巴西曲霉属Flavi组菌株收藏的分类学重新鉴定与生物技术潜力：探索曲酸生产

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Taxonomic re-identification and biotechnological potential of a Brazilian Aspergillus section Flavi collection: exploring kojic acid production

　　

曲霉属Flavi组的物种因其产生代谢物（如真菌毒素和有机酸）的能力而受到认可。曲酸（kojic acid）因其在淡化皮肤瑕疵方面的功效而在化妆品市场获得广泛认可。这些物种的重要性使得其正确鉴定和保藏至关重要。本研究旨在对巴西URM菌种保藏中心（WDCM 604）保藏的曲霉属Flavi组菌株进行分类学重新鉴定，并研究其产曲酸的潜力。首先，研究人员基于DNA序列（CaM和BenA）对194株曲霉属Flavi组菌株进行了复苏和鉴定。此外，研究人员在合成固体培养基上评估了99株菌株产曲酸的能力。针对每个物种选择一株代表性菌株，分别以甘蔗糖蜜（sugarcane molasses）和玉米浆（corn steep liquor）作为碳源和氮源，通过深层发酵评估曲酸产量。采用高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）进行曲酸定量分析。在深层发酵中，Aspergillus caelatus URM 4242表现出最高产量（10.65 ± 0.4 g/L，产率为0.54 g/g）。研究结果强调了菌种保藏中心、分类学重新鉴定以及评估这些生物库中保藏菌株生物技术潜力的重要性。

《曲霉属Flavi组巴西菌株收藏的分类学重新鉴定与生物技术潜力：探索曲酸生产》论文解读

**研究背景与问题**

曲霉属（Aspergillus）Flavi组包含多种具有重要经济意义的物种，这些物种既能产生有益代谢物（如曲酸、工业酶），也能产生有害真菌毒素（如黄曲霉毒素）。曲酸因其在化妆品中的美白功效而备受关注，市场需求日益增长。然而，该组内物种形态相似，传统表型鉴定方法难以区分隐存种，导致菌种保藏中心中许多菌株的分类学信息不准确。巴西URM菌种保藏中心（WDCM 604）自1954年起保藏了大量曲霉属Flavi组菌株，但多数菌株仅基于形态学鉴定，未能反映当前分类学进展。此外，尽管曲酸具有重要应用价值，利用农业工业废弃物（如甘蔗糖蜜和玉米浆）作为低成本底物生产曲酸的研究仍不充分，且缺乏对保藏菌株系统分类学重新鉴定与生物技术潜力评估的综合研究。因此，本研究旨在通过分子系统发育方法重新鉴定URM保藏中心中的曲霉属Flavi组菌株，并评估其利用低成本底物产曲酸的潜力。

**研究内容与结论**

研究人员对URM保藏中心中198株原鉴定为曲霉属Flavi组的菌株进行了复苏和分子鉴定（基于CaM和BenA基因序列），最终确认194株属于该组，并鉴定出11个物种。随后，研究人员在固体培养基上对99株菌株进行曲酸产率筛选，并选取每个物种的代表性菌株（共12株）进行深层发酵，以甘蔗糖蜜和玉米浆分别作为碳源和氮源，采用HPLC定量分析曲酸产量。结果表明，所有菌株均能利用这些低成本底物产曲酸，其中Aspergillus caelatus URM 4242产量最高（10.65 g/L，产率0.53 g/g），且该菌株不产生黄曲霉毒素，具有良好安全性。该研究首次评估了多个物种（如A. arachidicola、A. nomiae等）的曲酸产量，并首次报道了A. luteovirescens从人类临床样本中分离，提示其潜在致病性。论文发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》。

