海绵共生放线菌新属Actinospongicola halichondriae的基因组特征与宿主适应性研究

本研究首次从波罗的海面包屑海绵Halichondria panicea中成功分离出酸微菌纲(Acidimicrobiia)新菌株Hal317T，通过多相分类学方法确立其为Iamiaceae科新属新种Actinospongicola halichondriae。研究团队采用全基因组测序和表型分析揭示了该菌株独特的L-岩藻糖代谢途径和磷酸盐利用系统，为理解海绵-微生物共生机制提供了重要模型。该成果发表于《Antonie van Leeuwenhoek》，填补了酸微菌纲海绵共生菌培养资源的空白。

　　

在浩瀚的海洋中，海绵就像一座座微型的"微生物酒店"，为无数细菌提供独特的生存环境。其中酸微菌纲(Acidimicrobiia)作为放线菌门的重要类群，虽在深海和热泉等极端环境屡有发现，却始终未能在海绵宿主中获得纯培养菌株。这个谜团困扰着微生物生态学家——究竟是培养条件限制，还是这类细菌与宿主存在特殊依存关系？更令人困惑的是，宏基因组研究反复显示酸微菌纲成员广泛分布于不同海绵物种，暗示它们可能在海绵生理或防御中扮演关键角色。

中国科学院微生物研究所与德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的科研团队，从波罗的海基尔峡湾采集的面包屑海绵Halichondria panicea中，通过添加N-乙酰-D-甘露糖胺的 Baltic Sea培养基，经过6周耐心培养，终于获得突破性进展。研究人员分离出一株编号Hal317^T的革兰氏阳性杆菌，其16S rRNA基因序列与已知酸微菌纲模式菌株相似度仅为84.86-91.54%，基因组分析更揭示出诸多独特特征。这项发表于《Antonie van Leeuwenhoek》的研究，不仅建立了海绵源酸微菌纲的首个纯培养代表，更解码了其适应宿主微环境的分子机制。

研究团队采用牛津纳米孔测序技术完成基因组组装，结合比较基因组学和表型组学方法系统分析。关键实验技术包括：1）基于波罗的海海水培养基的微需氧培养技术；2）Nanopore长读长全基因组测序；3）平均核苷酸相似性(ANI)和保守蛋白百分比(POCP)等基因组分类学分析；4）API ZYM酶活性测试系统；5）气相色谱-质谱联用(GC-MS)脂肪酸分析。

【基因组特征与分类学地位】

通过Flye v2.9.3组装的4.08 Mb基因组显示，Hal317^T的DNA G+C含量(68.70%)低于Iamiaceae科其他成员。系统发育树显示其与Dermatobacter hominis Kera-3^T聚枝，但支持率不足。基因组比较揭示其与近缘菌株的ANI<71.49%、dDDH<14.2%、POCP<50.30%，均低于属级划分阈值。化学分类显示主要脂肪酸为C_18:1 ω7c(42.3%)和C_16:1 ω7c(23.1%)，呼吸醌以MK-9(H₈)为主，这些特征支持其作为Iamiaceae科新属的地位。

【海绵适应性特征】

基因组功能注释发现多个与海绵环境适应相关的通路：1）非磷酸化L-岩藻糖代谢途径含L-岩藻糖酸脱水酶(EC:4.2.1.68)等关键酶；2）完整的磷酸盐特异性转运(Pst)系统和磷酸酯酶基因簇；3）编码几丁质酶(EC:3.2.1.14)和β-半乳糖苷酶(EC:3.2.1.23)的CAZymes基因；4）应激响应系统包括ectoine合成酶和7类毒素-抗毒素模块(如ParE1/3/4-ParD1/3/4)；5）独特的谷氨酸ABC转运系统(GluABC)和双组分调控系统PhoBR。

【独特代谢潜能】

比较基因组强调Hal317^T的代谢特色：1）完整的牛磺酸降解途径(tauD基因)将硫元素循环利用；2）碳氧化酶(coxLMS)可能参与CO氧化产能；3）酰基高丝氨酸内酯水解酶(EC:3.1.1.81)或干扰群体感应；4）尿素酶系统(UreABC)和固氮相关基因暗示氮代谢多样性。这些特征在其他Iamiaceae成员中未见报道。

研究结论指出，Actinospongicola halichondriae gen. nov., sp. nov.的建立不仅扩充了酸微菌纲的分类框架，其基因组揭示的海绵特异适应机制更具深远意义：1）L-岩藻糖代谢可能参与海绵细胞外基质重塑；2）磷酸盐高效获取系统反映海绵环境中磷限制的选择压力；3）丰富的抗毒素系统或为抵御海绵防御分子提供保障。研究人员特别强调，该菌株的培养成功证实了添加海绵源碳水化合物(N-乙酰氨基糖)和模拟自然海水条件的策略有效性，为后续分离更多"难培养"共生菌提供了方法学范式。这项研究为解密海绵-微生物长期共进化关系打开了新窗口，其发现的独特代谢途径更在生物技术和药物开发领域展现出应用潜力。