"Mesobacillus aurantius" S13菌株的基因组解析与虾青素生物合成：极端环境微生物资源的生物技术潜力

研究人员从烟花工业废料堆土壤中分离出一株新型产色素细菌"Mesobacillus aurantius" S13，通过多相分类学方法（含全基因组测序、ANI分析）确认其分类地位，解析其4.81 Mbp基因组中虾青素(canthaxanthin)生物合成途径的MEP通路关键基因，为天然色素工业化生产提供了极具价值的微生物资源。

　　

烟花工业废料堆积场是典型的极端环境，含有重金属（钡、锶、铜）、氧化剂（高氯酸盐、硝酸盐）和残余碳氢化合物等污染物，这些物质不仅破坏土壤微生物群落，还促使具有抗氧化防御机制的色素产生菌进化存活。在这样的背景下，类胡萝卜素（carotenoids）作为一类重要的异戊二烯类色素，其抗氧化和光保护功能成为微生物适应恶劣环境的关键。其中虾青素(canthaxanthin)因其在食品、化妆品和制药领域的广泛应用价值备受关注，但传统从藻类或放线菌获取的方式面临产量和可持续性挑战。

印度科学与工业研究委员会-皮革研究所（CSIR-CLRI）的研究团队从印度蒂鲁吉拉伯利Sivakasi地区烟花工业废料堆（9° 24′ 56.9″ N，77° 55′ 13.14″ E）分离到一株橙色色素产生菌S13。通过多相分类学方法（包括表型特征分析、16S rRNA基因测序、DNA-DNA杂交、平均核苷酸一致性ANI和全基因组测序）将其鉴定为"Mesobacillus aurantius"新菌株（保藏编号MTCC13141/VKM B-3583/NBIMCC 9084）。研究采用紫外-可见光谱、HPLC和质谱等技术鉴定了其产生的色素为虾青素，并通过基因组注释揭示了完整的甲基赤藓糖醇磷酸(MEP)通路和虾青素合成相关基因簇。相关成果发表在《Gene Reports》上。

关键技术包括：（1）从烟花工业废料堆土壤样本中分离菌株；（2）多相分类学鉴定（表型、生理生化、分子系统发育）；（3）全基因组测序（4.81 Mbp）和功能注释；（4）虾青素光谱学鉴定（UV-Vis、HPLC-MS）；（5）生物合成通路生物信息学分析。

【Isolation of canthaxanthin-producing bacteria】

从LB培养基分离的S13菌株在烟花工业污染土壤中展现出独特适应性，其橙色色素产生能力显著优于其他分离株。

【Isolation and molecular identification of strain S13】

通过16S rRNA基因分析（GenBank MZ453086）和EzBioCloud比对，确定其与"Mesobacillus aurantius" JC1013亲缘关系最近（98.5%相似性），但DNA-DNA杂交（23.6%相似性）和ANI值（79.3%）支持其为新分类单元。

【Discussion】

基因组分析揭示S13具有完整的MEP通路（非甲羟戊酸途径）和crtE/crtB/crtI/crtY/crtZ等虾青素合成基因，解释了其在重金属和氧化压力环境中的生存优势。相比其他产虾青素微生物（如蓝细菌、放线菌），该菌株具有更快的生长速度和更高的环境耐受性。

【Conclusions】

该研究首次报道了从极端工业污染环境分离的"Mesobacillus aurantius" S13菌株的虾青素生产能力，其4.81 Mbp基因组中鉴定的MEP通路和色素合成基因为微生物法生产高价值色素提供了新资源。菌株对重金属和氧化应激的抗性机制，以及通过基因工程提高虾青素产量的潜力，使其在医药（抗氧化剂）、化妆品（天然色素）和生物燃料（类异戊二烯前体）领域具有重要应用前景。

研究得到印度科技部（DST-SERB EMR/2014/00605）和CSIR主要实验室项目（MLP）支持，相关菌种已提交至MTCC、VKM和NBIMCC三大保藏中心。