硒（Se）是人體必需的微量元素。然而，人體膳食硒缺乏（< 40 μg/d）和硒中毒（> 400 μg/d）之間的濃度差非常小，硒污染地區(qū)居民通過(guò)食物吸收、空氣吸入及皮膚接觸的方式從環(huán)境中攝入過(guò)量硒，可能導(dǎo)致失明、脫發(fā)、呼吸衰竭和心肌壞死等嚴(yán)重的健康問(wèn)題。自然界中，亞硒酸鹽是毒性最大且最常見(jiàn)的一種硒形態(tài)，將其還原為無(wú)毒、不溶性元素硒是修復(fù)硒污染以及回收高價(jià)值硒資源的有效策略。所回收的元素硒納米顆粒（Elemental selenium nanoparticles，SeNPs）因具有特殊的光電、半導(dǎo)體和X射線傳感特性而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。此外，生物合成的SeNPs還具有顯著的抗菌、抗氧化和抗癌活性，在醫(yī)學(xué)上也有著廣泛的用途。然而，目前已報(bào)道的硒還原菌對(duì)亞硒酸鹽的耐受性和還原效率普遍較低，難以應(yīng)用于亞硒酸鹽污染環(huán)境修復(fù)和納米硒工業(yè)生產(chǎn)。

針對(duì)該難題，廣東省科學(xué)院微生物研究所許玫英研究團(tuán)隊(duì)從湖北省恩施硒礦區(qū)土壤中分離到多株對(duì)亞硒酸鹽具有高耐受性及高效還原性的功能菌株，并對(duì)其亞硒酸鹽還原動(dòng)力學(xué)過(guò)程、產(chǎn)物納米硒特征以及生物硒還原和耐受機(jī)制進(jìn)行探究。研究發(fā)現(xiàn)，Oceanobacillus?sp. ES111對(duì)亞硒酸鹽的耐受性最高，耐受濃度超過(guò)700 mM，而Metasolibacillus?sp.?ES129對(duì)亞硒酸鹽的還原效率最高，在濃度為1.22 mM時(shí)，僅需24 h即可將91%的亞硒酸鹽還原。超顯微分析結(jié)果顯示，菌株ES111和ES129在細(xì)胞質(zhì)中將亞硒酸鹽還原為Se0，小粒徑的Se0種子通過(guò)Ostwald成熟過(guò)程聚集形成較大粒徑的SeNPs，隨后SeNPs通過(guò)細(xì)胞裂解方式釋放到胞外。轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明，亞硒酸鹽的還原可能通過(guò)多種途徑介導(dǎo)，包括低分子硫醇、硫氧還蛋白/硫氧還蛋白還原酶系統(tǒng)以及脯氨酸脫氫酶，而核苷酸切除修復(fù)和抗氧化酶相關(guān)基因表達(dá)的上調(diào)可能是細(xì)菌對(duì)亞硒酸鹽毒性產(chǎn)生耐受性并維持胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的機(jī)制。該研究為高濃度亞硒酸鹽污染治理及硒資源化利用提供了寶貴的菌種資源和科學(xué)理論參考。

相關(guān)研究成果發(fā)表于Journal of Hazardous Materials，第一作者為葛夢(mèng)助理研究員，通訊作者為許玫英研究員。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA0910300）、國(guó)家自然科學(xué)基金 （42207151）、廣東省科技專項(xiàng)（2022A0505090004）、廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2021GDASYL-20210103007A, 2022GDASZH-2022010203-001）和廣州市科技專項(xiàng)（202201010007）的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134491

供稿：省科學(xué)院微生物所

撰稿：葛夢(mèng)

審稿：黃丹??陳謀通??代京莎

校稿：徐超??肖捷??章震