布鲁克林超级基金场地的微生物为对抗工业污染提供启示

使用先进的DNA序列分析技术，由纽约大学坦登工程学院助理教授伊丽莎白·亨纳夫领导的研究团队发现，布鲁克林高度污染的高瓦纳斯运河中微小的生物体已经发展出了一整套抗污染基因。

该研究结果于2025年4月15日发表在《应用微生物学杂志》上。研究团队识别出了455种微生物，它们拥有64种不同的生化途径来降解污染物，以及1,171个处理重金属的基因。这表明存在一种比当前常用的疏浚作业更为廉价、可持续且破坏性较小的方法来清理受污染的水道。

研究人员还发现了2,300个新的基因序列，这些序列可能使微生物能够产生对医药、工业或环境应用有价值的生化化合物。

“我们发现了相当于自然界自己的有毒物清理手册，但有一个重要的警告，”亨纳夫说，她是坦登工程学院技术、文化和社会系的成员，也是城市科学与进步中心的一员。“这些微生物讲述的故事超出了科学数据。”

为了有效地传达这些故事，亨纳夫及其同事在布鲁克林的BioBAT艺术空间创建了一个名为CHANNEL的沉浸式装置，其中包括雕塑、版画、声音和投影，以及超过300加仑的高瓦纳斯本地沉积物和水，这些沉积物和水在过去九个月里一直在生长。亨纳夫的研究小组——活界面实验室，利用科学和艺术的方法来解决紧迫的城市问题。

“虽然还需要更多的研究来了解如何有效地与这些生物体合作，但发现用于污染清理的这种遗传工具可能为全球环境修复提供宝贵的教训，”亨纳夫说。“我认为艺术研究不仅是插图，而且也是我们科学研究的重要组成部分。”这项工作将在2025年4月18日的展览闭幕活动中展出。

研究团队在运河微生物中发现了八类不同抗生素的抗性基因，其中一些来自人类微生物群落细菌，这些细菌在联合污水溢流时进入运河——即当暴雨导致雨水和未经处理的污水直接排放到水道中时。其他抗性基因则存在于本土水生物种中。

“污水微生物群落和自然运河环境微生物群落长期共存，预计将增强各种遗传元素的水平转移速率，因此值得我们关注公共卫生监测和环境‘超级细菌’库的监控，”研究合著者、纽约州立大学唐斯泰特卫生科学大学流行病学和传染病助理教授塞尔吉奥斯-奥雷斯特斯·科洛克罗尼斯说。

尽管存在这些担忧，该研究也揭示了有希望的潜在好处。虽然运河中的污染物降解微生物可以分解污染物，但其自然过程过于缓慢，无法实际应用。了解它们的遗传适应性可以帮助科学家开发更快的方法，要么通过分离特定微生物进行处理，要么增强它们的能力。

为了做出这些发现，研究团队从运河1.8英里长的14个地点收集了样本，采集了表层沉积物和深达11.5英尺的深层核心样本。他们发现微生物能够分解许多历史污染物，包括石油产品、多氯联苯和工业溶剂。

这些发现是在环境保护署继续进行耗资15亿美元的运河疏浚和封盖作业的同时得出的，该作业旨在清除受污染的沉积物，并用清洁材料封盖剩余的污染物。

目前的研究建立在长达十年的先前研究基础上，以了解高瓦纳斯运河的微生物组。该项目始于2014年，当时现任研究合著者、Fruit Studio的伊恩·夸特和弗吉尼亚大学的马修·塞伯特进行了首次沉积物采样，并在社区生物实验室Genspace与研究合著者、Biotech without Borders的埃伦·约根森一起处理样品。

DNA测序在研究合著者克里斯托弗·梅森（威尔康奈尔医学院世界量化基因组学和计算生物医学教授）的实验室进行，作为Pathomap项目的一部分，该项目现已扩展到世界各地的城市地铁和城市生物群落（MetaSUB）项目。

“高瓦纳斯运河中顽强的微生物具有独特的生存基因目录，为我们提供了适应和定向进化的路线图，可以在世界各地的污染场地使用，”梅森说，他担任MetaSUB联盟的共同创始人和主任。

后来，首席作者亨纳夫的团队通过BKBioReactor项目收集了更多样本，而研究合著者科洛克罗尼斯则收集了核心样本。威尔康奈尔医学院的查德里玛·巴塔查里亚和罗格斯大学的鲁波布拉塔·潘贾实施的生物信息学方法使团队能够识别在运河厚沉积物中降解工业污染物的微生物。

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