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海洋细菌代表着巨大且尚未充分开发的生物技术创新资源，为解决健康、可持续性和环境保护等全球性挑战提供了方案。海洋独特的环境条件驱动海洋细菌进化出多样的代谢能力，从而产生具有广泛应用前景的生物活性化合物、酶类和其他代谢产物。高通量测序（high-throughpu
海洋细菌代表着巨大且尚未充分开发的生物技术创新资源，为解决健康、可持续性和环境保护等全球性挑战提供了方案。海洋独特的环境条件驱动海洋细菌进化出多样的代谢能力，从而产生具有广泛应用前景的生物活性化合物、酶类和其他代谢产物。高通量测序（high-throughput sequencing）、宏基因组学（metagenomics）和分析化学（analytical chemistry）领域的最新进展，为在医药、农业和生物修复等多个领域利用这些微生物开辟了新的机遇。本综述在一体化健康（One Health）框架下阐述了海洋细菌的作用，展示了它们在抗菌药物发现、营养保健品开发、病原体生物防治以及包括微塑料降解在内的环境清洁方面的贡献。本文还审视了新兴方法学，如微生物组挖掘（microbiome mining）和先进培养技术，这些技术是在可持续生物经济中实现海洋细菌全部潜力的关键。通过将基础研究与应用科学联系起来，海洋生物技术有望对人类、动物和环境健康产生变革性的影响。
3. 结果
3.1. 一体化健康中的海洋细菌应用
本节聚焦于一体化健康（One Health）框架下的最新进展，涵盖从植物到人类等多种宿主的病原体防治，并区分了由微生物代谢物驱动的抗菌机制与涉及全菌的生物防治机制，其中捕食性细菌作为病原体控制的一个案例被特别关注。
3.1.1. 营养保健品
海洋细菌是生产营养保健品的宝贵来源，能产生多种有益健康的生物活性化合物，包括次级代谢产物、多糖、色素和肽类。例如，来自链霉菌属（Streptomyces sp.）的化合物NP7具有穿过血脑屏障的抗氧化和神经保护作用。海洋细菌胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）因其金属螯合、乳化和免疫调节特性，在废水处理、化妆品和癌症治疗等领域有应用潜力。此外，海洋细菌产生的酶可用于分解褐藻中的海藻酸盐和岩藻依聚糖，提高饲料的营养价值和消化率，并可能通过刺激有益土壤微生物来促进植物生长。
3.1.2. 生物防治
陆生植物的产量常因植物病原真菌和细菌而大幅降低。传统的化学农药存在副作用和毒性问题。因此，科学家们正在寻找安全的天然生物防治方法。近年来，一些海洋植物促生菌（plant growth-promoting microbes，PGPMs）已被分离和初步鉴定，显示出控制植物和海洋生物病原体的潜力。除了通过产生抗生素或竞争发挥作用外，捕食性细菌，特别是蛭弧菌样生物（Bdellovibrio-and-like organisms，BALOs），提供了一种独特的替代方案。BALOs通过捕食周期主动攻击和消耗其他细菌，能够显著减少水产养殖中的病原体数量，有助于恢复和维持微生物群落的平衡，并能有效去除猎物细胞中的抗生素抗性基因（antibiotic-resistant genes，ARGs）。
3.1.3. 抗菌物质
海洋细菌为适应竞争压力会产生多种抗菌化合物。放线菌门（Actinomycetes），尤其是链霉菌属（Streptomyces），是研究最广泛的生产者，产生聚酮、肽类和糖苷等多样化的次级代谢产物。厚壁菌门（Firmicutes），特别是芽孢杆菌属（Bacillus），是第二大来源，已知能产生核糖体合成后修饰肽（ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides，RiPPs）和具有广谱活性的聚酮。变形菌门（Proteobacteria）虽然相对未被充分探索，但能产生结构独特的化合物，如来自希瓦氏菌属（Shewanella）的大环聚酮。总体而言，海洋细菌产生的次级代谢产物对耐药性病原体具有抗菌效果。
3.1.4. 生物修复
