《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Rhodococcus-enriched draft genome reveals genetic potential for crude oil utilization and biosurfactant-linked metabolism
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•Rhodococcus sp. LS2 的基因组显示出氧化碳氢化合物的潜力•antiSMASH 识别出 18 个具有生物合成潜力的基因簇•来自 Rhodococcus sp. LS2 的生物表面活性剂可以降低表面张力并乳化原油引言原油及其衍生物是最普遍且持久的环境污染物之一。在
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Rhodococcus sp. LS2 的基因组显示出氧化碳氢化合物的潜力
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antiSMASH 识别出 18 个具有生物合成潜力的基因簇
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来自 Rhodococcus sp. LS2 的生物表面活性剂可以降低表面张力并乳化原油
引言
原油及其衍生物是最普遍且持久的环境污染物之一。在石油勘探、开采和运输过程中，经常会发生泄漏，导致周围土地和水生生态系统的广泛污染 [42]。原油中复杂的碳氢化合物混合物会根据暴露时间和受影响生物体的不同，引起毒性效应，包括急性致死效应和慢性亚致死效应 [40]。因此，有效的修复策略对于恢复受污染的环境至关重要。在可用的方法中，微生物修复被认为是一种环保、高效且成本效益高的替代传统物理化学方法的选择 [13]。虽然自然界中存在许多能够降解碳氢化合物的微生物，但由于石油碳氢化合物的顽固性质以及它们在水环境中的低生物利用度，这些微生物的活性通常受到限制。生物修复通过细菌、真菌和藻类等生物因子的作用克服了这些限制，这些生物因子通过产生生物表面活性剂来提高碳氢化合物的生物利用度，同时利用原油作为碳源 [47]。
生物表面活性剂是由多种微生物合成的生物源表面活性分子 [10]。由于其两亲性，这些分子同时具有亲水性和疏水性基团，从而能够降低表面张力和界面张力。这一特性使生物表面活性剂在各种工业和环境过程中非常高效 [55]。与化学合成的表面活性剂不同，微生物表面活性剂是一种可持续、可生物降解且环保的替代品，尤其是在在不溶于水的基质上培养时。生物表面活性剂的结构多样性赋予了它们出色的表面和界面特性，包括乳化、发泡和去污能力 [17]。已经研究了 Pseudomonas、Bacillus、Rhodococcus 和 Lysinibacilllus 属中的多种菌株在生物表面活性剂生产和原油降解中的作用 [47]。
Rhodococcus 是一种革兰氏阳性细菌，广泛分布于各种环境中 [46]。该属的成员因其卓越的代谢多样性而备受关注，使它们能够降解有机化合物（如碳氢化合物、芳香化合物和各种环境污染物质）[33]。除了代谢多样性外，Rhodococcus 属物种还表现出对恶劣环境条件的高度适应性，包括极端的 pH 值波动、温度和盐度条件 [35]。许多 Rhodococcus 属成员，如 R. erythropolis、R. opacus、R. ruber、R. fascians、R. longus 和 R. rhodochrous，已被研究其在有机污染物生物修复和有价值化合物生产中的潜在应用 [2]。然而，尽管它们具有公认的潜力，但对控制生物表面活性剂生产的酶途径和调控网络的基因组了解仍然有限。近期全基因组测序 (WGS) 的进展有助于识别参与生物表面活性剂合成的关键遗传决定因素和代谢途径，从而增强了细菌在大规模环境修复中的应用 [56]。
WGS 是研究编码生物表面活性剂生产相关酶的基因的强大方法。该技术为功能基因的识别和注释提供了有效的框架 [22]。完整的基因组序列有助于深入理解基因如何相互作用并调节基本的生物过程，包括细胞维持、生长和发育 [8]。此外，全基因组测序还有助于预测和表征负责微生物中生物表面活性剂合成的生物合成相关基因簇和代谢途径，从而揭示其生物表面活性剂生产的遗传潜力 [34]。
在这项研究中，从一处垃圾倾倒现场的土壤样本中分离出一种能够产生生物表面活性剂的细菌株，以下简称为 Rhodococcus sp. LS2。从该菌株中提取的基因组 DNA 进行了全基因组鸟枪法测序。由于测序文库中存在残留的非目标 DNA，因此采用了以基因组为中心的分箱方法来恢复富含 Rhodococcus 的草图基因组以进行后续分析。对该细菌进行了全面的功能基因分析和次级代谢产物生物合成预测，以研究其代谢能力。本研究的结果增强了我们对 Rhodococcus 属的遗传和代谢多样性的理解，并为未来的研究和生物技术应用（特别是在生物表面活性剂生产方面）提供了基因组资源。
小节摘录
化学品和试剂
用于制备最小培养基 (MSM) 的化学品 Na2HPO4、KH2PO4、MgSO4、(NH4)2SO4、FeSO4、CuSO4、ZnSO4、CaCl2 和 H3BO4 从 Fisher Scientific (Waltham, MA, USA) 购买。Luria Bertani (LB) 培养基从 HiMedia Laboratory, Mumbai 购买。所有用于分析目的的溶剂均为高效液相色谱 (HPLC) 级，并从 Merck (India) 购买。本研究中使用的所有试剂和化学品均为分析级。
根据富集培养结果，在添加了原油的 MSM 中培养了 15 株形态不同的细菌。其中，通过生化和微生物方法筛选并鉴定出一种能够有效利用原油作为唯一碳源的细菌株 LS2。LS2 在 LB 显色琼脂平板上的菌落呈橙色、光滑且圆形（图 1），并且为革兰氏阳性。LS2 表现出过氧化氢酶活性...
Rhodococcus 属细菌具有代谢多样性，能够利用疏水性碳源并产生表面活性代谢产物，从而提高碳氢化合物的可用性 [19]。在本研究中，表型分析和基于基因组的分析共同表明，LS2 菌株具有生物表面活性剂活性，以及与脂肪族和芳香族碳氢化合物利用、脂质分解和次级代谢产物生物合成相关的广泛遗传谱系。
基于培养的分析...
在这项研究中，采用了以基因组为中心的 WGS 工作流程来表征富含 Rhodococcus 的草图基因组，并评估其与原油利用相关的代谢潜力。基因组注释显示了广泛的编码能力，包括核心 RNA 基因组以及与碳氢化合物活化、芳香族化合物处理和脂质分解相关的注释候选功能。这些发现支持了基于基因组的代谢潜力推断，与原油利用相关...
Rachana Singh：撰写 – 审稿和编辑，监督。Pramod Kumar Sahu：撰写 – 审稿和编辑。Pallavi Gupta：撰写 – 初稿。
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Rachana Singh 表示阿米蒂大学 (Amity University Lucknow) 提供了行政支持、设备、药品或试剂。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
Pallavi Gupta|Pramod Kumar Sahu|Rachana Singh
