周宁一团队在新污染物二甲双胍生物降解方面取得进展

近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室周宁一教授团队解析了一线降糖药物二甲双胍的微生物分解代谢途径。相关研究论文“Aerobic degradation of the antidiabetic drug metformin by Aminobacter sp. strain NyZ550”发表于《Environmental Science & Technology》，生命科学技术学院助理研究员李涛为该文章第一作者，生命科学技术学院周宁一教授为通讯作者。

释放到环境中的药品往往仍然具有药物活性且长期存在，对生态环境和人体健康具有潜在风险，已纳入公认的新污染物范畴。作为全球消费使用量最多的处方类药物之一，二甲双胍几乎不被人体代谢，以原型的形式排出体外而最终汇入污水处理厂。目前的处理工艺难以完全去除二甲双胍，致使二甲双胍从污水处理厂进一步释放到不同的环境中，并已成为环境中检出浓度和频率最高的新污染物之一。尽管二甲双胍的微生物降解研究受到了广泛关注，通过环境原位检测、活性污泥和菌群处理等研究检测到多种二甲双胍微生物降解中间代谢产物，但缺乏纯培养的二甲双胍降解菌株，因此对于二甲双胍的微生物代谢途径尚未知晓。本研究首先调研了全国12个污水处理厂污水样品中的二甲双胍及其代谢产物的污染情况，在所有样品中均检测到μg/L水平的二甲双胍及其代谢产物的总累积浓度，同时检测了污水样品中的土著微生物对于二甲双胍的降解能力，最终分离到一株能以二甲双胍为唯一碳、氮源生长的菌株，将其命名为Aminobacter sp strain NyZ550。通过同位素标记、离子色谱、质谱检测等技术鉴定NyZ550代谢二甲双胍的直接代谢产物为胍基脲和二甲胺，并借助转录组测序确定菌株NyZ550代谢二甲双胍的关键基因簇，提出了其完整的代谢途径（图1）。该代谢途径可能与环境中频繁检出的高浓度胍基脲残留有关，其生态意义有待进一步探究。

图1 Aminobacter sp strain NyZ550代谢二甲双胍的降解途径推测及降解相关基因簇

之前的报道以及本研究的结果都发现胍基脲是二甲双胍在环境中降解的“死产物”。为了将胍基脲完全降解以消除其在环境中积累带来的潜在风险，本研究利用Aminobacter sp strain NyZ550与表达胍基脲水解酶的Pseudomonas putida PaW340的混合菌群将二甲双胍和胍基脲完全降解（图2），研究结果为二甲双胍污染环境的生物修复提供了一种潜在的策略。

图2 构建二甲双胍及其代谢“死产物”胍基脲的完全降解菌群

本工作得到了国家重点研发计划(2018YFA0901200)和国家自然科学基金重点项目（32230001）的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c07669