《Foods》：Pathway and Mechanism for the Biodegradation of Inosine and Guanosine by Heyndrickxia coagulans NJ01
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高尿酸血症（HUA）和痛风主要是由嘌呤核苷（尤其是肌苷和鸟苷）分解代谢导致的尿酸过度产生引起的。本研究从Jiaosu中成功分离出一株能够生物降解核苷（肌苷和鸟苷）的候选益生菌，并通过平均核苷酸一致性（average nucleotide identity, A
高尿酸血症（HUA）和痛风主要是由嘌呤核苷（尤其是肌苷和鸟苷）分解代谢导致的尿酸过度产生引起的。本研究从Jiaosu中成功分离出一株能够生物降解核苷（肌苷和鸟苷）的候选益生菌，并通过平均核苷酸一致性（average nucleotide identity, ANI）分析将其鉴定为Heyndrickxia coagulans NJ01。体外试验表明，NJ01菌体及其无细胞提取物（cell-free extracts, CEs）在24 h内对1.0 g/L肌苷和鸟苷的降解率均为100%。高效液相色谱（HPLC）和基因组分析确认，肌苷和鸟苷由嘌呤核苷磷酸化酶（purine-nucleoside phosphorylase, PNP）生物降解为次黄嘌呤和鸟嘌呤，这些是该菌株无法进一步降解的末端代谢产物，并通过聚合酶链式反应（PCR）确认了关键基因。此外，在基因型和表型水平上对NJ01的益生特性和安全性评估证实，该菌株是一个有前景的益生菌候选株，有待进一步体内验证。本研究为能够降解尿酸前体的H. coagulans NJ01在开发用于高尿酸血症管理的功能食品中的潜在应用提供了重要基础。
高尿酸血症（HUA）以血清尿酸水平升高为特征，已成为全球重要的代谢性和公共卫生问题，是痛风的确定病因，也是慢性肾病、高血压和心血管疾病的独立危险因素。现有临床管理主要依赖长期药物治疗，存在不良反应和依从性问题；膳食嘌呤限制则难以长期维持且可能影响营养均衡。因此，开发安全、有效、可持续的膳食干预策略十分必要。肠道菌群在宿主嘌呤代谢中发挥重要作用，益生菌可通过降解膳食嘌呤、抑制黄嘌呤氧化酶、产生尿酸酶及增强ABCG2转运体介导的尿酸排泄等途径降低尿酸。然而，目前相关研究仍处于早期阶段，菌株资源和机制认识有限。已有研究报道部分乳酸菌可降解肌苷和鸟苷等外源嘌呤核苷，从而减少内源性尿酸合成的前体。但非产孢乳酸菌抗逆性有限，部分H. coagulans菌株虽能在动物模型中缓解HUA，其体外直接核苷降解机制和催化代谢产物仍不完整。Jiaosu作为一种传统发酵食品，是筛选益生菌的重要来源。研究人员从Jiaosu中分离出一株新型菌株Heyndrickxia coagulans NJ01，假设其兼具强核苷降解活性和良好益生特性，并对此进行了系统验证。该研究为开发用于HUA管理的功能食品或膳食补充剂奠定了菌株资源与机制基础。
研究人员以肌苷和鸟苷为唯一碳源的选择性培养基，从购自山东烟台当地市场的传统发酵食品Jiaosu中分离目标菌株；通过扫描电镜观察形态，结合生长曲线和pH变化评价生理特性；采用Illumina NovaSeq6000与PacBio平台进行全基因组测序，通过二代短读长与三代长读长混合组装策略完成基因组组装，并利用NCBI PGAP进行基因预测，使用COG、GO、KEGG、CAZy、VFDB和CARD等数据库进行功能注释；通过ANI分析鉴定菌种；利用HPLC和紫外光谱分析降解产物；通过PCR验证关键降解基因deoD；采用自/共聚集、细胞表面疏水性、溶血试验、抗生素敏感性、氨基酸脱羧酶试验和Caco-2细胞毒性试验评估益生特性与安全性。
结果部分的主要发现如下：
3.1 H. coagulans NJ01的分离、形态与生理特征
从Jiaosu中分离的NJ01单菌落呈乳白色、圆形、边缘规则、表面光滑凸起。扫描电镜显示其为杆状，两端钝圆，长1–3 μm，宽约0.5–1 μm，多呈单细胞或短链排列。ANI分析显示NJ01基因组与H. coagulans模式株同源性达99.97%，确认其分类学地位。在YPD液体培养基中培养48 h，最大OD
600值达4.16，伴随pH下降，表明其具有良好生长和产酸能力。该菌株已保藏于中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC No. 37022）。
3.2 H. coagulans NJ01对肌苷和鸟苷的降解能力
