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为探究链霉菌（Streptomyces spp.）在重金属污染环境中的适应机制及物种演化，研究人员对波兰一旧矿堆分离出的两种潜在新链霉菌进行基因组分析。结果发现它们在系统发育、代谢上存在差异，且有多种适应重金属的机制。该研究为理解微生物进化提供依据。
在微生物的奇妙世界里，那些生活在极端环境中的小家伙们总是充满了神秘色彩。就拿链霉菌来说，它们广泛分布于各种环境，尤其是土壤中，能产生具有抗菌、抗病毒、抗癌等多种特性的次生代谢物，在工业和生物修复等领域有着巨大的应用潜力。然而，目前对于链霉菌在极端环境下的生存奥秘，我们了解得还远远不够。比如，它们是如何应对重金属污染的？在这种恶劣环境下，新的链霉菌物种又是如何诞生的？这些问题就像一团团迷雾，吸引着科研人员去探索。
为了揭开这些谜团，来自斯洛伐克帕沃尔?约瑟夫?沙法里克大学（Pavol Jozef ?afárik University）的研究人员踏上了研究之旅。他们将目光聚焦在从波兰塔尔诺夫斯基古雷（Tarnowskie Góry）的一个前矿堆中分离出的两种潜在新链霉菌物种上，深入剖析其基因组，试图找到答案。最终，他们的研究成果发表在了《BMC Microbiology》杂志上。
研究人员采用了一系列先进的技术方法来开展研究。首先，通过 16S rRNA 基因序列分析对分离菌株进行初步鉴定，确定其所属类别。接着，运用全基因组测序技术，获取菌株的基因组信息。在此基础上，借助多种生物信息学工具，如 TYGS、JSpeciesWS、OrthoVenn3 等，进行基因组相关分析，包括系统发育分析、比较基因组分析等。同时，利用 agar dilution assay 测定菌株对重金属的耐受性，采用 O - CAS agar method 检测铁载体的产生。
下面来看看具体的研究结果。在形态学特征方面，P9 和 P17 菌株的菌落形态存在细微差异，P9 菌落呈米色、圆形、边缘扇贝状，P17 菌落则是褶皱状、边缘波状、白色，且二者均呈现出链霉菌属典型的革兰氏阳性丝状结构。
16S rRNA 基因序列及全基因组分析显示，P9 和 P17 均属于链霉菌属，但二者在系统发育上存在差异。P9 与 Streptomyces lateritius JCM 4389 形成一个进化枝，P17 与 Streptomyces cupreus PSKA01 形成一个进化枝，且它们与各自最接近的亲缘种的 dDDH 值、ANI 值均未达到同物种的分类阈值。此外，二者在基因组大小、GC 含量、基因数量等方面也有所不同，并且在代谢相关基因上存在差异，例如在 “芳香化合物代谢”“碳水化合物代谢” 等类别。
在重金属耐受性基因的研究中，发现两种菌株都含有多个与重金属耐受性相关的基因，如 ars 操纵子、cop 操纵子、mer 操纵子等，不过部分基因存在差异，如 cadA 基因仅在 P9 基因组中发现。同时，研究还发现非污染环境分离的菌株中，与汞和镉耐受性相关的基因较少。
抗生素抗性基因方面，在 P9 和 P17 基因组中均预测到与利福平（rifampin）和万古霉素（vancomycin）抗性相关的基因，但 P17 菌株的万古霉素抗性机制可能不完整。
关于次生代谢物预测，P9 和 P17 菌株的基因组中分别鉴定出 27 个和 38 个参与次生代谢物生产的基因簇（BGCs），其中许多基因簇与已知基因簇相似度较低，甚至有部分未匹配到已知基因簇，暗示可能存在新型化合物。此外，两种菌株都能产生铁载体，且通过实验证实其产生的是异羟肟酸型铁载体。
在研究结论与讨论部分，研究表明 P9 和 P17 可能代表链霉菌属中两个新的、系统发育不同的物种，不过还需要进一步分析确认。它们在代谢和次生代谢物生产方面存在差异，这可能与它们在环境中获取能量和应对竞争的方式有关。同时，两种菌株对重金属的高耐受性由多种机制保证，包括特异性和非特异性的外排泵、相关抗性基因等。而且，一些适应机制，如重金属耐受性基因和铁载体的产生，可能是对极端环境的预适应。这些发现不仅为理解链霉菌在极端环境下的生存和演化提供了重要线索，也为挖掘新的生物活性化合物、开发新的药物和生物修复技术奠定了基础，对微生物学、生态学以及相关产业的发展都具有重要意义。
