嗜盐古菌Haloarcula japonica SST1产人凝集素结合型胞外多糖：生产特性、基因组解析及免疫调节潜力

本研究针对极端环境微生物资源开发与高值化利用，团队从亚美尼亚地下盐矿分离嗜盐古菌Haloarcula japonica SST1，解析其胞外多糖(EPS)的生产特性、化学结构与生物合成基因簇，并创新性评价其与人类C型凝集素的相互作用。研究表明蔗糖培养基中EPS产量达628.4 mg L?1，糖蜜作为廉价底物展现循环生物经济潜力；EPS为甘露糖-半乳糖-葡萄糖异聚物(分子量10–100 kDa)，可特异性结合DC-SIGN、Langerin和MR等免疫受体，为开发免疫调节剂提供新方向。

　　

极端环境中的微生物长期进化出独特的适应性机制，其中嗜盐古菌产生的胞外多糖（EPS）因其特殊的理化性质和生物活性备受关注。目前微生物EPS的生产成本高、结构功能研究不足，且极端环境来源的EPS与人体免疫系统的互作机制尚不明确。来自亚美尼亚埃里温国立大学的团队从亚美尼亚阿万地下盐矿（新特提斯洋遗迹）中分离出一株嗜盐古菌Haloarcula japonica SST1，系统研究其EPS的生产优化、化学特性、生物合成机制及免疫识别潜力，成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用底物优化策略发现蔗糖为最佳碳源（EPS产量628.4 mg L^?1），糖蜜作为廉价替代底物产量达275.2 mg L^?1，凸显其循环生物经济价值。通过凝胶过滤色谱、HPAE-PAD、GC-MS和NMR技术解析EPS为甘露糖、半乳糖和葡萄糖组成的异聚物（摩尔比1:0.85:0.39），分子量呈10–100 kDa异质分布。基因组分析鉴定出4个EPS生物合成基因簇，含糖转运蛋白（ABC转运体、PTS系统）、糖核苷酸前体合成酶（如UDP-葡萄糖差向异构酶、UTP-葡萄糖-1-磷酸尿苷酰转移酶）和糖基转移酶。最引人注目的是，ELISA固相实验发现原始EPS能结合人C型凝集素DC-SIGN、Langerin和甘露糖受体（MR），提示其通过模式识别受体调控先天免疫的潜力。

关键技术方法包括：①从300米深地下盐矿采样并采用富集培养与多轮纯化分离菌株；②表型鉴定（电子显微镜、生理生化试验、极性脂质TLC）；③全基因组测序（Illumina平台）与功能注释（CheckM、antiSMASH、dbCAN2等工具）；④EPS产量优化（不同碳源与糖蜜底物发酵）；⑤化学结构分析（HPAE-PAD、GC-MS、NMR、凝胶色谱）；⑥免疫结合实验（Fc标签人C型凝集素与HRP-TMB检测系统）。

菌株表型特征与分类鉴定

菌株SST1细胞呈三角或菱形，最适生长条件为37°C、pH 7.0–7.5、20% NaCl，可利用葡萄糖、半乳糖、蔗糖等碳源。极性脂质分析显示甲基化二醚磷脂特征。通过全基因组测序克服16S rRNA基因异质性难题，基因组大小4.1 Mb（GC含量61.4%），与H. japonica DSM 6131^T的ANI值为97.63%，dDDH相似度83.7%，确认为H. japonica新菌株。

EPS生产与化学特性

蔗糖培养基中EPS产量最高（628.4 mg L^?1），碳水化合物占比48.5%，糖蜜底物虽产量较低但成本优势显著。EPS含10.8%糖醛酸和4.3%蛋白质，分子量分布广泛（10–100 kDa）。单糖组成以甘露糖为主，含半乳糖和葡萄糖，无GalNAc（与MGL不结合的结果一致）。

基因组视角下的EPS生物合成机制

鉴定出8个EPS相关基因簇，Cluster 4与H. hispanica Cluster 1高度同源，含UDP-葡萄糖6-脱氢酶、糖基转移酶和ABC转运蛋白基因。Cluster 3涉及琥珀酰聚糖合成蛋白和寡糖基转移酶。这些基因簇共同负责糖激活、聚合和分泌，支撑EPS的结构多样性。

EPS与C型凝集素的相互作用

原始EPS与DC-SIGN、Langerin和MR发生钙依赖性结合，但不结合MGL（因其依赖终端GalNAc）。结合特异性由EPS的甘露糖/半乳糖/葡萄糖组成介导，暗示其可能通过免疫受体调节炎症反应或病原体识别。

该研究首次系统报道了地下盐环境来源H. japonica SST1的EPS生产潜力、结构特性及免疫结合活性。通过基因组注释揭示了古菌EPS生物合成的遗传基础，底物适应性（尤其是糖蜜利用）为低成本微生物多糖生产提供范例。EPS与C型凝集素的特异性结合为开发新型免疫调节剂或药物递送系统奠定基础，未来需进一步解析EPS精细结构、体内活性和生物合成调控网络。