随着全球能源消耗持续增加和常规轻质油资源的减少，重油开发受到了广泛关注（Sun et al., 2025）。重油占全球石油资源的70%以上，是一种重要的战略能源（Xiong et al., 2024）。高效开发重油储层对于缓解常规轻质油短缺带来的压力至关重要（Raheem et al., 2022）。重油中存在的树脂、沥青质、杂原子和重金属使其具有不良特性。特别是高密度（>920 kg/m3）、高粘度（>100 mPa·s）和低API比重（<20°）阻碍了油在储层和井筒中的流动（Jaseer et al., 2025）。因此，与轻质油储层相比，重油储层的开采技术要求更高（Wang et al., 2022）。重油的开发可以通过冷采和热采技术实现（Xue et al., 2025）。然而，这些技术成本高昂且操作复杂，存在储层损坏和二次污染的风险。此外，严格的环境政策也带来了额外的挑战（Wang et al., 2025）。因此，需要创新、经济高效且环保的重油提取和生产策略。
微生物强化采油（MEOR）技术在重油提取方面已被证明是有效的（Nikravesh et al., 2024, Das et al., 2025）。该技术利用微生物及其代谢产物来提高残余油的提取效率。MEOR过程可以延长油井的使用寿命并维持其经济可行性（Raouf et al., 2024）。与传统的气体或化学注入方法相比，MEOR通过减少油的毛细管捕获效应解决了油提取的主要瓶颈（Das et al., 2025）。此外，MEOR是一种经济高效的方法，能够减轻石油提取和生产活动对环境的影响（Nikravesh et al., 2024）。MEOR的效果取决于储层中功能性微生物的代谢能力。在各种微生物群体中，降解石油烃的细菌在MEOR的早期阶段起着关键作用。典型的降解菌包括Bacillus、Pseudomonas、Acinetobacter和Alcanivorax（Wang et al., 2025）。许多研究强调了利用本土微生物开发重油储层的优势（Galitskaya et al., 2023, Kang et al., 2024）。这可能归因于微生物对环境压力的耐受性、对脂肪烃和芳香烃的主动降解能力以及同时产生的有用的生物产物（Sun et al., 2017, Chen et al., 2025）。最近的研究表明Bacillus菌株具有降解重烃的能力，并能提高石油回收率。例如，一种B. subtilis菌株在实验室培养14天后，有效降解了重油中的长链烃，使油粘度降低了77.5%，石油回收率提高了28.4%（He et al., 2023）。在野外条件下，含有B. subtilis的混合菌群使中国车排子油田的日平均石油产量提高了2.5吨（Kang et al., 2024）。
Bacillus降解重油的能力依赖于由特定基因编码的一组酶。例如，alkB、ladA、CYP153、cmtA、benB-xylY、catE和pcaH基因编码了专门或通用的石油烃降解酶。这些酶包括烷烃单加氧酶、醛脱氢酶、细胞色素P450单加氧酶和双加氧酶，它们有助于复杂烃类的分解和芳香烃的环裂解（Das et al., 2024）。Tang et al.（2023）揭示了Bacillus的基因组特征，并确定了Bacillus-介导的单环或多环芳香烃（PAHs）降解的机制。发现cmtA benB-xylY和catE基因参与了芳香烃的降解。此外，重油生物降解的成功还取决于生物产物的存在。特别是生物表面活性剂和生物乳化剂可以增强复杂有机分子的生物可利用性（Freitas et al., 2023）。
Bacillus菌种拥有生产表面活性剂的基因，如表面活性素（sfp、srfA）、iturin（ituA、ituB、ituC）和plipastatin（degQ、pps、lpa-8）（Jadeja et al., 2019, Das et al., 2024）。此外，在Bacillus中还发现了产生表面活性剂的基因盒（Surf A）（Markande et al., 2021）。表面活性剂的两亲性质使它们能够形成稳定的胶束，从而提高烃类的生物可利用性，降低界面张力，促进油的扩散（Cai et al., 2024, Zhao et al., 2025）。来自Bacillus sp. IITD106的皂苷类表面活性剂被证明可以溶解PAHs，并使石油回收率提高至63.0%（Zargar et al., 2022）。许多细菌菌株通过表型和生化分析被评估其降解石油烃的潜力。然而，关于烃类降解菌的基因型研究不足，这限制了我们对微生物在生物降解过程中遗传反应的理解（Freitas et al., 2023）。一些研究对具有原油降解能力的细菌菌株进行了全基因组测序和注释（Rungsihiranrut et al., 2023, Tang et al., 2023）。然而，关于Bacillus菌株及其参与重油生物降解的完整代谢途径的研究仍然较少。全基因组分析提供了编码表面活性剂、铁载体和负责石油烃降解的代谢酶的功能基因的遗传信息（Kumar et al., 2023）。这为预测重油生物降解的代谢途径和发现新的次级代谢产物生成途径提供了可能。
在这里，我们分离出了具有生物表面活性剂产生能力的重油降解细菌，并筛选出一种具有高降解效率的B. subtilis菌株。该测试菌株是从重油储层中获得的，不同于之前从普通原油中分离出的表面活性剂产生Bacillus菌株。许多已建立的Bacillus菌株在降解重油中的高分子量烃方面能力有限（Fernandes et al., 2024）。在优化条件下，B. subtilis菌株在重油环境中表现出罕见的特性组合：它具有较高的生物表面活性剂产量、高效的-烷烃和芳香烃降解能力，以及关键烃类代谢酶的遗传决定因子。考虑到其对高粘度重油环境的自然适应性，这种B. subtilis菌株可能在重油MEOR中优于其他从原油中分离出的菌株。通过结合全基因组测序和功能性生物降解检测，我们全面了解了B. subtilis的重油降解能力的遗传基础。B. subtilis的独特性质使其成为重油回收的有希望的候选菌株，区别于之前描述的Bacillus菌株。本研究的目标是（i）确定B. subtilis中与重油生物降解和生物表面活性剂合成相关的核心基因和假定蛋白质；（ii）基于全基因组分析预测B. subtilis降解石油烃的代谢途径。
