从腐烂竹材中分离的一株新型降解木质素细菌——木质素嗜布鲁氏菌（Brucella ligniniphila sp. nov.）及与白腐真菌协同降解木质素的机制研究

《Microorganisms》：Brucella ligniniphila sp. nov., a Novel Lignin-Degrading Bacterium from Decaying Bamboo, and Synergistic Lignin Biodegradation by Consortium with White-Rot Fungi

　　

研究人员从腐烂竹材中分离出一株木质素降解细菌BE17T，鉴定为布鲁氏菌属（Brucella）内的一新种，命名为木质素嗜布鲁氏菌（Brucella ligniniphila sp. nov.，模式株=MCCC 1K08845T=JCM 36600T）。以木质素为唯一碳源时，BE17T的木质素降解率为7.9%，补加葡萄糖后升至17.2%。结构分析表明该菌通过断裂β-O-4键、氧化脂肪侧链及破坏芳香环降解木质素，低分子量木质素组分更易被降解。基因组分析揭示了编码DyPs（染料脱色过氧化物酶）、过氧化物酶、单加氧酶与双加氧酶的基因。GC-MS（气相色谱-质谱联用）在降解产物中鉴定出芳香单体与有机酸，结合基因组注释提示CoA依赖的非β氧化、β-酮己二酸（β-ketoadipate）及苯乙酸（phenylacetic acid）途径的参与。为提升降解效率，研究人员构建了BE17T与云芝（Trametes versicolor）的共培养体系（BT），在优化条件（25 °C、pH 6.0、第9天接种BE17T）下降解率达36.7%。微观结构与化学分析证实真菌预处理促进了木质素降解。该研究揭示了新型布鲁氏菌的木质素降解潜力，并证明了细菌-真菌系统的协同效应，为木质素生物降解与生物转化策略提供了见解。

研究背景方面，木质纤维素生物质是可持续生物炼制的重要原料，但木质素凭借其顽固的三维芳香聚合物结构阻碍多糖酶解，传统理化预处理能耗高且污染环境，微生物温和降解成为研究热点。白腐真菌虽具强木质素分解力，但细菌因基因组小、易遗传操作而备受关注，然而布鲁氏菌属（Brucella）作为典型人畜病原属，其木质素降解潜能长期未被系统挖掘。腐烂竹材因高木质素含量与特殊微生态成为筛选专用降解菌的理想生境，研究人员由此切入，旨在发现新菌种、解析机制并构建高效协同体系。论文发表于《Microorganisms》。

关键技术方法上，研究人员自浙江农林大学腐烂竹竿富集筛选，以碱性木质素（AL）为唯一碳源分离纯化为BE17^T；采用多相分类（16S rRNA系统发育、ANI/dDDH基因组比对、呼吸醌与脂肪酸化学分类）定种；通过Nanopore-Illumina混合组装注释基因组；以UV（紫外分光光度法）测降解率，FTIR（傅里叶变换红外光谱）与GPC（凝胶渗透色谱）解析结构分子量变化；GC-MS鉴定产物；构建BE17^T与三种白腐真菌（Trametes versicolor、Gloeophyllum trabeum、Schizophyllum commune）平板对峙与液体共培养，单因素优化pH、温度、接种时序，并以ABTS与2,6-DMP底物测漆酶（laccase）与锰过氧化物酶（MnP）活力。

研究结果部分，3.1节分离与系统发育分析显示BE17^T为短杆状革兰阴性无鞭毛菌，16S rRNA与B. gallinifaecis DSM 15295^T相似度98.58%，ANI仅76.89%、dDDH约20%，支持立为新种Brucella ligniniphila。3.2与3.3节生理生化与化学分类表明其适温4–40 °C、最适28 °C/pH 8.0/1%盐度，主醌Q10，特征脂肪酸为summed feature 8（C_18:1 ω7c，60.20%）。3.4节基因组为3.89 Mb双染色体无质粒，GC 54.86%，3697个CDS。3.5节降解性能显示7天单独培养降解率7.9%，加葡萄糖达17.2%；FTIR见3400 cm^?1羟基峰减弱、1050 cm^?1处β-O-4的C-O伸缩振动消失，GPC示高分子量峰P4显著降低，证实断醚键、氧化侧链、低分子量优先利用。3.6节机制解析中，刚果蓝脱色3天达80.9%暗示DyP（染料脱色过氧化物酶）活性；基因组寻得2个多铜氧化酶与1个DyP基因（均带TAT信号肽），及儿茶酚2,3-双加氧酶、芳香环羟化双加氧酶、完整paa（苯乙酸）簇；GC-MS检出香兰素、香兰酸、对香豆酸、邻苯二甲酸、4-羟基苄醇等27种产物，推演出CoA依赖非β氧化—β-酮己二酸—paa并行通路。3.7节共培养筛选中BE17^T与T. versicolor无拮抗，BT组15天降解率27.4%远超单菌5.6%与单真菌20.7%，漆酶与MnP活力同步高于单真菌。3.8节条件优化得出pH 6.0、25 °C、真菌先培9天再接细菌最优，BT最终降解率36.7%，SEM与FTIR证实真菌预处理松动结构后细菌接力转化。

讨论与结论翻译：研究人员揭示腐烂竹材可孕育布鲁氏菌属新种Brucella ligniniphila，其借DyP与多铜氧化酶启动解聚，经meta-裂解与β-酮己二酸、paa途径入中心代谢；该菌单独降解力有限，但与云芝（Trametes versicolor）按时序共培养可产生显著协同，真菌先破高分聚合物、细菌后取低分子中间体，使碱性木质素降解率由单菌不足8%提升至36.7%。该发现扩展了布鲁氏菌属生态功能认知，证明人畜病原近缘菌亦参与生物质循环，并为木质素生物转化提供可工程化的细菌-真菌 consortium（联合菌群）范式。