工业化导致大量化学污染物进入海洋环境。与传统物理化学修复方法相比，生物方法提供了有前景的环保替代方案。许多海洋细菌，如不动杆菌属（Acinetobacter）、食烷菌属（Alcanivorax）和假单胞菌属（Pseudomonas），具有降解有机污染物（如原油及其组分）和去除有毒金属的代谢能力。
3.1.5. 新兴污染物
微塑料污染是一个主要的公共卫生问题。摄入微纳米塑料颗粒（micro-and nano-plastic particles，MNPs）可能对肠道微生物组成、免疫功能和脂质代谢产生不利影响。微生物可以在塑料表面定殖，形成被称为“塑料际”（plastisphere）的群落。研究发现，塑料际中含有许多烃类降解菌，这激发了利用微生物降解塑料的研究。目前研究最透彻的是聚乙烯对苯二甲酸酯（polyethylene terephthalate，PET）的降解途径，例如由Ideonella sakaiensis产生的PETase酶。尽管已有多种海洋细菌被发现能降解不同类型的塑料，但降解效率普遍较低，因此正在努力提高细菌及其酶的效率和速度。此外，研究也表明微生物联合体可能比单一菌株更有效地降解塑料。同时，塑料际中的微生物也可能降解塑料中的有害添加剂。
3.2. 进一步开发海洋细菌应用的方法学
本节聚焦于细菌培养、分析化学和微生物组测序这三种关键方法学。
3.2.1. 细菌培养
建立细菌培养是利用海洋细菌的主要挑战。传统培养方法难以复制海洋环境条件，导致许多细菌无法培养。近期进展包括使用不同的胶凝剂和添加剂、稀释培养基、延长观察时间，以及采用高通量培养和筛选技术，如微滴封装和微流控技术。隔离芯片法（isolation chip method，iChip）结合荧光激活细胞分选（fluorescence-activated cell sorting，FACS）提高了培养回收率。在生产方面，优化发酵工艺、代谢工程、共培养以及施加环境胁迫等方法被用于提高目标化合物的产量。然而，模拟极端海洋环境、满足未知细菌的生长需求以及进行遗传改造等挑战依然存在。
3.2.2. 分析化学
分析化学技术对于识别和表征海洋细菌产生的生物活性代谢物至关重要。多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）的筛选可通过简化方法进行，并通过气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC/MS）确认和定量。类胡萝卜素的发现得益于高效液相色谱-二极管阵列检测-质谱联用（high-performance liquid chromatography-diode array detection-mass spectrometry，HPLC-DAD-MS）等高通量筛选技术。海洋细菌胞外多糖（EPS）的表征则依赖气相色谱-质谱联用（GC/MS）、傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy，FT-IR）和核磁共振波谱（nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMR）。尽管高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC/MS）和核磁共振（NMR）是强大的工具，但其高昂的成本限制了普及。为此，基因组挖掘和宏基因组分析等计算方法正成为成本效益更高的替代方案，可在早期发现阶段减少对昂贵仪器的依赖。
3.2.3. 微生物组挖掘
微生物组挖掘旨在从未培养的微生物群落中发现新的分类单元和功能。自上而下的方法始于对微生物群落的表征，通常通过标记基因测序（如16S rRNA基因）或宏基因组测序进行，以确定特定条件下富集的分类单元或功能。自下而上的方法则从一个已知的功能或分类单元出发，在环境中搜索其同源序列，例如利用隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）搜索新型PET降解酶。生物信息学工具还可用于预测微生物代谢物的产生，例如通过构建基因组规模代谢模型（genome-scale metabolic models，GEMS）。许多在线平台为缺乏生物信息学经验的用户提供了便捷的分析途径，但也存在定制化程度有限和处理大规模数据不便等缺点。
