近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在环境适用型微生物分子遗传学操作系统设计与构建方面取得新进展，该研究通过设计“质粒替换策略（plasmid transition strategy）”实现了基于营养缺陷互补的微生物分子遗传学操作系统的快速、高效构建。该策略在电活性微生物奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）中进行了验证与展示，实现了胞外电子传递和重金属环境污染修复的稳定和高效提升。与传统质粒系统相比其表现出更强的稳定性和鲁棒性，相关研究成果以“A designed plasmid-transition strategy enables rapid construction of robust and versatile synthetic exoelectrogens for environmental applications”为题，于2022年8月23日发表于Environmental Microbiology (DOI: 10.1111/1462-2920.16181)。

合成生物学与生物技术有望扩展微生物在环境和能源领域的应用范围，基于质粒的表达载体是一种重要的、不可替代的基础工具。抗生素被广泛用于质粒的选择和维持，然而，抗生素的使用由于提高了成本、增加了抗性基因的传播风险，以及抗生素分布不均和降解导致的基因型不稳定性和表型异质性，制约了工程菌株的环境应用。基于此，俞汉青教授课题组范阳阳博士和汤强副研究员开发了全新的质粒转换策略，实现了营养缺陷互补系统快速、高效地构建。通过荧光检测和污染物降解实验发现，营养缺陷互补系统在模拟环境的无抗生素培养条件下可以实现长期稳定地基因编程和污染物强化还原。本项工作为合成生物学在环境微生物领域的发展提供了重要的基础平台工具。

该工作得到了国家自然科学基金和科技部重点研发等项目的支持。

图1 环境适用型微生物分子遗传学操作系统的设计

论文链接：https://doi.org/10.1111/1462-2920.16181