**主要关键技术方法**

1. **分子系统发育分析**：提取菌株基因组DNA，扩增钙调蛋白（CaM）和β-微管蛋白（BenA）基因，通过最大似然法（ML）和贝叶斯推断（BI）构建系统发育树，参考外模式菌株序列进行物种鉴定。
2. **曲酸定性筛选**：在固体培养基（PDA和甘蔗糖蜜-玉米浆琼脂培养基）上接种菌株，通过显色反应快速检测曲酸产生。
3. **深层发酵与定量分析**：以甘蔗糖蜜（40 g/L）为碳源、玉米浆（5 g/L）为氮源，在pH 3.0、30°C、150 rpm条件下发酵8天，采用HPLC（DAD检测器，280 nm）定量曲酸，并测定生物量和残余碳水化合物。
4. **甘蔗糖蜜理化表征**：测定糖蜜的湿度、灰分、pH、酸度、白利度、密度及糖类（葡萄糖、果糖、蔗糖）浓度（HPLC-RID）。
菌株来源：巴西URM菌种保藏中心（WDCM 604），保存年份从1954年至2021年。

**研究结果**

**（1）系统发育分析**
基于CaM和BenA基因的联合序列分析，确认194株菌株属于曲霉属Flavi组，鉴定出11个物种：A. flavus（114株）、A. tamarii（39株）、A. nomiae（10株）、A. parasiticus（8株）、A. pseudocaelatus（6株）、A. saccharicola（2株）、A. caelatus（2株）、A. luteovirescens（4株）、A. arachidicola（2株）、A. pseudonomiae（2株）、A. minisclerotigenes（2株）和A. novoparasiticus（1株）。部分菌株被重新分类至其他组（如Fumigati组、Terrei组）。研究还首次在巴西报道了A. minisclerotigenes和A. saccharicola（后者在东北部首次发现）。

**（2）曲酸定性筛选**
在99株测试菌株中，46.46%（46株）在PDA固体培养基上产生曲酸。在甘蔗糖蜜-玉米浆琼脂培养基（SMCA）上，A. tamarii URM 3266和A. pseudonomiae URM 7937未产生曲酸，但在液体培养基中可产生。

**（3）深层发酵产酸**
12株代表性菌株中，除A. arachidicola URM 3499外，其余均产生可检测水平的曲酸。产量和产率随时间变化，多数菌株在第6天达到峰值。A. caelatus URM 4242产量最高（10.65 g/L），其次为A. flavus URM 3739（10.44 g/L）和A. nomiae URM 6030（9.74 g/L）。A. parasiticus URM 5534在第2天即达到较高产量（8.70 g/L），显示快速合成能力。第8天产量下降，可能与碳源耗尽或曲酸降解有关。产率方面，A. flavus URM 3739在第6天达0.53 g/g，A. caelatus URM 4242为0.53 g/g。

**（4）讨论与结论**
讨论部分指出，分子鉴定（CaM和BenA）有效区分了Flavi组内物种，但无法区分A. flavus与A. oryzae、A. parasiticus与A. sojae，这些物种主要基于经济原因保留区分。A. luteovirescens从人类尸检样本中分离，为首次报道其潜在致病性，提示需进一步研究其临床意义。A. minisclerotigenes和A. saccharicola在巴西的首次记录扩展了其地理分布。曲酸产量与文献报道相当，表明URM菌株在优化条件下具有增产潜力。甘蔗糖蜜和玉米浆作为低成本底物，尤其适合巴西本地资源利用，具有工业应用前景。研究强调了菌种保藏中心在保存生物多样性、确保菌株长期可用性方面的关键作用。

**结论翻译**
这项研究凸显了菌种保藏中心在保护真菌多样性以及确保科学和生物技术应用所需菌株长期可用性方面的重要性。结果表明，即使经过长期保藏，URM菌种保藏中心保藏的菌株仍保留产曲酸的能力。此外，测试菌株能利用甘蔗糖蜜和玉米浆等低成本底物高效产曲酸，从而为满足日益增长的市场需求、刺激工业增长以及促进自然资源的可持续利用提供了有前景的机会。这种方法还有望使曲酸更易获得且更具全球竞争力，从而促进生物技术领域的重大进展，并为未来提供高效、环保的解决方案。此外，菌株的分类学重新鉴定提高了菌种保藏中心数据的可靠性，并支持更精确的生物技术开发。总体而言，这些发现强调了保藏真菌资源在开发经济高效且可持续的生物工艺方面的潜力。