《Bioresource Technology》：Integrating real-time imaging and transcriptomics reveals morphotype-associated differences in biofilm architecture and pyrene removal by
Mycolicibacterium parafortuitum
编辑推荐：
•生物膜结构与芘的去除效率相关。•光滑型和粗糙型生物膜形成了不同的结构。•光滑型生物膜形成平坦薄膜，与更高的芘去除效率相关。•粗糙型生物膜形成密集薄膜，但芘的去除效率较低。•转录组学揭示了与生物膜类型相关的基因表达模式。引言多环芳烃（PAHs）是一种持久的有机污染物，由于其顽固性
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生物膜结构与芘的去除效率相关。
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光滑型和粗糙型生物膜形成了不同的结构。
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光滑型生物膜形成平坦薄膜，与更高的芘去除效率相关。
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粗糙型生物膜形成密集薄膜，但芘的去除效率较低。
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转录组学揭示了与生物膜类型相关的基因表达模式。
引言
多环芳烃（PAHs）是一种持久的有机污染物，由于其顽固性、疏水性和毒性，对环境和人类健康构成重大风险（Skic等人，2023年）。由于PAHs对自然降解的抵抗力，因此需要开发有效的 remediation 策略。在现有的方法中，利用微生物进行生物降解是一种可持续且环境友好的方式，可用于从受污染的环境中去除 PAHs（Hazaimeh 和 Ahmed，2021年）。芘是一种四环高分子量（HMW）PAH，由于其环境普遍性和与其他致癌性 HMW PAHs 的结构相似性，被广泛用作研究 PAH 生物降解的模型化合物（Venkatraman等人，2024年）。已经报道了许多能够降解芘的细菌种类，其中 Mycolicibacterium 属（以前归类为 Mycobacterium）的成员是研究最充分的降解菌之一（Zada等人，2021年）。这些细菌拥有完整的芘矿化酶途径，并经常在 PAH 降解联合体中起主导作用（Wanapaisan等人，2018年；Wang等人，2023年）。然而，在静态和扩散受限的条件下，芘的降解往往受到其低生物可利用性的限制。
生物膜的形成是一种重要的微生物策略，它可以增强表面定殖、持久性和与疏水性底物的相互作用（Mahto等人，2022年）。最近的研究进一步表明，胞外聚合物物质（EPS）和其他与表面相关的结构可以通过促进细菌附着、改善界面相互作用以及便于接触疏水性底物来提高 PAH 的生物可利用性（Tong等人，2026年）。在分枝杆菌中，菌落形态通常分为光滑型和粗糙型，这两种类型与细胞包膜组成、胞外基质产生、表面附着和生物膜形成有关（Kam等人，2022年）。尽管在降解芘的 Mycolicibacterium 菌株中都观察到了这两种形态（Wanapaisan等人，2018年），但尚不清楚与这些形态相关的生物膜结构差异是否会影响在扩散受限条件下的芘去除效果。
荧光激活细胞分选（FACS）技术的最新进展使得能够分离出传统富集方法可能忽略的功能相关微生物（Li等人，2024年）。在这项研究中，通过 FACS 辅助的单细胞共培养技术分离出一种降解芘的粗糙菌落形态菌株 Mycolicibacterium parafortuitum D3（D3-R），并与之前已鉴定的高效降解芘的光滑菌落形态菌株 M. parafortuitum PO1（PO1-S）（Wanapaisan等人，2018年）进行了比较。使用实时荧光成像、扫描电子显微镜（SEM）、比较基因组学和转录组学方法，研究了不同菌落形态相关的生物膜结构与静态条件下芘去除效果之间的关联。研究结果提供了关于生物膜结构如何影响芘可利用性的见解，并可能为未来的菌株选择和用于降解疏水性有机污染物的微生物联合体设计提供支持。
章节片段
使用 FACS 辅助的单细胞分选技术直接筛选土壤细菌
采用 FACS 技术在 M. parafortuitum PO1-S 和环境土壤细菌之间建立单细胞共培养。在整个研究中，表现出光滑菌落形态的 M. parafortuitum PO1（Wanapaisan等人，2018年）被称为 PO1-S。将一个 PO1-S 细胞和一个环境土壤细菌细胞分别放入含有改良无碳矿物培养基（modified CFMM，Wanapaisan等人，2018年）的96孔板中，该培养基中添加了芘
农业土壤细菌经过 FACS 辅助的单细胞分选后，分离出表现出粗糙菌落形态的 D3 菌株。将单个土壤细菌细胞与 PO1-S 细胞在芘晶体平板中共培养，并通过荧光成像实时监测芘晶体的减少情况。结果显示，含有五个土壤细菌候选菌的共培养体系比 PO1-S 单培养体系中的芘晶体消耗更快
比较基因组分析表明，这两种密切相关的 Mycolicibacterium parafortuitum 菌株拥有高度保守的芘降解基因簇。尽管具有这样的遗传潜力，但在静态条件下，光滑型 PO1-S 的芘去除效率明显高于粗糙型 D3-R。实时成像和 SEM 显示，两种菌落形态相关的生物膜结构存在显著差异，其中 PO1-S 形成的生物膜是平坦的、横向扩散的
Kallayanee Naloka：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，可视化，验证，研究，数据管理，概念化。Satoko Suzuki：可视化，验证，研究。Felipe Vejarano：可视化，研究。Prinpida Sonthiphand：撰写 – 审稿与编辑，概念化。Nuttapon Pombubpa：撰写 – 审稿与编辑，概念化。Kenshi Suzuki：撰写 – 审稿与编辑，概念化。Chiho Suzuki-Minakuchi：撰写 – 审稿与
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
朱拉隆功大学、第二世纪基金（C2F）以及 日本学术振兴会（NRCT-JSPS）之间的联合研究计划的支持（N11A680523 和 JPJSBP120229201）。该研究还得到了 Ratchadaphiseksomphot 朱拉隆功大学（教师交流旅行补助金；补助金编号 RSF-EFT1-69-02-23-01）的支持
Kallayanee Naloka|Satoko Suzuki|Felipe Vejarano|Prinpida Sonthiphand|Nuttapon Pombubpa|Kenshi Suzuki|Chiho Suzuki-Minakuchi|Masaki Shintani|Hideaki Nojiri|Onruthai Pinyakong
