基于眼虫胞外代谢物群体感应调控的石油烃降解代谢机制研究

本研究针对生物刺激剂调控微生物群体感应（QS）系统促进石油污染物降解的机制不明问题，通过QS抑制剂（eugenol）破坏铜绿假单胞菌LNR1的QS系统，揭示眼虫胞外代谢物（EME）通过调控信号分子（C4-HSL/3-oxo-C12-HSL/PQS）合成、转运（MexAB-OprM系统）及信号转导，增强柴油降解的关键通路，为石油污染修复提供低成本可持续策略。

　　

石油污染治理一直是环境科学领域的重大挑战。尽管微生物降解技术展现出巨大潜力，但实际应用中常因微生物活性不足、代谢效率低下及群落协同作用有限而受限。如何通过生态友好的方式激活微生物的降解潜能，成为研究者们关注的焦点。群体感应（Quorum Sensing, QS）系统作为微生物间的“通讯网络”，能够协调群体行为，但其在污染物降解中的调控机制仍是一团迷雾。尤其令人困惑的是，生物刺激剂如何通过QS系统影响微生物的代谢功能？这一问题的解答，将为石油污染修复提供全新的策略。

针对这一科学难题，中国的研究团队以柴油高效降解菌铜绿假单胞菌LNR1为模型，结合QS抑制剂（eugenol）反向解析策略，深入探究了眼虫胞外代谢物（Extracellular Metabolites of Euglena, EME）增强石油烃降解的分子机制。相关成果发表在环境领域顶级期刊《Journal of Hazardous Materials》上，为生物刺激剂的实际应用奠定了理论基础。

研究团队首先通过高通量筛选确定了eugenol作为特异性QS抑制剂，其在抑制QS系统的同时不影响细菌生长。随后采用分子对接技术解析eugenol与QS系统关键蛋白的相互作用，结合转录组学、代谢组学和多组学联用技术，系统评估了QS抑制对菌株生理代谢的影响。实验所用菌株分离自石油污染土壤，其基因组数据已提交至NCBI数据库（BioProject PRJNA955132）。

QS抑制对降解代谢的影响
研究发现，eugenol显著降低了柴油降解率（抑制率达70%），并下调了羟化酶和脱氢酶等关键降解基因的表达。同时，细菌胞外聚合物（EPS）合成和生物膜形成受到明显抑制，证实QS系统通过调控这些生物学过程影响污染物降解效率。

信号分子合成与转运机制
深入分析发现，eugenol可同时抑制三种信号分子（C4-HSL、3-oxo-C12-HSL和PQS）的合成。其中3-oxo-C12-HSL在胞内异常累积，暗示其转运系统受阻。转录组数据显示，信号分子合成基因及3-oxo-C12-HSL外排泵系统（MexAB-OprM）相关基因均显著下调。分子对接进一步揭示，eugenol与转运蛋白MexA具有强亲和力，直接阻碍了3-oxo-C12-HSL的跨膜运输。

信号转导调控网络
研究还发现eugenol能与信号转导相关的转位酶和受体蛋白形成氢键相互作用，干扰QS信号的识别与传递。这种多靶点干预解释了EME通过“合成-转运-转导”三位一体的调控模式增强QS活性的机制。

这项研究首次系统阐明了生物刺激剂EME通过重塑QS系统核心环节（信号分子合成、RND外排泵介导的转运及受体识别）来激活石油烃降解代谢通路的分子机制。其创新性体现在三方面：一是揭示了MexAB-OprM系统在3-oxo-C12-HSL转运中的关键作用，解决了长期学术争议；二是建立了QS调控与降解代谢的功能关联，为生物修复提供了精准靶点；三是开发的“抑制剂反向验证”策略，为复杂环境微生物调控研究提供了方法论参考。

从应用角度看，该研究证实了EME作为低成本生物刺激剂（仅需5%添加量即可提升65%降解率）的工程化潜力。相比传统化学处理方法，这种基于微生物自主调控的策略更具环境友好性和可持续性。未来通过优化EME组分或结合其他生物刺激手段，有望开发出更高效的石油污染修复技术，为“双碳”目标下的环境治理提供新思路。