将NJ01静息细胞接种于含1.0 g/L肌苷或鸟苷的PBS中，24 h内对两种核苷的降解率均达100%，其中肌苷降解速率显著高于鸟苷。NJ01的无细胞提取物同样在24 h内完全降解两种核苷。HPLC色谱图显示肌苷、鸟苷及其代谢产物的峰强度随时间动态变化；降解产物特征峰保留时间分别为4.11 min和3.49 min，与次黄嘌呤和鸟嘌呤标准品一致，紫外吸收光谱也与标准品吻合。次黄嘌呤和鸟嘌呤浓度未随时间持续下降，表明它们是该代谢途径的末端产物。
3.3 H. coagulans NJ01基因组特征
全基因组测序获得单一contig，总长3.64 Mb，GC含量46.29%，测序深度250.22×，BUSCO完整性100%，基因组完整性99.45%，污染0%。共预测到3475个蛋白质编码基因、83个tRNA和30个rRNA。COG注释覆盖25个功能类别；GO注释涉及生物过程、细胞组分和分子功能三大本体，共758个基因；KEGG注释到1059个基因，主要富集于代谢通路；CAZy注释包含糖基转移酶（GT，10个基因）、糖苷水解酶（GH，13个基因）、辅助活性（AA，1个基因）和碳水化合物酯酶（CE，11个基因）。毒力因子分析仅发现clpC和clpP两个置信度>75%的基因；抗生素抗性基因分析仅发现一个置信度>70%的基因ugd。比较基因组和泛基因组分析显示，8株H. coagulans共享2759个核心基因，另有1162个壳基因和767个云基因。
3.4 肌苷和鸟苷代谢途径
通过全基因组分析与靶向酶基因鉴定，研究人员在NJ01基因组中注释到由deoD基因编码的嘌呤核苷磷酸化酶（PNP，EC 2.4.2.1），该酶参与肌苷和鸟苷的分解代谢。PCR验证进一步确认了关键降解基因的存在。研究表明，肌苷和鸟苷通过共同的降解途径分别生成次黄嘌呤和鸟嘌呤。需要指出的是，deoD在该过程中的功能作用是基于基因组注释的预测，其基因表达的直接实验验证仍有待开展。
3.5 益生特性
研究人员利用antiSMASH 6.0软件预测到NJ01基因组中存在5个次级代谢产物生物合成基因簇，包括T3PKS、萜烯前体、RiPP样-萜烯前体、betalactone和RiPP样基因簇。肠道定植相关表面特性实验显示，NJ01对乙酸乙酯的亲和力为19.69%；自聚集率随孵育时间延长而增加，2 h为57.22%，4 h为63.67%，表现出良好的自聚集稳定性；共聚集实验中，NJ01与金黄色葡萄球菌和大肠杆菌形成不同程度的共聚集体。
3.6 安全性分析
溶血试验显示，NJ01在血琼脂平板上呈现γ-溶血，不产生溶血素，而金黄色葡萄球菌呈β-溶血。氨基酸脱羧酶试验中，NJ01对精氨酸、赖氨酸和鸟氨酸均呈阴性反应，表明其不能产生相应生物胺。Caco-2细胞毒性试验中，空白对照组细胞存活率为99.16%，发酵上清液组为99.24%，显示无直接细胞毒性。抗生素敏感性试验中，NJ01对四环素、环丙沙星、链霉素、克林霉素、庆大霉素、氨苄西林、氯霉素、卡那霉素和罗红霉素均表现为敏感，抑菌圈直径处于CLSI规定的敏感范围。
讨论部分指出，H. coagulans（原名Bacillus coagulans和Weizmannia coagulans）是产芽孢、耐热、耐酸的细菌，兼具乳酸菌的益生特性和芽孢杆菌的抗逆性，已被美国FDA认定为一般公认安全（GRAS），并在中国获准用于食品。NJ01首次从Jiaosu中分离，与BC99和TBC169等菌株相比，不仅来源不同，基因组也存在差异，提示菌株特异性遗传背景。PNP是核苷降解的关键酶，NJ01可将肌苷和鸟苷分别转化为次黄嘌呤和鸟嘌呤，从而减少尿酸前体。基因组中预测的5个次级代谢产物基因簇均为计算机预测结果，未经实验验证。自聚集能力强可能有利于肠道定植。安全性方面，NJ01无溶血活性、不产生物胺、对Caco-2细胞无毒性、对抗生素敏感；clpC、clpP和ugd等基因参与基本细胞过程或与固有抗性相关，不构成真正的毒力风险。
研究结论可概括为：本研究从Jiaosu中成功分离出一株能够高效降解肌苷和鸟苷的新型菌株H. coagulans NJ01。综合基因型和表型评估初步确认了其益生潜力和安全性，支持其作为候选菌株进一步开发。后续研究将聚焦于胃肠道耐受性评估，建立高尿酸血症小鼠模型以评价其对HUA及相关生理生化指标的改善作用，并结合进一步机制探索，为NJ01推进至高尿酸血症干预的功能食品或活体生物治疗应用提供关键证据。这项研究为开发能够降解尿酸前体的功能食品提供了重要基础，也为HUA的益生菌干预策略提供了新的菌株资源和机制依据。
