Engineering natural microbiomes toward enhanced bioremediation by microbiome modeling

微生物群 生物修复 功能(生物学) 计算生物学 生化工程 生物 生态学 生物信息学 进化生物学 污染 工程类
作者
Zhepu Ruan,Kai Chen,Weimiao Cao,Lei Meng,Bingang Yang,Mengjun Xu,Youwen Xing,Pengfa Li,Shiri Freilich,Chen Chen,Yanzheng Gao,Jiandong Jiang,Xihui Xu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49098-z
摘要

Abstract Engineering natural microbiomes for biotechnological applications remains challenging, as metabolic interactions within microbiomes are largely unknown, and practical principles and tools for microbiome engineering are still lacking. Here, we present a combinatory top-down and bottom-up framework to engineer natural microbiomes for the construction of function-enhanced synthetic microbiomes. We show that application of herbicide and herbicide-degrader inoculation drives a convergent succession of different natural microbiomes toward functional microbiomes (e.g., enhanced bioremediation of herbicide-contaminated soils). We develop a metabolic modeling pipeline, SuperCC, that can be used to document metabolic interactions within microbiomes and to simulate the performances of different microbiomes. Using SuperCC, we construct bioremediation-enhanced synthetic microbiomes based on 18 keystone species identified from natural microbiomes. Our results highlight the importance of metabolic interactions in shaping microbiome functions and provide practical guidance for engineering natural microbiomes.
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