Gowanus运河微生物揭示工业污染治理的启示
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纽约大学Tandon学院主导的研究团队在 Gowanus 运河生物中发现了前所未有的基因适应性，揭示了一种清洁受污染水域和回收宝贵资源的潜在新方法。
发布日期：2025年4月15日 来源：Journal of Applied Microbiology
图片说明：在大型水族箱中培养的 Gowanus 运河受污染沉积物中生长的微生物和藻类。 图片来源：Elizabeth Hénaff
通过先进的 DNA 序列分析，由纽约大学 Tandon 工程学院助理教授 Elizabeth Hénaff 领导的研究团队发现， Brooklyn 高度污染的 Gowanus 运河中的微小生物已经进化出了一套全面的抗污染基因。
这些发现——已被 Popular Science 等媒体报道——于 2025 年 4 月 15 日发表在 Journal of Applied Microbiology 上。
该团队鉴定了 455 种微生物，它们拥有 64 种不同的生化途径来降解污染物，以及 1171 个基因来处理重金属。 这表明，与目前常用的疏浚作业相比，这为清理受污染水道提供了一种更经济、更可持续且破坏性更小的方法。
研究人员还发现了 2300 个新的基因序列，这些序列可能使微生物能够产生潜在的、有价值的生化化合物，用于医药、工业或环境应用。
Hénaff 说：“我们发现了大自然自身的有毒物质清理手册，但带有一个重要的警告。”Hénaff 在纽约大学 Tandon 学院的 Technology, Culture and Society Department 任职，并且是 Tandon 的 Center for Urban Science + Progress 的成员。“这些微生物讲述的故事超越了科学数据本身。”
图片说明：在 CHANNEL 中展出的 Gowanus 沉积物，CHANNEL 是纽约 Brooklyn BioBAT 艺术空间的一个沉浸式装置，展示了研究人员对水道的微生物研究。 图片来源：Elizabeth Hénaff
为了有效地传达这些故事，Hénaff 及其同事创作了 CHANNEL，这是在纽约 Brooklyn BioBAT 艺术空间的一个沉浸式装置，以雕塑、印刷品、声音和投影，以及过去 9 个月里生长的 300 多加仑的本地 Gowanus 沉积物和水为特色。 Hénaff 的研究小组 Living Interfaces Lab 利用科学和艺术的方法来解决紧迫的城市问题。
Hénaff 说：“虽然需要更多的研究来了解如何有效地与这些生物合作，但发现这些用于污染清理的基因工具可能为全球环境恢复提供宝贵的经验。”“我认为艺术研究不仅是说明，也是为我们的科学研究提供信息的一个关键组成部分。”这项工作于 2025 年 4 月 18 日在展览的 闭幕活动 中展出。
该团队在运河微生物中发现了对 8 种不同类型抗生素具有抵抗力的基因，其中一些来自人类肠道细菌，这些细菌在 Combined Sewer Overflows 期间进入运河——即暴雨导致雨水和未经处理的污水直接排放到水道中时。 其他抗性基因在本土水生物种中被发现。
纽约州立大学下城健康科学大学的流行病学和传染病助理教授、研究合著者 Sergios-Orestis Kolokotronis 说：“来自污水和天然运河环境的微生物群落的长期共存预计会提高各种基因元件的水平转移率，因此值得我们关注公共卫生监测和作为环境‘超级细菌’储存库的监测。”
尽管存在这些担忧，但该研究也揭示了有希望的潜在益处。 虽然运河中降解污染物的微生物可以分解污染物，但它们的自然过程对于实际清理来说太慢了。 了解它们的基因适应性可以帮助科学家开发更快的方法，无论是通过分离特定的微生物进行处理还是增强它们的能力。
一些类型的污染物，例如重金属，也是工业中的宝贵材料，生物修复方法可以适应于资源回收再利用，而不仅仅是清除。
为了取得这些发现，该团队从沿运河 1.8 英里长度的 14 个地点采集了样本，收集了地表沉积物和到达运河底面以下 11.5 英尺的深层岩心样本。 他们发现了能够分解许多历史污染物的微生物，包括石油产品、 PCBs 和工业溶剂。
这些发现是在环境保护署继续其在运河进行的 $1.5 billion dredging and capping 工作的同时发布的，该工作包括移除受污染的沉积物，并用清洁材料密封剩余的污染物。
该团队目前的研究建立在跨越十年的先前研究的基础上，以了解 Gowanus 运河微生物群。 该项目始于 2014 年，当时目前研究的合著者 Fruit Studio 的 Ian Quate 和弗吉尼亚大学的 Matthew Seibert 领导了第一次沉积物采样，在社区生物实验室 Genspace 处理样本，研究的合著者 Biotech without Borders 的 Ellen Jorgensen 也参与了该过程。
DNA 在研究合著者 Christopher Mason（威尔康奈尔医学院 WorldQuant 基因组学和计算生物医学教授）的实验室中进行测序，这是 Pathomap 项目的一部分，该项目现已扩展到世界各地的城市，用于地铁和城市生物群落的宏基因组学研究 (MetaSUB)。
MetaSUB 联盟的联合创始人兼主任 Mason 说：“Gowanus 运河中顽强的微生物具有独特的生存基因目录，这为适应和定向进化提供了一个路线图，我们可以在世界各地的污染场地中使用。”
后来，主要作者 Hénaff 的团队通过 BKBioReactor 项目收集了更多样本，而研究合著者 Kolokotronis 收集了岩心样本。 威尔康奈尔医学院的 Chandrima Bhattacharya 和罗格斯大学的 Rupobrata Panja 实施的生物信息学方法使该团队能够识别出运河厚厚沉积物中分解工业污染物的微生物。
这项研究得到了 WorldQuant Foundation、Pershing Square Foundation、美国国家航空航天局、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和纽约大学 Tandon 学院的资助。
Sergios-Orestis Kolokotronis, Chandrima Bhattacharya, Rupobrata Panja, Ian Quate, Matthew Seibert, Ellen Jorgensen, Christopher E Mason, Elizabeth M Hénaff, Metagenomic interrogation of urban Superfund site reveals antimicrobial resistance reservoir and bioremediation potential, Journal of Applied Microbiology , Volume 136, Issue 4, April 2025, lxaf076, https://doi.org/10.1093/jambio/lxaf076
研究人员
Elizabeth Hénaff
助理教授
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