新型卡布里亚莱斯芽孢杆菌还原硒酸盐生成红色硒纳米颗粒的优化及其抗菌活性研究

《BMC Microbiology》：Bioremediation and optimization of selenate reduction by a novel Bacillus cabrialesii strain (Se1) producing red selenium nanoparticles with potential antibacterial activity

本研究针对环境中毒性硒酸盐(Se(VI))污染问题，分离出一株新型卡布里亚莱斯芽孢杆菌(Bacillus cabrialesii)Se1，通过Box-Behnken设计优化其硒酸盐还原工艺，成功合成具有抗菌活性的红色硒纳米颗粒(Se-NPs)。该菌株在pH 7.8、31℃、10天培养条件下，硒产量达151.311 μmol，其合成的Se-NPs对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌具有显著抑制效果，为生物修复和纳米药物开发提供了新策略。

　　

在工业快速发展的今天，重金属污染已成为全球性环境挑战，其中硒污染尤为突出。硒是生物体必需的微量元素，但高浓度的硒酸盐(Se(VI))和亚硒酸盐(Se(IV))却具有强毒性，可通过工业废水、农业排放等途径进入环境，威胁生态系统和人类健康。传统物理化学修复方法成本高且易产生二次污染，而微生物还原法则展现出独特优势——将可溶性硒酸盐转化为无毒的红色元素硒(Se⁰)或硒纳米颗粒(Se-NPs)，既实现环境修复，又获得高附加值的纳米材料。

近日发表于《BMC Microbiology》的研究突破性地分离出一株高效硒酸盐还原菌，并通过系统优化使其硒产量提升39%，所产Se-NPs对耐药菌表现出显著抑制效果。这项研究为硒污染生物修复和绿色合成抗菌纳米材料提供了双赢解决方案。

研究人员采用响应面法(Box-Behnken Design)、光谱学表征(UV-Vis、XRD、FTIR)和透射电镜(TEM)等技术，结合16S rRNA基因测序菌株鉴定，系统评估了硒纳米颗粒的抗菌活性。实验菌株来源于埃及开罗工业废水污染土壤。

菌株分离与鉴定

从阿纳尼运河污染土壤中成功分离出五株硒酸盐还原菌，其中菌株Se1还原效率最高，产量达108.8±1.846 μmol。通过16S rRNA基因测序鉴定为Bacillus cabrialesii strain Se1（GenBank登录号PP945477），这是该菌株具有硒酸盐还原能力的首次报道。

硒纳米颗粒表征

UV-Vis光谱在224、229、231 nm处出现特征吸收峰，证实元素硒形成。XRD图谱显示无定形结构，FTIR分析表明蛋白质、多糖等生物分子参与Se-NPs的包覆与稳定。TEM显示细胞内分布粒径11.9-25 nm的球形纳米颗粒。

工艺优化与验证

通过Box-Behnken设计确定最优条件：乳酸钠3.6 g·L^-1、pH 7.8、温度31℃、培养时间10天、硒酸盐浓度7.6 g·L^-1。验证实验测得硒产量153.75±1.2 μmol，与预测值(151.311 μmol)高度吻合。

抗菌活性评估

Se-NPs对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抑菌圈直径分别为12.5±0.3 mm和20±0.08 mm，表明其具有广谱抗菌潜力。

该研究首次证实Bacillus cabrialesii的硒酸盐还原能力，建立了高效硒纳米颗粒绿色合成体系。所产Se-NPs具有显著抗菌活性，为环境硒污染治理和新型抗菌剂开发提供了创新思路。这种"以废治废"的策略不仅降低了纳米材料合成成本，还为解决抗生素耐药性问题提供了新方向，在环境修复和生物医学领域具有重要应用前景。