美国污染最严重的水道之一出现了极端的微生物适应

长期以来被视为城市环境忽视象征的工业破坏的戈瓦纳斯运河，正通过科学探究的视角被重新想象为一个由强烈的选择压力塑造的复杂的微生物生命库

纽约大学坦登工程学院领导的研究发现，布鲁克林戈瓦纳斯运河中的微生物携带着分解工业污染物和中和重金属的基因。基因筛查还发现了对多种抗生素类别和数千个生物合成基因簇的耐药性，这对开发新的抗生素、工业酶和生物活性化合物具有重要意义

这条2.9公里长的工业运河建于19世纪中叶，经历了150多年不受监管的环境破坏。作为重工业的枢纽，运河两岸布满了各种工厂、石油和化工厂

未知数量的砷、重金属、多氯联苯、煤焦油、石油产品、挥发性有机化合物、氯化溶剂和未经处理的污水溢流已排入小水道

2010年，Gowanus运河被指定为超级基金场地，是美国污染最严重的水道之一。当美国环保署开始评估该地点进行修复时，他们发现了大约200条以前未知和未经许可的管道，这些管道直接排入运河

沉积物和极端环境的毒性如此之大，以至于仅仅皮肤接触水就会对人类健康构成危害。对于微生物学家来说，这种极端环境是非常有趣的机会，可以让他们了解生命是如何适应甚至茁壮成长的。以前在类似的极端环境中发现了微生物生命

美国国家航空航天局洁净室的发现揭示了靠油漆和清洁溶液生存的微生物。一种彻底改变早期基因组研究的酶来自黄石国家公园温泉中发现的一种细菌。在污染环境中发现的微生物以前曾被用于降解石油碳氢化合物和其他污染物

尽管Gowanus运河无疑是一场环境灾难，但它也可以作为微生物进化的长期实验

在发表在《应用微生物学杂志》上的研究中，“对城市超级基金场地的宏基因组询问揭示了抗菌药物耐药性库和生物修复潜力”，研究人员对Gowanus运河中的微生物群落进行了宏基因组分析

为了评估Gowanus运河生物群落的微生物多样性和功能潜力，研究人员从水道长度上的14个不同位置收集了沉积物样本

从一个3.5米深的地点提取了一个深层沉积物岩心，提供了对历史微生物积累的垂直一瞥。在两个不同的时间点收集样本以评估时间变化，并立即在-80°C下保存以保持DNA的完整性

沉积物样本在Illumina平台上进行了高通量宏基因组测序，每个样本产生了约2650万个测序读取对。生物信息学管道用于组装和注释原始读数，允许对微生物物种进行分类和功能基因鉴定，包括涉及抗生素抗性、污染物降解和金属解毒的基因

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通过全面的数据集和对Gowanus微生物群落的深入分析，研究人员能够识别以前没有记录的微生物谱系，并评估其环境修复的潜力

对Gowanus运河沉积物样本的宏基因组分析揭示了一个由455种不同微生物物种组成的多样化微生物群落，包括细菌、古菌和病毒

在表面和核心样本中，研究人员确定了64条参与有机污染物降解的代谢途径，以及1171个与铁、铜和镍等重金属解毒相关的基因。研究人员鉴定出2319个生物合成基因簇，其中许多可能与具有潜在治疗或工业价值的新型次生代谢物的生产有关

对抗菌药物耐药基因的全面筛查表明，在八种不同的抗生素类别中存在28种耐药基因，包括利福平和氨基糖苷类等临床常用药物

污染物降解基因和抗菌素耐药性的共存可能是由于长期暴露于城市和工业废物所驱动的生态适应。运河内的微生物通过多种降解途径代谢甲苯和酚类化合物等污染物，同时表现出对重金属胁迫具有弹性的特性

研究结果表明，像戈瓦纳斯运河这样的极端城市生态系统可能是有益和有害遗传元素的水库。一些抗微生物药物耐药基因似乎起源于人类肠道相关微生物，可能是通过未经处理的污水溢流引入的，这引发了人们对公共卫生风险的新担忧

虽然不是任何科学家都会选择进行的实验，但如果未来的研究结果能够带来新的工业或临床见解，它可能会将戈瓦纳斯运河从城市被忽视的象征转变为一个活生生的实验室。长期污染的压力已经形成了一个微生物群落，为未来的生态恢复和分子创新创造了关键 More information: Sergios-Orestis Kolokotronis et al, Metagenomic interrogation of urban Superfund site reveals antimicrobial resistance reservoir and bioremediation potential, Journal of Applied Microbiology (2025). DOI: 10.1093/jambio/lxaf076