垃圾填埋场分离的Bacillus safensis Z1蛋白酶：工业应用潜力与特性研究

本研究针对微生物蛋白酶在工业生产中的需求，从黎巴嫩Sidon垃圾场分离出高产蛋白酶菌株Bacillus safensis Z1，通过优化培养条件（48 h/pH 7/40°C）获得分子量50 kDa的丝氨酸蛋白酶（PMSF抑制验证）。该酶在表面活性剂和商业洗涤剂（Omo、Persil等）中表现稳定，兼具蛋黄污渍清除和羽毛降解能力，为洗涤剂和废弃物处理行业提供了环保高效的生物催化解决方案。论文发表于《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》。

　　

在追求绿色工业化的今天，传统化学催化剂的局限性日益凸显——高污染、高能耗且特异性不足。而微生物蛋白酶因其高效、可降解的特性成为理想替代品，尤其在洗涤、皮革和废弃物处理领域需求迫切。然而，现有商业蛋白酶多来源于少数几种芽孢杆菌（如B. licheniformis），且碱性环境稳定性不足，限制了其应用范围。更棘手的是，全球每年产生数百万吨难降解的羽毛废弃物（含90%角蛋白），传统处理方法效率低下。这些痛点催生了从极端环境挖掘新型蛋白酶生产菌的研究热潮。

黎巴嫩贝鲁特阿拉伯大学（Beirut Arab University）的Zahra Abbass Farroukh团队独辟蹊径，将目光投向富含有机污染物的Sidon垃圾场（北纬33°32′48″，东经35°21′45″）。研究人员通过稀释涂布法从垃圾渗滤液中分离出6株产蛋白酶菌株，其中编号S1的菌株在脱脂牛奶平板上形成20 mm水解圈，经16S rRNA鉴定为Bacillus safensis Z1（GenBank PQ288697）。这项突破性研究近期发表于《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》。

研究采用多组学联用策略：通过表型筛选（脱脂牛奶平板+考马斯蓝染色）锁定高产菌株；16S rRNA测序完成分子鉴定；响应面法优化培养参数；硫酸铵分级沉淀结合SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳）纯化酶蛋白；紫外分光光度法测定酪氨酸释放量评估酶活；并创新性地引入蛋黄棉布污渍和羽毛降解实验验证工业应用潜力。

3.1 菌株筛选与鉴定

从垃圾场水样分离的6株菌中，S1菌株水解圈直径达20 mm，经革兰染色确认其为革兰阳性芽孢杆菌。系统发育树分析显示其与Bacillus safensis WHES512相似度达97.47%，命名为B. safensis Z1。

3.3 培养条件优化

在营养肉汤（NB）中40°C培养48小时时菌体密度（OD₆₀₀ 2.05）和酶活（16.7 U/mL）达峰值，显著优于LB培养基。pH 7时酶活最高（18.56 U/mL），在pH 6-9范围内保持>40%活性，显示广谱适应性。

3.4 碳氮源影响

葡萄糖和麦芽糖作为碳源时菌体生长最佳（OD₆₀₀ 1.81），酵母提取物促酶活效果最强（18.66 U/mL），而牛肉膏仅支持0.65的菌体密度。

3.5 酶学特性

80%硫酸铵沉淀获得3.5倍纯化酶，SDS-PAGE显示单一条带（50 kDa）。Ca²⁺（15 mM）使酶活提升33.7%，而Cu²⁺则抑制86.6%。1% SDS处理保留61.8%活性，5% Tween 20下残存46.02%活性。

3.8 应用验证

该蛋白酶与热灭活Omo洗涤剂联用40分钟可完全清除蛋黄污渍；10 U/mL浓度下24小时即降解羽毛主轴，对照组则无变化。

这项研究首次系统报道了B. safensis Z1蛋白酶的工业特性。其独特优势在于：中温（40°C）和中性pH（7.0）下的高活性降低了工业能耗；对Ca²⁺的依赖性提示可通过添加钙离子提升稳定性；在1% SDS和商业洗涤剂中的耐受性（Omo兼容性87.7%）突破了传统酶制剂的局限性。尤为重要的是，羽毛降解能力为处理每年全球逾500万吨禽类废弃物提供了生物方案，相比传统焚烧法可减少90%的碳排放。

研究者特别指出，该酶同时受PMSF（苯甲基磺酰氟）和EDTA（乙二胺四乙酸）抑制的矛盾现象，暗示其可能是一种新型Ca²⁺依赖性丝氨酸蛋白酶，这为理解蛋白酶催化机制提供了新视角。团队下一步计划通过基因敲除验证关键活性位点，并开展500升发酵罐的规模化试生产。随着环保法规日趋严格，这种从垃圾场"变废为宝"的蛋白酶，或将成为绿色制造的新标杆。