《Regional Studies in Marine Science》：Catalyst for environmental healing: Eco-restoration with
Bacillus subtilis
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摘要石油泄漏及石油烃渗入水生和陆地生态系统构成了重大的环境挑战，需要有效且可持续的修复策略。在这些策略中，微生物降解已成为一种颇具前景的解决方案，其中枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）因其代谢灵活性和环境韧性而展现出显著的高效性。该细菌在好氧条件下可降解高达7
摘要
石油泄漏及石油烃渗入水生和陆地生态系统构成了重大的环境挑战，需要有效且可持续的修复策略。在这些策略中，微生物降解已成为一种颇具前景的解决方案，其中枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）因其代谢灵活性和环境韧性而展现出显著的高效性。该细菌在好氧条件下可降解高达75.82%的含油生物污泥，而混培策略可将降解率提高至85%以上。它既能在好氧又能在厌氧环境中发挥作用，加之其产生的生物表面活性剂可提高烃类溶解度，进一步凸显了其在烃类降解中的实用性。近期创新引入了人工智能（AI）作为进一步优化生物降解过程的工具。AI可优化温度、pH值、氧气水平、营养可用性以及微生物联合体组成等关键参数，从而促进开发高效的、针对特定场地的生物修复策略。本综述考察了B. subtilis在烃类分解过程中所利用的代谢途径，并探讨了人工智能整合如何增强和加速环境清理工作。
引言
石油，常被称为"岩油"，是现代工业和交通基础设施的基石。然而，其开采、加工和使用在整个生命周期中产生了众多有害的环境后果（Al Hoqani et al., 2025, Sakthipriya et al., 2016, Singh et al., 2026）。石油开采、提炼和燃烧的多重过程会产生大气污染物，包括二氧化碳和甲烷等强效温室气体（Howarth, 2020; Kumar et al., 2023）。这加剧了气候变化，并通过氮氧化物和颗粒物等有害物质损害空气质量（Ashish et al., 2024）。此外，石油通过石油泄漏意外排放到海洋和陆地环境中，引发了深远的生态扰动，破坏了栖息地的完整性，并对生物多样性产生了有害影响（M. Alzahrani and Rajendran, 2019）。例如，2010年深水地平线号漏油事件向墨西哥湾排放了约490万桶原油，污染了1300英里的海岸线（Lichtveld et al., 2016, Patil and Kandasubramanian, 2026）。仅2022年，石油燃烧就排放了约112亿吨CO?。此外，多达870万人的死亡直接归因于化石燃料燃烧（Vohra et al., 2021）。植物和动物尤其脆弱，许多物种面临严重影响，可能永久改变其生命周期甚至导致灭绝。应对和减轻这些环境影响仍然是推进生态可持续性的紧迫挑战。减轻石油的环境影响涉及采用加氢裂化和脱硫等先进技术来生产低排放燃料（Tailleur, 2006）。碳捕获与封存（CCS）技术对于减少温室气体至关重要（Rahman and Khondaker, 2012）。改进的泄漏应急响应和使用微生物降解污染物的生物修复对于管理泄漏至关重要。这些方法共同旨在减少石油的生态足迹，促进更可持续的能源未来。
然而，用于石油降解的更环保的方法是生物修复。Bacillus subtilis在石油生物修复中处于领先地位，因其酶系统以及在苛刻环境条件下的代谢韧性而备受瞩目。它在好氧和厌氧条件下降解顽固石油产品方面表现出色（Al Hoqani et al., 2025, Elumalai et al., 2019）。该微生物凭借其广谱酶库，展现出非凡的烃降解能力，能有效代谢复杂的石油底物（Salmazo et al., 2023）。其对极端pH值和高盐环境的卓越适应性，加上形成高度耐热芽孢的能力（Piggot and Hilbert, 2004），显著增强了其在生物修复中的持续性和效果。这种多维度的稳健性使B. subtilis优于其他微生物，在应对石油污染挑战方面表现出色。
