从土著筛选到中试发酵：全面表征新型食品级益生菌候选菌株枯草芽孢杆菌YZ01

这篇研究系统表征了新型益生菌候选株枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）YZ01，通过全基因组测序揭示其携带5个环形抗菌肽基因簇，证实其具有体外降解尿酸（54.13%）和核苷（41.21%）的生物活性。研究整合基因组学与表型分析，验证了该菌株的耐酸胆盐特性（存活率>90%）、粘附能力（4h自聚率71.25%）及工业发酵潜力（100L发酵罐密度达6.12×1010 CFU/mL），为开发改善高尿酸血症的功能食品提供了安全高效的微生物资源。

　　

基因组特征与进化地位

枯草芽孢杆菌YZ01的基因组测序显示其具有4,069,856 bp的环状染色体结构，GC含量43.88%，预测编码4,261个基因。COG功能注释显示299个基因参与氨基酸转运代谢（E类），245个基因涉及碳水化合物代谢（G类），其中79个基因与核苷酸代谢（F类）直接相关。通过2,198个单拷贝直系同源基因构建的系统发育树表明，YZ01与工业菌株CW14和MJ01亲缘关系最近，基因组大小差异在38-212 kb范围内。值得注意的是，泛基因组分析揭示该菌株携带28.7%的特有基因，包括5个预测的抗菌肽合成基因簇。

尿酸与核苷降解机制

该菌株在24小时内可降解54.13%的尿酸和41.21%的核苷（初始浓度分别为1.68 g/L和1.12 g/L）。HPLC分析鉴定出降解产物别嘌呤醇（3.927 min保留峰）、鸟嘌呤（5.577 min）和黄嘌呤（5.887 min）。基因组挖掘发现完整的代谢通路基因：pucL编码尿酸氧化酶催化尿酸转化为5-羟基异尿酸，pucM编码水解酶进一步生成别嘌呤醇；而嘌呤核苷磷酸化酶（deoD）和黄嘌呤脱氢酶（xdh）则介导核苷的逐步降解。粗酶实验证实0.43 g/L蛋白浓度下12小时可清除0.41 g/L尿酸。

益生特性解析

压力耐受相关基因（rsbV/W/X应激反应调控簇和5个胆盐水解酶bsh基因）的表型验证显示：pH 2.0环境下3小时存活率91.3%，0.3%胆盐暴露5小时存活率达96.8%。自聚集实验显示4小时聚集率71.25%，显著高于对照菌株DC-11（18.33%）。溶剂亲和性测定揭示其表面疏水性为：氯仿37.24% > 乙酸乙酯35.94% > 二甲苯19.02%，基因组中鉴定到ctpB、luxS等粘附相关基因。抗菌肽预测发现subtilosin A和sublancin 168合成基因簇，其中sactipeptide修饰酶BmbF可能通过硫醚键增强抗菌活性。

安全性评估

根据GB 31615.2-2025标准，基因组筛查发现240个潜在毒力因子基因中仅clpC（75.2%相似性）等4个基因与VFDB数据库匹配。表型验证显示：血琼脂无溶血现象，Caco-2细胞暴露24小时存活率>90%（细胞悬液与上清液处理组）。抗生素敏感性测试符合CLSI M45标准，对8类抗生素（包括万古霉素MIC≤2 μg/mL）均敏感。氨基酸脱羧酶实验证实不产生尸胺、腐胺等生物胺。

工业化应用验证

通过单因素优化确定最佳培养条件：37°C、pH 7.0、2%接种量、葡萄糖为碳源、蛋白胨为氮源、碳氮比5:1。在100L发酵罐中实施放大培养，最终获得6.12×10¹⁰ CFU/mL的菌体浓度，经冻干后收得305.59 g菌粉。该工艺验证了菌株在食品工业化生产中的可行性，为其在功能性食品开发中的应用奠定基础。

研究创新性地将土著菌株筛选、基因组-表型关联分析、安全评估与工业化验证相结合，完整展示了枯草芽孢杆菌YZ01作为兼具尿酸降解功能与食品级安全特性的益生菌开发路径。特别是通过比较基因组学揭示的抗菌肽合成基因簇和purine代谢通路，为开发针对高尿酸血症的微生态制剂提供了理论依据。