蜜蜂源Paenibacillus菌株毒素系统的特征解析：新型昆虫病原菌进化分支的发现与生物农药潜力

本研究针对蜜蜂幼虫病原菌Paenibacillus的毒素系统展开深入探索，通过基因组挖掘技术揭示了P. alvei、P. apiarius和P. thiaminolyticus等菌株携带Spp-like、Mpp-like等新型昆虫毒素，首次发现革兰氏阳性菌中罕见的TcABC毒素系统。研究阐明了这些毒素与已知病原菌P. larvae的进化差异，为开发宿主特异性生物农药提供了新思路。

　　

蜜蜂作为重要的传粉昆虫，其种群健康直接关系到全球农业生产和生态平衡。然而，由革兰氏阳性菌Paenibacillus larvae引起的美洲幼虫腐臭病（American Foulbrood, AFB）每年造成巨大经济损失，其孢子对抗生素的耐药性使得焚烧感染蜂巢成为唯一控制手段。值得注意的是，在死亡蜜蜂幼虫中还分离出P. alvei、P. apiarius等近缘菌种，但这些菌株的致病机制和进化地位长期未获解析。

这项发表在《Scientific Reports》的研究通过多组学方法揭示了Paenibacillus属中一个此前未被认识的昆虫病原菌进化分支。研究人员对50株蜜蜂源菌株进行全基因组测序，结合NCBI数据库的117个基因组数据，采用Validated Bacterial Core Genes（VBCG）系统发育分析、细菌杀虫蛋白数据库（BPPD）挖掘、全基因组比对（MAUVE）等技术，首次系统鉴定了这些菌株携带的毒素系统及其基因组特征。

系统发育分析揭示新型昆虫病原菌进化分支

最大似然法构建的系统发育树显示，P. larvae独立于其他蜜蜂源菌株形成单独分支，而P. alvei、P. apiarius等菌株构成一个全新进化分支（图1）。该分支与已知昆虫病原菌的进化距离表明，昆虫致病性在Paenibacillus属中可能经历了多次独立进化。

毒素谱分析发现新型杀虫蛋白

基因组挖掘鉴定出5类杀虫毒素：Cry、Mpp（MTX2-like）、Mtx、Spp（Sphaericolysin-like）和Vpb（图2）。其中Spp-like毒素在进化分支内高度保守（同源性>85%），其通过结合胆固醇形成膜孔的特性与人类病原菌（如产气荚膜梭菌）的毒素类似。Mpp-like毒素则呈现物种特异性分布，P. alvei与P. apiarius的Mpp基因簇相似度显著高于P. thiaminolyticus（图4B-C）。

革兰氏阳性菌中罕见的TcABC毒素系统

最引人注目的发现是在P. apiarius和P. alvei中鉴定出典型的TcABC毒素系统（图5A），这类通常存在于革兰氏阴性菌（如沙门氏菌）的"分子注射器"能递送ADP-核糖基转移酶毒素。结构域分析（图6）证实其含有功能性TcA（穿孔蛋白）、TcB（连接蛋白）和TcC（毒素载体）组件，其中TcC的C端超变区可能决定宿主特异性。

讨论与展望

该研究首次系统阐述了Paenibacillus属中独立于P. larvae的昆虫病原菌进化分支，其携带的Spp-like、Mpp-like毒素和TcABC系统为开发新型生物农药提供了候选分子。特别是Tc毒素在蜜蜂（非靶标生物）与目标害虫间可能存在的选择性毒性，为设计生态友好型杀虫剂提供了理论依据。研究者建议后续应重点评估这些毒素对农业害虫（如日本甲虫）的杀伤效力，并解析TcC受体结合域的分子机制以指导精准改造。

这项研究不仅拓展了对蜜蜂相关微生物组的认知，更重要的是发现了一个潜在的"毒素工具箱"——这些经过自然进化筛选的蛋白质可能成为对抗日益严峻的害虫抗药性问题的新武器。随着化学生态学与合成生物学技术的结合，这些发现或将为可持续农业发展开辟新路径。