γ射线低剂量辐射对地衣芽孢杆菌产聚谷氨酸的影响：癌症放疗药物载体的潜在突破

本研究针对微生物合成聚谷氨酸(PGA)的工业化应用瓶颈，通过筛选埃及本土高产菌株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)，采用Plackett-Burman多因子优化技术显著提升PGA产量达24 g/L。创新性发现低剂量γ辐射(2-70 Gy)不会改变PGA的结构稳定性，经FTIR、TGA、DLS等多维表征验证，为癌症放疗期间PGA作为药物载体的安全性提供重要依据。

　　

在追求绿色可持续发展的时代背景下，微生物合成的生物聚合物因其环境友好特性备受关注。聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid, PGA)作为一种由谷氨酸单体通过酰胺键连接形成的特殊阴离子均聚物，凭借其可食用、水溶性、非免疫原性和完全可生物降解等特性，在医药、化妆品和农业等领域展现出巨大潜力。然而，当前PGA生产面临两大关键挑战：一是产量不足制约工业化应用，二是作为药物载体时对放疗环境的适应性未知。

针对这些问题，埃及原子能管理局和国家辐射研究技术中心的研究团队开展了一项创新研究。他们从埃及15个地区的土壤样本中筛选出高产PGA的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)CCASU-2025-77，通过Plackett-Burman实验设计优化培养条件，使产量提升33%达到24 g/L。更重要的发现是，该团队首次系统评估了低剂量γ辐射(2-70 Gy，相当于癌症患者放疗剂量)对PGA结构稳定性的影响，为PGA作为放疗期间药物载体的应用扫清了关键障碍。

研究采用了四项关键技术方法：(1)16S rRNA测序鉴定菌株；(2)Plackett-Burman多因子实验设计优化培养参数；(3)傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)表征PGA结构；(4)动态光散射(DLS)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析辐射后分子量变化。所有实验均在严格控制的⁶⁰
Co辐射源下完成，剂量率0.575 kGy/h。

研究结果部分显示：
筛选与鉴定：从82份土壤样本中分离的98株细菌中，地衣芽孢杆菌CCASU-2025-77表现出最高PGA产量，经16S rRNA鉴定其与GenBank中PQ287404株同源性达99%。

工艺优化：通过Plackett-Burman设计确定pH=7、谷氨酸40 g/L、酵母提取物40 g/L、接种量2 mL为最佳条件，模型拟合度R²
=90.83%。与标准菌株Bacillus subtilis ATCC6633相比，优化后产量提升33%。

结构表征：FTIR光谱显示特征吸收峰：3400 cm^-1
(O-H)、2935 cm^-1
(N-H)、1650 cm^-1
(酰胺I带)，薄层色谱(TLC)证实水解产物为谷氨酸(R_f
=0.33)。

辐射稳定性：2-70 Gyγ辐射后，FTIR特征峰无位移，TGA显示两阶段热分解(220-375°C)，DLS检测粒径变化<13%，LC-MS维持274 m/z特征峰，证明结构完整性。

结论部分强调，该研究实现了三重突破：首先，本土菌株CCASU-2025-77的PGA产量达行业领先水平；其次，首次证实PGA在癌症治疗相关辐射剂量下的稳定性；最后，建立了完整的PGA生产-表征-评估技术体系。讨论部分特别指出，γ辐射后PGA的酰胺键和羧基保持稳定，这一发现为开发"放疗兼容型"药物递送系统提供了分子基础，未来可探索PGA与抗肿瘤药物的复合制剂。论文发表在《AMB Express》，为生物聚合物在精准医疗中的应用开辟了新路径。