科学家为啥“最想要”这种微生物？

日前，中科院微生物所和生态环境中心的科研人员从污水处理厂发现了一种独特的微生物，它是全世界科学家“最想要”的28个活性污泥核心微生物类群之一。

“这种菌有助于消除污水中的氮、磷和各类有机污染物，为提升污水处理技术水平和发展新一代活性污泥工艺打下了基础。”近日，该研究通讯作者之一、微生物所研究员刘双江在接受《中国科学报》采访时说。

据介绍，这一成果是依托2017年启动的中国微生物组计划预研项目“中科院微生物组计划”而完成的。作为纪念，科研人员将该类微生物命名为“中科微菌”。同时，他们还将该类微生物的首个物种命名为“惠芳中科微菌”（以下简称“惠芳菌”），以纪念我国已故环境微生物学家杨恵芳先生。

广泛分布 代谢多样

污水处理厂的微生物是水净化的核心。包括中国在内全球城市污水处理系统的90%以上是釆用活性污泥工艺，微生物是活性污泥有效清除各种污染物的“主力军”，每克活性污泥中有1012个微生物细胞。这些复杂的微生物与废水中的有机营养物形成了复杂的“生态网”。

活性污泥微生物组的复杂度远高于哺乳动物肠道微生物组的复杂度。最新研究和统计表明，活性污泥中99.9%的微生物物种还没有被分离培养，因此，限制了认识和理解这些微生物的在污水处理中的作用。

此次，研究人员从北京清河污水处理厂活性污泥中分离培养了“惠芳菌”。“我们团队一共分离了800多个菌株，最后成功了。”该论文第一作者、微生物所和生态中心联合培养博士研究生宋阳告诉记者。

宋阳表示，活性污泥中绝大多数微生物的脱氮除磷效果不明显，但“惠芳菌”菌种和污水处理的主要指标却呈正相关。“‘惠芳菌’越多，污水处理效果就越好。”他说。

据介绍，在清河污水处理厂活性污泥微生物群落中，“惠芳菌”数量占总菌群的1%左右，其代谢功能多样。除了分解各种有机污染物（如碳水化合物、芳香族化合物和短链脂肪酸）外，还具有还原硝酸盐和积累磷的能力。

“它能够把磷变成聚磷酸盐存在细胞里，随着污泥的排放就可以把磷收集起来。它能够把硝酸盐变成亚硝酸盐，再进一步反硝化脱氮，最后把它除掉。”刘双江解释说。

不止如此，刘双江介绍，“中科微菌”这类微生物还具有广泛分布的特点，不仅存在于中国污水处理厂，更广泛存在于世界各地城市污水处理厂的活性污泥中。

一个节点 一代工艺

在清河污水处理厂活性污泥微生物群落中，“惠芳菌”起着重要的模块枢纽作用。这也使得新发现为发展新一代活性污泥工艺打下了基础。

“活性污泥里的所有微生物就像一张‘大网’，而有些微生物之间会构成一个‘小网’，它们通过相互作用，共同去除污染物。”刘双江解释说。其中，小网络的每一个节点就像互联网的“路由器”，会影响其它的微生物。

而“中科微菌”就是这样的一个“路由器”，通过它可以了解其它微生物是在直接还是间接地促进污染物降解。

刘双江介绍，除了“中科微菌”之外，全球“最想要”的28个活性污泥核心微生物类群已经找到了约一半，还有一半尚待挖掘。

目前，为期两年的中科院“中国微生物组计划”预研项目（研究对象包括人体、动物、活性污泥等研究内容）即将结束。刘双江表示，研究团队将在科技部最新启动的国家重点研发计划项目“活性污泥人工多细胞体系构建与应用”的支持下继续开展相关研究，寻找活性污泥里那些“隐藏的星星”，为我国污水处理技术水平的提升，提供微生物资源和科技支撑。

相关文章信息：https://doi.org/10.1128/AEM.02209-19.

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