一项全面的Scopus文献检索显示，尽管少数文章涉及枯草芽孢杆菌降解多种烃类和石油产品的能力，但没有文章深入研究枯草芽孢杆菌代谢烃类所遵循的途径，揭示其分解这些复杂物质的精细过程。人工智能的兴起在多个科学领域开辟了新的视野，推动研究人员审视其在各个领域包括创新环保方法如生物降解中的应用潜力。有研究讨论了PAHs的生物降解以及世代测序等新技术的作用（Gupta et al., 2016）。然而，没有综述文章考察人工智能如何被用于增强这些过程，本文基于现有研究成果，展示了精密AI模型如何优化生物降解条件并确定石油烃降解的最有效策略。
章节摘要
石油：全球资源的复杂遗产
石油是一种存在于地壳上层的天然液体。它由烃类和其他有机化合物的复杂混合物组成。它由古代生物的遗骸深埋在沉积物层下并经受高温高压后形成。最终，有机物质被转化为复杂的烃类。（Varma et al., 2024, Yadav et al., 2020）。
枯草芽孢杆菌
Bacillus subtilis是一种革兰氏阳性、杆状细菌，通常长度在2–6微米，直径在0.25–1.0微米之间。这种革兰氏阳性细菌因其倾向于形成由隔膜壁物质连接的细胞链而著称。它是一种兼性厌氧菌，能在富氧和缺氧环境中生存。土壤以及人类和动物的胃肠道是它的栖息地（Barbosa et
枯草芽孢杆菌对石油产品的生物降解
尽管枯草芽孢杆菌被广泛用于石油产品的生物降解，但在这一过程中，它经常暴露于各种有毒化合物中。这些物质可能产生基因毒性效应，导致细菌基因组发生突变（Paul et al., 2013）。当多环芳烃（PAHs）被代谢时，会形成环氧化物和二氢二醇，这些高活性中间体可能与DNA结合并改变核苷酸密码子（Ma et al., 2012）。在烃类
科技与自然相遇：AI增强的生物降解
人工智能（AI）日益增长的需求反映了其在各个行业的变革性影响，这得益于其在提高效率、精度和战略决策方面的能力。在石油生物降解的背景下，AI提供了一种新颖可持续的方法来减轻环境污染，通过优化生物修复过程实现。传统生物修复往往缓慢，在极端环境条件下容易失败，因为微生物
未来前景
尽管B. subtilis已经被充分研究，但修改其基因结构提供了一个令人兴奋的机会，可以增强其生物表面活性剂生产能力，从而显著提高其生物降解潜力。此外，它还可以被探索用于降解微塑料。虽然仍处于推测阶段，但将其与能与放射性元素相互作用的微生物融合，可能会为B. subtilis在核废料管理中的应用开辟道路，解锁一个新的领域
结论
石油及其衍生物在现代社会中被广泛使用，但其开采、加工、运输和处置可能将持久性烃类污染物引入土壤和水中。这些污染物会干扰微生物群落，影响生态过程，降低环境质量。生物降解提供了一种可持续的修复策略，因为微生物可以自然地将石油烃转化为更简单、危害更小的物质。其中
CRediT作者贡献声明
Pranjal Ambhore：撰写原始文稿、调查研究、形式分析、数据整理、概念设计。Sayali Dhondge：概念设计、方法论、撰写原始文稿。Balasubramanian Kandasubramanian：撰写—审阅与编辑、监督、资源、方法论、调查研究、概念设计。
伦理审批
所提交的文章符合期刊的伦理指南，不包含涉及人类和/或动物的研究结果。
资助
作者未从任何组织获得资金支持以完成所提交的工作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢DAIT（DU）浦那分校副校长BHVS Narayan Murthy博士和ICT孟买马尔瓦达分校（贾尔纳，马哈拉施特拉邦）校长Shashank T. Mhaske教授持续不断的鼓励和支持。第一作者特别感谢Neelambhigai Mayilswamy、Shruti Gupta和Payal Varma在综述撰写过程中提供的坚定且持续的技术支持。作者感谢编辑和匿名
Pranjal Ambhore|Sayali Dhondge|Balasubramanian Kandasubramanian
