Синтетические микробные консорциумы, представляющие собой группы микроорганизмов, специально разработанные для совместной работы, обладают явными преимуществами по сравнению с отдельными штаммами микроорганизмов, такими как функциональная избыточность, более высокая стабильность и более высокая устойчивость к стрессовым факторам окружающей среды. Эти свойства делают консорциумы особенно перспективными для биоремедиации почв, загрязнённых несколькими загрязнителями.
Однако структурная динамика, функциональная организация и механизмы взаимодействия таких консорциумов в различных субстратных условиях остаются недостаточно изученными. В частности, специфическая роль редких и доминирующих таксонов микроорганизмов в поддержании стабильности системы и функционального разнообразия до конца не изучена. Этот пробел в знаниях препятствует рациональному проектированию эффективных синтетических микробных консорциумов для прецизионной рекультивации земель.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа доктора Сюй Минкая в IAE проводит многолетние исследования синтетических микробиомов для борьбы с неточечным загрязнением. В своём последнем исследовании группа сообщила о создании синтетического консорциума, обозначенного как L1, способного к деградации гербицидов сульфонилмочевины широкого спектра действия. Гербициды сульфонилмочевины — широко используемый класс гербицидов для борьбы с сорняками. Это достижение предлагает эффективное решение для восстановления почв, загрязнённых сложными гербицидами. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Technology & Innovation.
Исследователи выявили механизмы формирования сообщества L1 в ответ на различные гербицидные субстраты, уделив особое внимание динамическим взаимодействиям между доминирующими и редкими таксонами микроорганизмов. Они обнаружили, что L1 способен эффективно деградировать пять распространённых гербицидов сульфонилмочевины (включая хлорсульфурон, бенсульфурон, метсульфурон, пиразосульфурон и тифенсульфурон), демонстрируя свою стабильную способность к деградации широкого спектра действия.
Ученые определили такие роды, как Methyloversatilis, Pseudoxanthomonas и Chitinophaga, как основные факторы деградации. Также они установили, что редкие таксоны играют важную роль в поддержании стабильности микробной сети, а также показали, что при определённых условиях субстрата доминирующие и редкие группы могут даже меняться ролями, что поставило под сомнение традиционное представление о том, что только доминирующие таксоны определяют функционирование сообщества.
Дальнейший анализ показал, что ключевые ферменты, такие как глутатионтрансферазы и уреазы, вносят разный вклад в зависимости от субстрата, что свидетельствует о сосуществовании функциональной избыточности (когда несколько видов микробов могут выполнять одну и ту же функцию) и адаптивности к субстрату. Кроме того, исследователи обнаружили, что внутри консорциума преобладают положительные взаимодействия, а сложность и интенсивность этих взаимодействий возрастают с увеличением разнообразия субстрата.
Эти результаты расширяют понимание того, как консорциумы широкого спектра действия, разрушающие гербициды, выполняют свою экологическую роль, и подчеркивают ключевое взаимодействие редких и доминирующих таксонов в поддержании как стабильности сообщества, так и функционального разнообразия. Эти выводы создают новую теоретическую основу и технический подход к рациональному проектированию и применению синтетических микробных консорциумов для рекультивации сельскохозяйственных почв.
Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Чжан Наньнань.
Источник графики: Environmental Technology & Innovation (2025). DOI: 10.1016/j.eti.2025.104446
