《International Journal of Biological Macromolecules》：Structural characterization and predicted biosynthetic pathway of the polysaccharide component of bioflocculant from starch-degrading
Bacillus subtilis ZHX3
编辑推荐：
• 从生物絮凝剂MBF-ZHX3中纯化出两种均一的多糖组分
• 基因组学和qPCR证实了关键多糖合成基因的协同上调
• 提出了该多糖的综合生物合成途径
## 引言
随着工业化和城市化的加速，水污染问题日益普遍，已成为全球关注的议题。絮凝是一种废水处理方法，因其经济、易
• 从生物絮凝剂MBF-ZHX3中纯化出两种均一的多糖组分• 基因组学和qPCR证实了关键多糖合成基因的协同上调• 提出了该多糖的综合生物合成途径## 引言随着工业化和城市化的加速，水污染问题日益普遍，已成为全球关注的议题。絮凝是一种废水处理方法，因其经济、易实施且时间短而成功应用于食品加工废水、制药废水、化妆品废水等的处理 [1], [2], [3]。絮凝技术的核心在于开发优良絮凝剂。传统的无机和有机絮凝剂存在二次污染的风险。例如，无机絮凝剂中的铝盐可能诱发阿尔茨海默病，而有机絮凝剂中的丙烯酰胺单体对人体具有严重的神经毒性 [4]。近年来，生物絮凝剂因其可生物降解、无毒、安全且高效等特性而受到越来越多的关注 [5], [6]。细菌、放线菌、藻类和真菌等微生物通常在生长过程中分泌生物絮凝剂作为副产物。生物絮凝剂的成分主要包括多糖、蛋白质、脂质和核酸 [7], [8], [9]。与多肽类和蛋白类絮凝剂相比，多糖类生物絮凝剂具有热稳定性好、分子结构特征优越以及不易受外界因素影响等优点。多糖类生物絮凝剂在微藻采收、污泥脱水、纳米颗粒合成和重金属去除等方面的应用已有广泛报道 [10], [11]。除传统废水处理外，生物絮凝剂和细菌胞外聚合物（EPS）在岩土环境工程中的作用也越来越受到认可，例如微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）用于土壤改良和重金属固定 [12]。最新进展还展示了生物聚合物介导的精细化MICP框架 [12]、可操控的人工细菌用于土壤中碳酸钙定向递送 [13]，以及MICP系统中的晶体转变和自组装机制 [14]。这些研究凸显了生物絮凝剂未来可能应用更广泛的环境工程背景。然而，生物絮凝剂产量低、成本高仍是限制其工业应用的关键因素 [15]。阐明产生物絮凝剂微生物的代谢途径将有助于在分子水平调控生物絮凝剂的靶向合成，同时提高絮凝活性。据我们所知，关于多糖类生物絮凝剂生物合成途径的研究很少。在我们先前的研究中，我们发现*Bacillus subtilis* ZHX3产生的生物絮凝剂MBF-ZHX3主要通过其多糖成分发挥絮凝活性 [16]。本文聚焦于阐明MBF-ZHX3中多糖的结构，并基于全基因组测序和关键功能基因的相对表达水平预测其生物合成途径。据我们所知，这是首次将多糖结构表征、基因组分析和转录组分析整合应用于产生物絮凝剂菌株的研究——这种方法超越了常规表征，为遗传改良提供了分子框架。鉴定出的关键基因，尤其是
eps 基因簇中的基因，是下游调控的优先靶标，以进一步提高MBF-ZHX3的分泌量和絮凝能力。## 节选片段### 菌株和培养条件*B. subtilis* ZHX3最初从市政污泥中分离，保存在?80 °C、20%甘油中。培养于生物絮凝剂产生培养基中，培养基组成为：可溶性淀粉10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 5 g/L、FeCl
3 3.25 mg/L，在恒温振荡培养箱中30 °C、150 rpm培养。LB培养基（组成为：胰蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 5 g/L）作为对照。菌株ZHX3在LB培养基中不能产生生物絮凝剂。### 去除MBF-ZHX3中的蛋白质成分在培养3天后### 热重分析粗多糖的热重曲线如图1所示。第一阶段的失重发生在约100 °C，失重比约为11.9%。这主要是由于吸附水和结构水（例如与多糖氢键结合的潮气的脱附）的散失 [19]。然而，鉴于纯化的多糖组分分子量相对较低，特别是PS1–1（5982 Da），部分挥发或热降解### 结论MBF-ZHX3中的多糖由两种均一组分PS1–1和PS2–1组成，两者均具有→4)-α-D-Glc
p -(1→主链和O-6上的α-D-Glc
p -(1→分支。对菌株ZHX3的基因组分析揭示了大量与碳水化合物代谢相关的基因，特别是参与淀粉利用和多糖合成的基因，这些基因有利于高效生物絮凝剂的产生。qPCR证实了参与底物转运、核苷糖### CRediT作者贡献声明
Mingchen Xia： 原创草稿撰写、可视化、调查研究、资金获取、形式化分析、数据管理、概念构思。
Weimin Zeng： 审稿与编辑、资金获取、概念构思。
Peng Bao： 审稿与编辑、验证。
Guanzhou Qiu： 审稿与编辑、资金获取。
Li Shen： 审稿与编辑、资金获取。
Shilong He： 审稿与编辑。## 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。## 致谢本研究得到
国家自然科学基金委员会 （资助号 51934009，资助号 52074353）、
国家重点研发计划 （编号 2019YFC1803600）、
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