近日，耿金菊教授課題組利用反應組學和比較基因組學技術揭示了微生物在污水處理過程轉化溶解性有機物（DOM）的分工協作機制，這一成果以"Microbial Roles in Dissolved Organic Matter Transformation in Full-Scale Wastewater Treatment Processes Revealed by Reactomics and Comparative Genomics"為題發(fā)表在Environmental Science &Technology上。

污水處理過程微生物轉化DOM的分工協作機制示意圖

由于人類活動，DOM呈指數增長地進入水環(huán)境，導致全球化的水生態(tài)安全問題，污水處理廠的出水排放是水環(huán)境中外源DOM的主要來源之一。污水處理廠出水的DOM包括污水中未被降解的、經微生物代謝轉化的以及微生物新產生的幾個部分。研究DOM在污水處理過程的轉化規(guī)律對DOM的控制至關重要。然而，目前對污水處理過程DOM和微生物的研究通常是單獨進行，導致對微生物介導的DOM轉化過程缺乏統(tǒng)一的認知。

因此，圍繞"微生物如何參與DOM轉化"這一核心問題，本研究利用比較基因組學和基于高分辨率質譜和成對分子距離（PMD）的反應組學，對實際污水生物處理過程的微生物和DOM同時進行了表征。

基于反應組學的網絡分析顯示了微生物在DOM轉化中的分工。這種分工是由微生物的功能特征而非物種分類決定的（圖1）。具體來說，核心微生物表現出快速的生長潛力和廣譜底物親和力，但缺乏異源物質代謝相關的基因。這些特點決定它們主要消耗易降解的DOM并將其轉化為難降解的一級代謝產物。相反，邊緣微生物在難降解DOM的利用上更具優(yōu)勢，但生長緩慢。它們只與特定的DOM分子聯系，并可能以核心微生物的代謝物為營養(yǎng)源（圖2）。因此，開發(fā)新技術選擇性富集邊緣微生物，解偶聯易降解和難降解DOM的轉化過程是強化DOM去除的潛在有效手段。

圖1 基因組(MAG)和DOM的共現和PMD網絡

(a) 網絡的17個模塊。方形節(jié)點和圓圈分別表示MAG和DOM分子。配色與子圖c中的相同。紅色和灰色連接線分別代表MAG與DOM分子和DOM分子之間的關系。(b) 顯示邊屬性分布的�；鶊D。(c)基于模塊內 (Zi) 和模塊間 (Pi) 連接度確定網絡中的核心微生物和邊緣微生物。

圖2 核心微生物和邊緣微生物的功能特征富集情況

(a) 富集和缺失的功能蛋白數量。(b) KEGG第二級功能的富集/缺失情況。條形圖表示宏基因組相應功能基因的拷貝數。(c) KEGG 第三級功能（通路級別）的富集/缺失情況。

該論文第一作者是南京大學環(huán)境學院直博生王黎曄，通訊作者為耿金菊教授。該研究受國家自然科學基金（51978327）和江蘇省自然科學基金（BK20180010）資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c02584