, 5-seco途径被分解为HIP。本研究为了解受持久性有机污染物雌激素污染的红树林中细菌群落对E2的生物降解提供了新的见解。

图1 MAGs的系统发育树。

图2 51个MAGs基因家族的进化分析和第五代培养的MAGs中E2降解相关基因的二元相图。

经典案例2

暴露于环境污染物中赋予了人类肠道微生物群中的异生物质降解功能

标题：Exposure to environmental pollutants selects for xenobiotic-degrading functions in the human gut microbiome

期刊：Nature Communications

影响因子：14.7

项目类型：宏基因组

研究背景

研究表明，来自不同化学家族的几种环境污染物可能会到达肠道微生物组，例如双酚、邻苯二甲酸盐、多环芳烃、持久性有机污染物（POP；例如二噁英）和重金属，接触这些化学物质可能会导致肠道微生物组的组成发生变化。然而，肠道共生体是如何对暴露于环境污染的反应仍未得到充分的探索。

研究内容

本研究选择了生活在坎帕尼亚地区（意大利南部）重度污染地区的人群作为案例研究，该地区被认为是暴露学研究的理想场所，比较了生活在高、中、低环境污染地区的359名受试者的粪便微生物组。来自高度污染地区的受试者显示出血液中持久性有机污染物二噁英和重金属的浓度较高，以及与降解和/或对这些分子的抗性相关的微生物基因的增加，不同疾病患者（如肝硬化、IBD、CRC）的基因数量显著高于健康对照。在4个放线菌中鉴定到与持久性有机污染物二噁英降解相关的基因，分别是Asaccharobacter sp.（SGB318）、Eggerthella lenta（SGB319）、Gordonibacter urolithinfaciens（SGB320）和G.pamelaeae （SGB321）。本研究展示了环境外来生物对肠道微生物群落的显著影响，塑造了它们的组成，并促进了具有降解能力的菌株的选择。

图1 暴露于环境污染会导致肠道微生物组成的变化。

图2 持久性有机污染物二噁英促使潜在降解功能基因富集。

持久性有机污染（POPs）作为国际上重点防治和研究的对象，涉及环境化学、毒理学、生态学、环境工程等多个学科，是跨学科研究的典型热点。

凌恩  持续关注最新前沿微生态研究热点，深耕微生态领域十余年，打造全面深入的宏组学分析流程，助力您的微生态最新研究!

参考文献

1、mibPOPdb:Anonlinedatabaseformicrobial biodegradation of persistent organic pollutants.  iMeta, 2022.

2、Novel insights into aerobic 17β-estradiol degradation by enriched microbial communities from mangrove sediments. Journal of Hazardous Materials, 2024.

3、Exposure to environmental pollutants selects for xenobiotic-degrading functions in the human gut microbiome. Nature Communications, 2024.