健康人源粪便分离的Bacillus parametracis YC06全基因组分析揭示其降解肌苷和鸟苷的分子机制及潜在应用价值

本研究针对高尿酸血症关键前体物质（肌苷和鸟苷）的代谢难题，从健康人粪便中分离出具有高效降解能力的Bacillus parametracis YC06菌株。通过全基因组测序和PCR验证，鉴定出嘌呤核苷酶（EC 3.2.2.1）和嘌呤核苷磷酸化酶（PNP，EC 2.4.2.1）等关键酶基因，阐明其将肌苷/鸟苷降解为次黄嘌呤/鸟嘌呤的代谢通路。该菌株在模拟胃肠液中存活率超50%，但携带溶血素基因需进一步安全评估，为开发新型降尿酸益生菌提供候选菌株。

　　

高尿酸血症已成为威胁全球公众健康的代谢性疾病，血清尿酸水平超过6.8 mg/dl时可能引发痛风、心血管疾病和肾功能障碍。在中国，男性患病率高达22.7%，女性达11.0%，传统药物治疗存在肝肾毒性等副作用。研究发现，肠道菌群通过降解尿酸前体物质肌苷（inosine）和鸟苷（guanosine）可减少嘌呤吸收，约占尿酸排泄总量的1/3，这为微生物疗法提供了新思路。

北京某研究机构的研究人员从健康人粪便中分离出一株具有特殊代谢能力的菌株Bacillus parametracis YC06。该菌株能高效降解肌苷和鸟苷，全基因组测序揭示其降解机制涉及多个关键酶基因，相关成果发表在《BMC Microbiology》。这项研究不仅发现了一种潜在的新型益生菌，还系统评估了其安全性和应用潜力，为开发基于肠道菌群调控的高尿酸血症干预策略提供了重要理论依据。

研究采用的主要技术包括：1）以肌苷/鸟苷为唯一碳氮源的定向菌株筛选；2）高效液相色谱（HPLC）定量分析代谢产物；3）全基因组测序（5.5 Mb草案基因组）和功能注释（COG/GO/KEGG）；4）模拟胃肠液耐受性实验；5）PCR验证关键代谢基因（rihA/rihB/deoD/pnp）。样本来源于健康志愿者粪便，通过比较基因组分析揭示菌株特异性基因。

菌株分离与鉴定
通过特殊培养基从健康人粪便中分离出YC06菌株，经16S rDNA和平均核苷酸相似性（ANI）分析鉴定为Bacillus parametracis。该菌在LB平板上形成3-5 mm乳白色菌落，电镜观察显示典型的椭圆形芽孢结构，与参考菌株Gxun-30的基因组相似度达98.52%。

降解能力验证
静息细胞（107 CFU/mL）在8小时内完全降解1 g/L肌苷，对鸟苷的降解效率略低。细胞游离提取物（CEs）含0.37 g/L蛋白时，9小时可降解0.68 g/L肌苷和0.46 g/L鸟苷。HPLC检测到特征性代谢产物次黄嘌呤（4.46 min）和鸟嘌呤（4.38 min）峰，证实降解途径的完整性。

基因组特征
5,535,183 bp的基因组包含5,672个蛋白编码基因，GC含量35.22%。COG注释显示122个基因参与核苷酸转运代谢，KEGG通路分析鉴定出110个核苷酸代谢相关基因。比较基因组分析发现842个菌株特异性基因，其中63%为功能未知蛋白，可能参与环境适应性进化。

益生特性评估
菌株在pH 2.5模拟胃液中存活率76.3%，在0.3%胆盐肠液中存活率53.8%，优于对照菌株Lacticaseibacillus casei CICC 6114。基因组中发现atp操纵子等酸应激基因和胆盐水解酶（bsh）基因簇，这些遗传基础支持其胃肠道耐受性。

安全风险警示
β-溶血试验显示阳性结果，基因组检测到细胞毒素K（cytK）和非溶血性肠毒素（nheA/nheB）基因。发现5个抗生素耐药基因包括β-内酰胺酶（bla1/bcII）和四环素耐药基因tet(45)，需警惕水平转移风险。氨基酸脱羧酶检测阴性提示不产生生物胺。

代谢通路解析
通过PCR扩增确认rihA/rihB（嘌呤核苷酶）和deoD/pnp（嘌呤核苷磷酸化酶）基因的存在。结合代谢产物分析，完整描绘出肌苷→次黄嘌呤、鸟苷→鸟嘌呤的两条降解途径。值得注意的是，菌株无法利用次黄嘌呤/鸟嘌呤作为唯一碳氮源生长，提示其代谢途径存在特异性。

这项研究首次系统报道了Bacillus parametracis YC06的基因组特征与嘌呤核苷降解能力的分子关联。其高效降解特性（1 g/L底物8小时完全降解）显著优于既往报道的乳酸菌菌株，这可能源于芽孢杆菌特有的多酶协同系统。研究创新性地采用比较基因组学策略，发现菌株携带独特的842个基因，为后续功能研究提供靶点。

尽管存在溶血素和抗生素耐药基因的安全隐患，研究者建议通过基因编辑技术敲除毒力因子，或开发灭活菌制剂规避风险。该菌株展现的胃肠液高耐受性（存活率>50%）和明确的代谢通路，使其成为治疗高尿酸血症的潜在活体生物药（LBP）候选。未来研究需开展动物实验验证其降尿酸效果，并通过全基因组测序监控应用过程中的基因组稳定性。

这项成果为理解肠道菌群-宿主嘌呤代谢互作提供了新视角，推动微生物疗法从经验筛选向理性设计转变。随着安全性的进一步优化，Bacillus parametracis YC06有望成为首个针对嘌呤吸收环节的微生态干预制剂，填补当前高尿酸血症治疗策略中"重排泄、轻吸收"的空白。