2025-04-07
近日，南京工业大学在环境领域的《Ecotoxicology and Environmental Safety》（影响因子6.2）发表新研究成果！本研究从油田分离出一株高效原油降解菌溶血不动杆菌JS-1，该菌株在15天内可降解70-80%的原油，通过细胞表面疏水性直接吸附原油，并携带五类烷烃羟化酶基因，其中CYP153在中链烷烃降解中起关键作用。此外，JS-1菌株还具有双通路降解对羟基苯甲酸的能力。这些特性使其成为石油污染修复和农业应用的理想候选菌株。
本研究的细菌基因组完成图测序和分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。
研究背景
原油作为全球最重要的战略资源和化工原料，在其开采、运输及加工过程中常因泄漏和排放导致严重的环境污染，威胁生态系统和人类健康。与传统物理化学修复方法相比，微生物修复因其高效、经济且环境友好的特点备受关注。其中，不动杆菌属因其代谢多样性及对盐度、pH等极端条件的适应性，成为石油污染修复的核心菌种之一。然而，生物降解的实际应用仍面临挑战，阐明高效原油降解菌的作用机制对污染修复至关重要。
研究材料与方法
1.实验材料：降解原油的溶血性不动杆菌JS-1
2.测序平台：Illumina Novaseq+ Pacbio Sequel
3.分析内容：细菌基因组完成图测序、16S进化树构建、GC-MS检测和qPCR验证等。
技术路线
研究结果
JS- 1菌株的分离、鉴定及特性
JS-1菌株是一种短杆状细菌，有鞭毛，在培养基上呈圆形、淡黄色、光滑的菌落。其16S rRNA序列与溶血性不动杆菌菌株ATCC 17906的16S rRNA基因序列具有99％的同源性，进化树显示JS-1与其他不动杆菌菌株亲缘关系较近。另外，菌株JS-1具有广泛的碳源利用能力（尤其偏好十六烷等中长链烷烃），在pH 5-9、15-40℃和盐度≤40 g/L条件下均能良好生长，其卓越的环境适应性使其成为海洋石油污染修复的理想候选菌株。
图1 JS-1菌株鉴定
JS-1对原油的生物降解作用
实验显示JS-1菌株展现出卓越的原油降解能力：在10-20 g/L浓度范围内15天内降解率达70-80%，显著优于多数野生型不动杆菌菌株。另外，JS-菌株对15 g/L原油的降解效率（15天达74.1%）甚至超过部分基因工程改良菌株。这些表明JS-1菌株在原油降解方面具有明显优势。
图2（A）菌株JS-1在不同浓度原油下的生长速率和降解速率；(B)以角鲨烷为内标，采用GC-MS分析降解后饱和烃的变化。
GC-MS分析表明，JS-1菌株在15天内能高效降解原油中的饱和烷烃（几乎完全降解）和部分芳香烃（如萘和蒽衍生物）。该菌株通过细胞表面强疏水性（CSH>95%）直接吸附原油进行降解，而非通过产生表面活性剂，这种降解机制与威尼斯不动杆菌RAG-1（CSH>96%）相似。
基因组分析和RT-qPCR鉴定菌株JS-1中的烷烃羟化酶基因
为了鉴定原油降解的潜在基因，对JS-1菌株的全基因组进行了测序，JS-1菌株基因组序列总长度为 3,371,617 bp，GC含量为 39.70 %；预测得到3,139个编码基因，平均长度为 938.11 bp，占基因组总长度的 87.34 %。
图3 基因组圈图和 烷烃羟化酶基因相对表达量
在JS-1菌株中发现了一个完整的四重烷烃羟化酶协同降解系统，这是不动杆菌属中首次报道的包含AlkB、AlmA、LadA和CYP153四种羟化酶的完整降解体系。该菌株携带5个关键烷烃羟化酶基因，包括两个AlkB型基因（alkB1和alkB2）、一个AlmA型基因、一个LadA型基因以及一个CYP153基因。这些酶具有明确的分工：alkB1负责C12-C28广谱降解，alkB2特异性参与C16/C18/C28降解，CYP153在中链烷烃（C16-C18）降解中起主导作用，而AlmA和LadA则主要参与C25以上长链烷烃降解。这一发现不仅突破了AlkB是烷烃降解关键酶的传统认知，首次证实了CYP153在不动杆菌中链烷烃降解中的核心地位，同时揭示了LadA在不动杆菌中的功能特征。
PHBA降解相关基因分析
研究发现JS-1菌株除原儿茶酸降解途径外，还可能通过泛醌（UQ）生物合成途径代谢PHBA。该途径由UbiA酶启动，将PHBA转化为4-羟基-3-聚异戊二烯苯甲酸酯。虽然菌株缺失关键的ubiD和ubiX脱羧酶基因，但保留了完整的后续修饰酶基因簇，可通过CydABX酶复合物最终生成泛醌进入TCA循环。这一发现表明，JS-1菌株可能通过原儿茶酸裂解和UQ生物合成双途径协同降解PHBA，但其UQ途径的完整功能仍需进一步验证。
图4 菌株JS-1中推测的PHBA降解途径
JS -1 对 PHBA 的生物降解
在PHBA作为唯一碳源的条件下，0.75 g/L的PHBA可在12小时内降解97%，1.5 g/L的PHBA在48小时内完全降解。这一结果与基因组预测相符，但具体降解途径仍需实验验证。JS-1菌株展现出的PHBA降解性能，使其在防治黄瓜连作障碍方面具有重要应用潜力。
菌株JS-1缓解PHBA对黄瓜的化感胁迫
JS-1菌株显著促进黄瓜幼苗生长：处理组株高增加34.8%，根长增长31.9%。实验证实该菌株能有效降解自毒物质PHBA，缓解其引起的生长抑制，且在弱碱性环境下效果更佳。其作用机制与已知PHBA降解菌类似，通过降低PHBA浓度和激活植物抗氧化系统发挥作用。
图5不同处理条件对黄瓜幼苗生长的影响
结论
本研究分离的溶血不动杆菌JS-1展现卓越的原油降解能力，15天内可降解10-20 g/L原油达70-80%，优于已知野生不动杆菌菌株。其高效降解源于独特的五类烷烃羟化酶系统，其中CYP153在中链烷烃代谢中起关键作用。虽然不能降解多环芳烃，但其能有效代谢单环芳烃PHBA，通过原儿茶酸邻位裂解和泛醌合成双途径实现降解。这一特性使其在原油污染修复和农业连作障碍治理（缓解PHBA化感胁迫）中具有重要应用价值。JS-1菌株对烷烃和PHBA的广谱降解能力，使其成为环境修复和农业管理的理想候选菌株。
如需进一步讨论，欢迎发邮件或者致电我们哟（邮箱地址：microsupport@personalbio.cn，联系电话：021-80118168-8617）！
文章索引：Tao, Weiyi, et al. "High-efficiency biodegradation of crude oil and p-hydroxybenzoic acid by Acinetobacter haemolyticus JS-1: Integrated characterization and genomic analysis." Ecotoxicology and Environmental Safety 290 (2025): 117780.
