本土芽孢杆菌发酵海藻解锁新型生物活性：杜氏海膜藻的生物转化与功能提升研究

研究人员针对海藻生物活性成分利用率低的问题，利用本土芽孢杆菌（Bacillus spp.）发酵杜氏海膜藻（Halymenia durvillei），显著提升了其抗菌、驱虫和自由基清除活性。通过ESI-MS/MS分析发现发酵产物中新增45种化合物，包括表面活性素簇和维生素K2等关键代谢物，为开发功能性海洋生物制品提供了新策略。

　　

海藻作为传统食品和药物来源已有数百年历史，尤其在亚洲地区，流行病学研究表明高海藻摄入人群的心血管代谢疾病和饮食相关癌症发病率显著降低。然而，海藻中复杂的细胞壁多糖结构严重限制了其生物活性成分的释放和生物利用度。以菲律宾广泛分布的杜氏海膜藻（Halymenia durvillei）为例，尽管其富含抗菌、抗氧化等高价值代谢物，但现有加工技术难以充分释放其潜能。

针对这一挑战，圣卡洛斯大学生物学系应用微生物与分子生物学实验室的研究团队创新性地采用本土分离的芽孢杆菌（Bacillus altitudinis、B. australimaris和B. safensis）对杜氏海膜藻进行发酵处理。研究发现，经过15天静态发酵后，B. safensis（FHBS）处理组展现出最显著的生物活性提升：对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）的最小抑菌浓度（MIC）分别达2.5 mg/mL和5 mg/mL；对线虫模型Mesorhabditis sp.的半致死浓度（LC₅₀）为2.25 mg/mL；DPPH自由基清除活性的半抑制浓度（IC₅₀）降至8.15 mg/mL，较未发酵组提升近6倍。

研究采用三项关键技术：通过pH值、还原糖浓度和总平板计数（TPC）监测发酵进程；采用微量肉汤稀释法测定抗菌活性；运用高分辨电喷雾串联质谱（ESI-MS/MS）进行代谢组学分析。结果显示，FHBS发酵液中共鉴定出45种独特化合物，包括表面活性素（surfactin）簇（m/z 1008-1050）、维生素K₂（menaquinone-7，m/z 649.449）和虾青素（astaxanthin，m/z 596.385）等高活性物质。这些代谢物在未发酵组中均未检出，证实了微生物发酵对海藻化学成分的显著改造作用。

在发酵参数部分，研究揭示了B. safensis的独特代谢优势：其发酵体系pH值从7.83降至3.32，还原糖浓度在6-15天间提升71%（0.62→1.06 mg/mL），菌落数峰值达9.29 log CFU/mL。抗菌实验显示FHBS对革兰氏阳性菌和阴性菌均具显著抑制效果，抑菌圈直径分别达8.13 mm和10.50 mm。化学分析则发现发酵产物中新增的脂肪酸衍生物（如油酸、十八碳烯酸）和萜类化合物（如β-谷甾醇）可能是活性增强的关键物质。

讨论部分强调，这是首次系统研究本土芽孢杆菌对杜氏海膜藻的生物转化作用。发酵过程中微生物分泌的水解酶有效降解了海藻细胞壁多糖，释放出结合态活性成分，同时通过次级代谢合成新的生物活性物质。特别是表面活性素等脂肽类物质的产生，为解释抗菌活性的提升提供了分子基础。该研究为开发新型海洋功能性食品和药物提供了理论依据，同时证实了利用土著微生物进行海藻发酵的工业化潜力。

论文的创新性在于：首次将分离自宿主的Bacillus safensis应用于海藻发酵；建立了发酵产物活性成分与生物效应的直接关联；提出的静态发酵方案具有设备要求低、适合推广的特点。未来研究可进一步优化发酵条件，并探究特定代谢物（如维生素K₂簇）的生物合成途径，为精准化生产高附加值海藻制品奠定基础。