益生菌悖论：贝莱斯芽孢杆菌通过铁载体劫持机制驱动致病性溶藻弧菌增殖

本研究揭示了海洋养殖系统中一个意想不到的生态互作：益生菌贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)产生的儿茶酚型铁载体bacillibactin被致病性溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)通过多重铁载体受体(IutA/IrgA/VctA)系统劫持，导致病原菌在铁限制条件下获得3.4倍生长优势。该发现为水产养殖中弧菌病暴发提供了新的铁限制生态学解释，对益生菌筛选标准提出了重要警示。

　　

在海洋生态系统中，铁元素的生物可利用性极低，这种限制条件引发了微生物间激烈的铁获取竞争。作为应对策略，许多细菌进化出铁载体(siderophore)这种高亲和力铁螯合剂。然而，这种生存策略也催生了一种"作弊"行为——某些细菌通过保留铁载体受体但丢失合成基因，窃取其他微生物产生的铁载体。这种现象在弧菌属(Vibrio)中尤为突出，它们通常编码比自身铁载体合成系统更多的受体基因，展现出惊人的"海盗"能力。

溶藻弧菌(V. alginolyticus)是水产养殖中主要的致病菌，但其在铁限制环境中爆发性增殖的生态机制尚不明确。海南大学热带水生生物技术与资源利用教育部重点实验室的研究团队发现，该病原菌能劫持益生菌贝莱斯芽孢杆菌(B. velezensis)产生的铁载体bacillibactin，实现竞争性生长优势。这项颠覆性发现发表于《ISME Communications》，为理解水产养殖系统中弧菌病暴发提供了新的生态学视角。

研究人员采用多组学联用技术开展研究：通过CAS平板筛选从养殖系统分离106株产铁载体细菌；运用HPLC-ESI-MS鉴定bacillibactin结构；基于GTDB数据库进行bacillibactin生物合成基因簇(BGC)的基因组规模分析；结合基因敲除和qPCR解析受体功能冗余；采用RNA-seq揭示代谢重编程机制；最后通过共培养实验验证生态竞争关系。

Phylogenetically diverse siderophore-producers rescue iron-restricted growth of V. alginolyticus HN08155

研究发现17%的产铁载体菌株能显著促进溶藻弧菌HN08155在铁限制条件下的生长，其中贝莱斯芽孢杆菌WD26-16的促进作用最强。值得注意的是，溶藻弧菌自身合成的铁载体vibrioferrin在实验室条件下无法满足其铁需求。

Catecholic siderophore bacillibactin from B. velezensis WD26-16 fuels V. alginolyticus HN08155 proliferation

通过Arnow试验和LC-MS/MS鉴定，WD26-16分泌儿茶酚型铁载体bacillibactin。基因组分析显示其含有完整的dhbABCDEF基因簇，负责将分支酸转化为2,3-二羟基苯甲酸(DHB)并最终合成bacillibactin。

Bacillibactin BGCs are ubiquitous in marine Bacillus species

对GTDB数据库中115株海洋芽孢杆菌的分析显示，86.1%的菌株保留完整bacillibactin BGCs，其中贝莱斯芽孢杆菌菌株的保守性高达97%，表明这种铁载体介导的互作在海洋环境中具有普遍性。

Functionally overlapping siderophore receptors arsenal empowers V. alginolyticus HN08155 to pirate bacillibactin

转录组分析发现bacillibactin特异性上调iutA、irgA、peuA和vctA四种受体基因。基因敲除实验揭示IutA、IrgA和VctA存在功能重叠，缺失单个受体会引发其他受体的补偿性上调，形成"故障保护"机制。

Bacillibactin triggers global transcriptional changes to empower V. alginolyticus HN08155 fitness under iron limitation

RNA-seq分析显示bacillibactin诱导2,601个差异表达基因(占基因组49%)，显著激活TCA循环、氧化磷酸化和氨基酸生物合成等通路，同时上调核糖体基因表达，形成协同代谢网络支持快速增殖。

V. alginolyticus HN08155 acquires growth advantage in iron-limited co-culture with siderophore-producing B. velezensis

共培养实验证实，溶藻弧菌通过劫持bacillibactin获得3.4倍生长优势，在竞争中将贝莱斯芽孢杆菌的比例压制至28%，相对适应度常数达2.6。

这项研究揭示了一个生态学悖论：本应抑制病原菌的益生菌，通过分泌铁载体意外促进了致病菌的增殖。从机制上看，溶藻弧菌通过保留多重铁载体受体(IutA/IrgA/VctA)获得功能冗余，能高效劫持bacillibactin；从进化角度看，海洋芽孢杆菌中bacillibactin合成基因簇的高度保守性，暗示这种互作可能普遍存在。研究发现颠覆了传统认知，为水产养殖中弧菌病防控提供了新思路：在益生菌筛选中需评估其铁载体产生能力，避免形成"特洛伊木马"效应。该研究也为理解海洋微生物铁限制适应策略提供了范例，表明受体介导的铁载体劫持可能是弧菌属在贫铁环境中占据优势的关键生态位策略。