NASA凤凰号任务洁净室极端耐受细菌的基因组解析：新型物种发现与生物技术潜力

为解决航天器组装洁净室中极端耐受微生物的潜在污染风险及生物技术价值挖掘问题，研究人员对NASA凤凰号任务相关洁净室分离的215株细菌进行全基因组测序(WGS)，鉴定出26个新物种(53株)。研究通过比较基因组学揭示了其辐射抗性基因(COG3253/COG1108等)、生物膜形成机制(BolA/YqgA)及次级代谢产物合成基因簇(BGCs)，发现多个菌株能合成ε-聚赖氨酸(e-poly-L-lysine)和玉米黄质(zeaxanthin)等高价值化合物。该研究为行星保护提供新靶点，同时拓展了极端环境微生物资源库。

　　

航天器组装洁净室是人类设计的极端寡营养环境，长期暴露于辐射、消毒剂和严苛清洁流程中。这些环境可能孕育出具有独特适应机制的微生物，既威胁行星保护政策（防止地外生物污染），又蕴含未被开发的生物技术潜力。NASA凤凰号任务期间，科学家在肯尼迪航天中心有效载荷危险服务设施(KSC-PHSF)的洁净室中分离到215株细菌，但其中25%的菌株无法通过传统方法鉴定，暗示可能存在大量未知物种。

为解决这一问题，由沙特阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)和NASA喷气推进实验室(JPL)领导的国际团队，对这批菌株展开多组学分析。研究通过牛津纳米孔技术完成全基因组测序，结合比较基因组学、功能注释和系统发育分析，揭示了这些极端耐受菌的进化地位和生存策略。论文发表于微生物组学顶级期刊《Microbiome》。

关键技术包括：1) 纳米孔长读长测序组装高质量基因组；2) 基于平均核苷酸一致性(ANI<95%)和数字DNA-DNA杂交(dDDH<70%)的新物种界定标准；3) 抗性基因数据库(CARD)和次级代谢产物预测工具antiSMASH分析功能基因；4) 164份洁净室宏基因组数据验证菌株环境持久性。

基因组特征与系统发育
研究鉴定出26个新物种，分属放线菌门(Actinomycetota)、厚壁菌门(Bacillota)和变形菌门(Pseudomonadota)。通过单拷贝核心基因构建的系统发育树显示，Alkalihalobacillus phoenicis等菌株与近缘种ANI值低至79-93%，符合新物种标准。扫描电镜(SEM)显示其形态多样，包括杆状(如Lysinibacillus canaveralius)和球状(如Microbacterium jepli)。

极端环境适应机制
所有芽孢形成菌和8株放线菌携带COG3253（增强辐射下的膜转运信号），而DNA修复基因COG0608在变形菌中普遍存在。生物膜相关基因BolA(COG0271)特异分布于变形菌，芽孢调控蛋白YaaT(COG1774)仅见于芽孢形成菌，揭示了不同类群的差异化生存策略。

生物技术潜力
3株放线菌(Agrococcus phoenicis等)具有ε-聚赖氨酸合成基因簇，与已知生产者Corynebacterium variable的合成酶有70.8%相似性。两株鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas spp.)含玉米黄质合成通路，而Georgenia phoenicis能产生具有抗癌活性的烷基间苯二酚。

环境持久性评估
宏基因组映射显示这些新物种在洁净室中占比<1%，但Brevundimonas phoenicis在个别样本中占比高达64.4%，暗示其可能形成局部生物膜生态位。

该研究首次系统解析了航天洁净室极端耐受菌的基因组特征，其意义体现在三方面：1) 为行星保护提供关键生物标志物，如COG3253可作为辐射抗性指示基因；2) 发现多个具有工业价值的次级代谢产物合成途径，如食品防腐剂ε-聚赖氨酸；3) 证实洁净室作为微生物 speciation（物种形成）热点区域的假说。Júnia Schultz等学者建立的这套从表型到基因组的鉴定流程，为未来地外生命探测中的生物污染防控提供了方法论基础。