解淀粉芽孢杆菌BB61基于转录组分析的亚硒酸盐还原分子机制及其纳米硒合成途径

本研究针对微生物转化亚硒酸盐的分子机制尚不明确的问题，通过转录组测序和qPCR技术，揭示了解淀粉芽孢杆菌BB61高效还原Na2SeO3为纳米硒颗粒（SeNPs）的多通路协同机制。研究发现硫氧还蛋白还原酶（TrxA/B）、亚硝酸盐还原酶（NfsA）和亚硒酸盐还原酶（NamA）等关键酶显著上调，并构建了Se(IV)还原通路模型，为微生物合成低毒高效SeNPs提供了理论依据和应用潜力。

　　

硒作为人体必需的微量元素，其氧化态（如亚硒酸盐）具有高毒性，而还原态纳米硒（SeNPs）则展现出低毒、高吸收率的优势。微生物转化亚硒酸盐为SeNPs被视为绿色合成的重要途径，但不同菌株的还原机制存在显著差异，尤其对于益生菌株的分子机制研究仍属空白。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）因其强耐受性和转化能力备受关注，然而其亚硒酸盐还原通路尚未系统解析。

针对这一科学问题，某高校研究团队以从健康仔猪粪便中分离的益生菌株BB61为对象，通过转录组测序（RNA-seq）和实时定量PCR（qPCR）技术，系统分析了1 g/L Na₂SeO₃胁迫下的基因表达谱。研究首先通过平均核苷酸一致性（ANI）分析确认菌株分类地位，随后采用GO（Gene Ontology）和KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）数据库进行功能注释，并通过酶活检测验证关键还原酶功能。

ANI分析结果
基因组比对显示BB61与192株解淀粉芽孢杆菌的ANI值>95%，明确其物种分类地位，为后续机制研究奠定基础。

转录组差异表达分析
在亚硒酸盐胁迫下，BB61中共鉴定到1721个差异表达基因（DEGs），其中829个上调、892个下调。GO富集显示这些基因主要参与跨膜转运（transmembrane transport）、离子运输和细胞膜组成等过程，提示菌株通过重塑膜结构应对硒胁迫。KEGG分析揭示五碳糖磷酸途径（PPP）、丙酮酸代谢和辅因子合成通路显著激活，表明能量代谢重编程是硒还原的关键驱动力。

关键还原酶鉴定
研究发现三类还原酶表达显著上调：硫氧还蛋白还原酶（TrxA/B）通过硫醇介导的电子传递参与硒还原；亚硝酸盐还原酶（NfsA）显示出对SeO₃^2-的交叉底物特异性；而亚硒酸盐还原酶（NamA）则直接催化Se(IV)还原。这种多酶协同机制解释了BB61在48小时内完全转化0.1 g/L Na₂SeO₃的高效性。

讨论与结论
该研究首次系统阐明了解淀粉芽孢杆菌BB61通过"代谢重编程-膜转运优化-多酶协同"三位一体的亚硒酸盐还原机制。相较于既往报道的单一通路模型，BB61同时利用硫氧还蛋白系统、氮代谢旁路和特异性硒还原酶的多层次防御体系，这为其作为益生菌硒转化菌株的应用提供了分子基础。建立的Se(IV)还原模型不仅拓展了对微生物硒代谢的认识，更为开发高效安全的纳米硒生物合成技术提供了新策略。论文发表于《Biochimie》，其发现对功能性饲料添加剂和医用硒补充剂的开发具有重要指导价值。