硒（Se）在生物体中是重要的微量元素，对免疫系统活动、抗氧化防御和甲状腺激素平衡至关重要。然而，高浓度的硒暴露会导致细胞功能紊乱，出现如细胞氧化损伤、蛋白质调控异常和DNA修复受阻等问题。硒污染是造成高浓度的硒暴露的主要原因之一。水生环境中存在多种有机和无机硒物种，常见的污染形式包括硒酸盐和亚硒酸盐。研究发现，微生物可以将有毒的（亚）硒酸盐还原为无毒的硒元素，对硒的还原起到重要作用。相较于研究较多的硒酸盐还原，驱动亚硒酸盐（Se(IV)）还原的微生物机制尚不明确。
近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员团队联合中南大学冶金与环境学院徐锐副教授团队，开展了对硒污染沉积物中驱动厌氧硒(IV)还原的关键微生物及其代谢机制的研究。由于亚硒酸盐还原细菌目前还难以通过传统培养方法获得，研究团队转而运用DNA稳定同位素探针（DNA-SIP）和宏基因组、宏转录组技术，成功鉴定了硒污染沉积物中的亚硒酸盐还原细菌具有多样性和代谢潜能，认为假单胞菌（Pseudomonas）、地杆菌（Geobacter）、单胞菌（Comamonas）和厌氧粘细菌（Anaeromyxobacter）可能是重要的Se(IV)还原微生物。此外，团队针对活性Se(IV)还原培养物的转录水平分析出，与无Se(IV)组的对照培养条件相比，参与编码DMSO还原酶（serA/PHGDH）、富马酸还原酶（sdhCD/frdCD）和亚硫酸盐还原酶（cysDIH）的基因转录水平显著升高，表明这些基因在Se(IV)还原过程中发挥着重要作用。
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沉积物中驱动厌氧Se(IV)还原的功能微生物及其代谢机制示意图
该项研究扩展了研究人员对厌氧Se(IV)生物还原机制的了解，表明不同细菌可能采用多种途径驱动Se(IV)还原，从而在硒污染底泥的生物修复中起到至关重要的作用。此外，DNA-SIP与多组学联用分析技术在揭示缺氧沉积物中微生物驱动的生物地球化学过程方面也展现出了较好的互补性。
相关研究发表在国际环境科学期刊Journal of Hazardous Materials上。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131834
（省科学院土壤环境所/供稿）
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