砷污染土壤中Microbacterium paraoxydans BHS25的基因组与功能解析：揭示微生物适应性与生物修复潜力

本研究针对孟加拉国砷污染土壤生态系统中微生物适应性机制不明的问题，通过比较基因组学揭示了Microbacterium paraoxydans BHS25的代谢多样性及其环境适应策略。研究人员完成该菌株的首个孟加拉国全基因组测序（3.49 Mb，GC含量70.12%），鉴定出砷（arsC/arsB/acr3）、镉锌（czcD/copB）等重金属抗性基因簇，发现其携带链霉素（14基因）、青霉素等抗生素合成通路及植物生长素合成能力。该成果发表于《BMC Genomics》，为砷污染治理和微生物资源开发提供新思路。

　　

在孟加拉国博格拉地区的砷污染土壤中，一种微小却强大的细菌正悄然改变着科学家对极端环境微生物的认知。砷污染作为全球性环境问题，不仅威胁着数亿人的饮水安全，还通过食物链蓄积引发皮肤病变、神经系统损伤等健康危机。传统物理化学修复方法成本高昂且易造成二次污染，而微生物修复因其环境友好特性成为研究热点。然而，对于砷污染热点地区——孟加拉国而言，本土高效砷转化微生物的资源挖掘和机制研究仍属空白。

针对这一科学问题，达卡大学微生物学系的研究团队首次从博格拉砷污染土壤（砷含量0.49 mg/kg）中分离出Microbacterium paraoxydans BHS25菌株，通过全基因组测序和比较基因组学分析，系统解析了其环境适应机制与生物技术潜力。这项发表于《BMC Genomics》的研究，不仅填补了孟加拉国环境微生物基因组资源的空白，更揭示了微生物应对重金属胁迫的进化创新策略。

研究团队采用Illumina平台完成全基因组测序（3.49 Mb），通过SPAdes组装和Prokka/RAST注释获得3,415个蛋白编码基因。利用FastANI进行平均核苷酸相似性分析，结合PATRIC服务器构建系统发育树。通过CARD、VFDB等数据库预测抗性基因，KEGG/COG分析代谢通路，并采用合成生物学方法验证基因簇功能。

基因组特征与系统发育
BHS25基因组显示70.12%的高GC含量，携带47个tRNA和5个rRNA基因。通过ANI分析（96.11%相似性）确认其与俄罗斯LTR1菌株及国际空间站分离株F6_8S亲缘最近，暗示这类微生物具有跨极端环境传播的潜力。

重金属抗性机制
研究发现BHS25具有复杂的砷解毒系统：

• 砷酸盐还原酶arsC将As(V)转化为As(III)
• 膜转运蛋白acr3和arsB介导砷外排
• 调控蛋白arsR控制基因表达
  此外，czcD/copB等基因赋予其对Cd²⁺/Zn²⁺/Cu²⁺的多重抗性，MIC实验显示其可耐受15 mM亚砷酸钠。

代谢多样性
COG分类显示28%基因参与氨基酸代谢，19%与碳水化合物利用相关。值得注意的是：

• 次级代谢途径包含链霉素（14基因）、青霉素（7基因）等抗生素合成簇
• 携带完整植物生长素（IAA）合成通路（trpA/trpB/mao等基因）
• 苯甲酸降解（10基因）和卤代烷烃代谢（9基因）显示强污染物转化能力

比较基因组学启示
与17个全球菌株比较发现：

• 核心基因组仅含17个必需基因（如rpsO、parA）
• 砷抗性操纵子在近缘菌株中高度保守，但存在基因拷贝数变异
• 远端菌株如77MFTsu3.2甚至缺失完整砷抗性操纵子

这项研究首次绘制了孟加拉国环境菌株的全基因组图谱，揭示微生物通过基因水平转移和局部扩增适应砷污染的进化策略。其多重抗性机制和抗生素合成能力，为开发生物修复制剂提供了理想模板。特别值得关注的是，该菌株兼具环境修复与农业应用潜力——既能降解土壤砷污染，又能通过分泌生长素促进作物生长，这种"一菌多用"特性使其在可持续农业领域具有独特价值。研究还警示了vanB基因簇介导的万古霉素抗性可能通过环境菌株传播的风险，为公共卫生监测提供了新视角。