碳源调控下伯克霍尔德菌E264鼠李糖脂同系物生产的非靶向代谢组学研究

本研究针对传统鼠李糖脂(RL)生产菌株铜绿假单胞菌的致病性问题，采用非靶向代谢组学技术，系统分析了甘油和油酸作为碳源对非致病性伯克霍尔德菌(Burkholderia thailandensis) E264产RL同系物谱的影响。研究发现不同碳源可特异性诱导产生84种RL同系物，其中甘油主要促进二鼠李糖脂(di-RL C12:2-C16-C14)生成，而油酸偏好产生单鼠李糖脂(mono-RL C8:2-C16-C16)。通过PLS-DA分析鉴定出VIP>1.9的关键标志物，为RL生产的精准调控提供了新策略。

　　

在工业生物技术领域，鼠李糖脂(rhamnolipids, RLs)因其卓越的表面活性和环境友好特性，被广泛应用于石油开采、农业修复和食品加工等领域。传统生产菌株铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)虽是RL合成的"明星菌"，但其致病性特征严重制约了工业化应用。与此同时，RL分子的功能特性高度依赖其同系物(congener)组成——含有不同长度脂肪酸链(C₈-C₁₆)和鼠李糖数量的RL分子，在临界胶束浓度(CMC)和乳化指数(E₂₄)等关键参数上表现出显著差异。如何通过安全菌株获得特定功能的RL分子谱，成为当前研究的核心挑战。

马来西亚吉隆坡大学(Universiti Kuala Lumpur)的研究团队选择生物安全等级1级(BSL-1)的伯克霍尔德菌(Burkholderia thailandensis) E264作为模式菌株，该菌虽携带完整的rhlA/B/C合成基因簇，但其碳源代谢调控机制尚不明确。研究人员采用非靶向代谢组学(untargeted metabolomics)结合多元统计方法，系统解析了甘油和油酸两种碳源对RL同系物谱的调控规律，相关成果发表在《Journal of Biotechnology》。

研究采用LC/Q-TOF/MS技术平台，通过优化提取工艺获得RL代谢谱。实验设计包含三组生物学重复，培养周期长达9天(30°C)，采用改良矿物盐培养基(MSM)分别添加2%甘油(G4)或油酸(O2)作为碳源。通过正负离子模式扫描结合MS/MS碎裂，实现了84种RL同系物的结构注释，包括多种新型加合离子形式。

细菌生长特征

生长曲线显示甘油组(G4)在48小时内快速进入对数期(OD₆₀₀=1.6)，最终生物量达2.6±0.19；油酸组(O2)生长较缓但最终生物量相当(OD₆₀₀=2.4±0.02)。这表明不同碳源显著改变菌体代谢流分配，但不影响最终培养密度。

同系物谱差异

PLS-DA模型清晰区分两组碳源的RL谱：甘油组特异性产生二鼠李糖脂(di-RL)，优势同系物为C₁₀-C₁₂(VIP=2.15)；油酸组则富集单鼠李糖脂(mono-RL)，标志物为C₁₀-C_14:1(VIP=1.90)。热图分析揭示甘油组di-RL-C₁₄丰度提高2.94倍，油酸组mono-RL-C₈-C₁₀增加4.38倍。

结构-功能关联

研究证实长链RL(C₁₆-C₁₆)更利于降低界面张力(与低CMC相关)，而短链RL(C₈-C₁₀)表现出优越的乳化性能。这与油酸代谢产生更多C₁₆前体的生化特征高度吻合。

该研究首次绘制了B. thailandensis E264的完整RL代谢图谱，揭示碳源通过改变脂肪酸链延伸途径调控同系物谱的分子机制。实践层面，研究证明通过简单更换碳源即可定向获取特定功能的RL产品——甘油适合生产高乳化性RL，而油酸更利于合成高表面活性的长链RL。这种"代谢开关"策略为RL的定制化生产提供了新思路，同时规避了基因改造带来的监管风险。从技术角度看，非靶向代谢组学在发现新型RL同系物方面展现出独特优势，为复杂次级代谢产物的全面解析建立了方法学范式。