一种本地脲酶分解菌株N?的比较基因组学及其在微生物诱导方解石沉淀中的生物矿化潜力

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Comparative genomics and biomineralization potential of a native ureolytic Bacillus sp. N? for microbially induced calcite precipitation

　　

摘要

微生物诱导的方解石沉淀（MICP）已成为一种用于土壤稳定化和环境修复的可持续生物技术方法。然而，MICP的效率在很大程度上取决于选择具有强生物矿化能力的、适应环境的脲酶产生菌株。在本研究中，一种本土海洋脲酶产生菌株〈i>Bacillus sp. N?通过综合比较基因组学和体外功能分析，与选定的MICP相关细菌进行了对比评估。基于基因组的分类学评估显示〈i>Bacillus sp. N?与〈i>Lederbergia lenta在系统发育上较为接近，而全基因组系统发育分析则将该菌株与传统的脲酶产生菌株〈i>Sporosarcina区分开来。对选定脲酶产生细菌的全基因组分析表明其具有广泛的基因组多样性，其中辅助基因和云基因占主导地位，这表明这些菌类具有较高的基因组可塑性。脲酶结构基因（〈i>ureA、〈i>ureB和〈i>ureC）的比较分析显示其与亲缘菌株之间存在高度保守性，而与传统的〈i>Sporosarcina菌株存在中等程度的差异，这表明脲酶产生途径已经发生了进化分化。同源性分析进一步证实了相关基因组中脲酶基因簇的保守性。在标准化的尿素–CaCl?条件下进行的功能评估表明，〈i>Bacillus sp. N?和〈i>Sporosarcina ureae MTCC 9133均能引起pH值逐渐升高并观察到明显的CaCO?沉淀。〈i>Bacillus sp. N?在添加尿素条件下的pH值升高现象表明其正在进行活跃的脲解反应，这反映了通过脲酶介导的尿素水解产生的铵离子（NH??）和碳酸根离子（CO?2?）的净积累。本研究建立了一种从基因组到功能的评估框架，用于评价本土脲酶产生菌株，并强调了适应环境的微生物菌株在可持续MICP应用中的重要性。

图形摘要