基于全基因组测序的Ureibacillus massiliensis功能潜力与应用研究：从系统分类到生物转化与微塑料降解

本研究针对Ureibacillus massiliensis（U. massiliensis）基因组信息匮乏的问题，通过全基因组测序解析其系统分类地位与功能特征。研究人员分离获得新菌株B05，揭示其携带239个毒力因子（VFs）和4种抗生素抗性基因（ARGs），证实其碳水化合物酶（CAZymes）代谢优势及ginsenoside Rb1→Rd转化潜力，并阐明P450酶（CYP152K6）在微塑料降解中的协同机制。该研究为微生物资源开发提供理论基础，发表于《BMC Microbiology》。

　　

在微生物资源开发与环境污染治理的交叉领域，一类名为Ureibacillus massiliensis（U. massiliensis）的革兰氏阳性菌正引发研究者浓厚兴趣。这种最初从脑膜炎患者脑脊液中分离的细菌，历经两次分类学修订才最终归属Ureibacillus属，其复杂的系统发育背景如同微生物界的"身份谜题"。更引人关注的是，前期研究发现该菌既能高效转化人参皂苷Rb1为药用价值更高的Rd，又能与芽孢杆菌协同降解聚乙烯等微塑料，这种"一菌双能"的特性使其成为绿色生物制造和环境修复的理想候选。然而，基因组信息的严重匮乏——NCBI数据库仅存1个由156个片段组成的草图基因组——严重制约着对其功能机制的深入挖掘和实际应用开发。

针对这一瓶颈问题，江西省医疗器械检测中心与江西农业大学生物科学与生物工程学院的研究人员开展了一项突破性研究。他们从一批无菌检验不合格的医用防护口罩中成功分离出新菌株B05，通过全基因组测序技术绘制出该菌的首个完整基因组图谱，并系统解析了其系统分类地位、潜在致病性、代谢特征及环境应用潜力。这项发表于《BMC Microbiology》的研究，如同为这个微生物界的"多面手"绘制了一份精细的"基因身份证"和"技能说明书"。

研究团队采用多组学联用策略：通过Illumina MiSeq平台进行PE150测序，SPAdes软件完成基因组组装；利用OrthoFinder构建39株赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus）和Ureibacillus属菌株的直系同源基因簇（OGs）系统发育树；结合VFDB、CARD、CAZy等数据库进行毒力因子、抗生素抗性和功能基因注释；通过P450Rdb数据库预测微塑料降解相关酶系统。

系统分类学新见解

研究揭示菌株B05与已知U. massiliensis参考基因组（GCF_002200855）的平均核苷酸一致性（ANI）达97.99%，远超物种界定阈值。有趣的是，系统发育分析发现Lysinibacillus timonensis等菌株与Ureibacillus属的基因交流频率反而高于同属菌株，基因流网络分析显示12株Lysinibacillus在Ureibacillus簇中的ANI值（76.5-90.6%）甚至高于其与同属菌株的相似度（77.1-81.0%）。这些发现如同在微生物分类学领域投下一枚"震撼弹"，提示现行基于单基因的分类体系可能需要重新审视。

潜在致病性警示

基因组注释发现B05携带239个毒力因子（VFs），包括39个鞭毛合成基因（fliC、flgK等）、27个荚膜合成基因和21个脂多糖（LPS）生物合成基因。特别值得注意的是脑内皮细胞侵袭相关脂蛋白（Lmb）基因的检出，这为解释原始菌株能从脑脊液分离提供了分子线索。耐药基因分析则发现4个糖肽类耐药基因（vanY/vanT/vanW）和1个大环内酯耐药基因（msr(G)），主要通过修饰肽聚糖前体靶位点产生耐药性。

生物转化黄金钥匙

CAZy数据库分析显示，B05编码66个碳水化合物活性酶，其中糖基转移酶（GTs）占51.5%（GT2家族达47.06%），糖苷水解酶（GHs）占18.2%（GH3家族占16.67%）。这种独特的酶系构成如同为ginsenoside Rb1→Rd转化量身定制的"分子剪刀"——GT2可特异性水解Rb1末端的O-glc(6→1)glc键，GH3则负责β-D-吡喃葡萄糖基的水解转移。与已报道的Cladosporium fulvum相比，该菌株的转化效率提升30%，展现出工业化应用潜力。

微塑料降解新机制

研究首次在U. massiliensis中鉴定出CYP152K6家族P450酶（ctg171_1），该酶可催化月桂酸（C12:0）羟基化为3-羟基月桂酸。虽然单独作用有限，但与Bacillus licheniformis的P450酶（O08336家族）形成功能互补：后者催化RH→ROH的初始氧化，前者则负责后续代谢。这种"接力式"降解机制解释了为何共培养系统对低密度聚乙烯（LDPE）和聚苯乙烯（PS）的降解效率提升3倍。

这项研究如同打开U. massiliensis的"潘多拉魔盒"，不仅解决了长期困扰研究者的分类学争议，还揭示其"亦敌亦友"的双重属性——既需警惕其携带的毒力因子，又可开发其卓越的转化与降解能力。特别在微塑料污染日益严峻的背景下（海洋中微塑料总量已超1.5亿吨），该菌株与芽孢杆菌的协同降解体系为"白色污染"治理提供了全新思路。研究者特别指出，下一步将聚焦GH3和GT2酶的异源表达优化，以及P450酶系的定向改造，推动该菌从基础研究走向实际应用。正如通讯作者Jinyuan Wu强调的："这项研究不仅填补了U. massiliensis基因组信息的空白，更搭建了连接微生物分类学、临床医学和环境生物技术的跨学科研究框架。"