脂质降解菌Burkholderia arboris JYK2的脂肪酶与胞外聚合物协同作用机制及其在含脂废水生物处理中的应用

本研究首次揭示了Burkholderia arboris JYK2菌株在脂质底物诱导下，通过群体感应（QS）调控脂肪酶（lipase）和胞外聚合物（EPS）的协同作用机制。实验证实EPS含50%蛋白质和25%多糖，其疏水性可吸附脂肪酶并具生物表面活性剂功能，为优化含脂废水生物处理提供了新策略。

　　

脂质降解菌的筛选与鉴定

从日本五个地区的土壤样本中分离出高效脂质降解菌群，通过16S rRNA测序鉴定出Burkholderia arboris JYK2菌株。该菌株以植物油为唯一碳源时，脂质降解速率达46.29 mg/(l·h)，脂肪酶活性高达59.92 U/ml，显著优于Enterobacter sp.（61.9 mg/(l·h)但脂肪酶仅0.45 U/ml）等对照菌株。

底物特异性诱导机制

JYK2的脂肪酶分泌呈现底物依赖性：脂质和脂肪酸培养基中活性达50 U/ml，而甘油培养基中几乎无活性。通过油滴界面细菌聚集实验推测，疏水性底物促使菌体在油水界面富集，触发群体感应（QS）系统激活lipA基因表达。脂肪酸（如油酸）虽非脂肪酶作用底物，但能通过QS信号分子N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）间接诱导酶产生。

胞外聚合物(EPS)的动态特性

EPS产量与底物类型和浓度密切相关：

1. 脂质体系：20 ml/l浓度下EPS达2.813 g/l，含50%蛋白质和25%多糖，形成高疏水性基质（PN/PS=1.84-2.04）；
2. 脂肪酸体系：仅高浓度（≥20 ml/l）诱导显著EPS合成（2.165 g/l），低浓度（5 ml/l）几乎不产生；
3. 甘油体系：无EPS生成。
   实验首次发现低脂条件下EPS会被重新利用，推测其作为次级碳源维持代谢。

EPS功能验证

1. 脂肪酶固定化：Triton-X-100处理组检测到吸附于EPS的脂肪酶活性，证实蛋白基质通过疏水作用捕获酶分子；
2. 生物乳化作用：油滴实验显示EPS可使植物油形成透明晕圈，表面张力降低率达32%；
3. 应激保护：高脂环境（30 ml/l）中细菌将更多能量用于EPS合成而非增殖，细胞密度仅3.639×10⁹
   cells/ml，反映EPS对长链脂肪酸毒性的抵抗作用。

机制模型与应用前景

研究提出双阶段调控模型：

1. 初始阶段：疏水底物驱动菌体聚集→QS系统激活→脂肪酶和EPS协同分泌；
2. 稳态阶段：EPS通过乳化作用扩大底物接触面，同时吸附脂肪酶形成"酶库"提升降解效率。该发现为含脂废水处理工艺优化提供了菌种资源和理论依据，未来需通过GC-MS解析EPS组分及BATH实验验证菌体表面疏水性。