北极环境分离的Halomonas sp. MC140菌株合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的特性及其在可持续生物技术中的应用潜力

本研究针对石油基塑料污染和 aquaculture（水产养殖）饲料可持续性问题，从北极沿岸环境分离出 Halomonas sp. MC140 菌株，通过全基因组测序(WGS)和表型分析揭示了其合成聚羟基脂肪酸酯(PHA)的能力。研究发现该菌株在乙酸和葡萄糖补充下可分别产生 35±4.8% 和 28±7.9% 的聚羟基丁酸酯(PHB)，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)构建了低中范围 PHA 含量的预测模型，为挪威 aquaculture 产业提供了可持续饲料开发的潜在解决方案。

　　

在石油基塑料污染日益严重的背景下，生物可降解的聚羟基脂肪酸酯(PHA)因其环境友好特性成为研究热点。这类由微生物合成的聚酯不仅可作为传统塑料替代品，其单体形式还可作为 aquaculture（水产养殖）饲料添加剂，减少对抗生素的依赖。然而，当前 PHA 生产成本高、产量低，且多数菌株不适应高盐环境，限制了工业化应用。北极地区极端环境中的微生物可能蕴含独特的生物合成途径，为解决这些问题提供新思路。

挪威北极大学等机构的研究团队从挪威特罗姆瑟附近鱼类加工厂的盐渍鱼成熟室分离出一株 Halomonas sp. MC140，通过多组学分析和表型实验系统研究了其 PHA 合成能力。研究发现该菌株与深海沉积物来源的 Halomonas profundi MT13 亲缘关系最近，基因组中含有完整的 PHA 合成通路基因（包括 phaA/B/C 和 bktB）。研究采用气相色谱-氢火焰离子化检测(GC-FID)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术，结合偏最小二乘回归(PLSR)建模，揭示了该菌株在可持续生物技术中的应用潜力。论文发表于《Scientific Reports》。

研究主要采用全基因组测序(WGS)进行系统发育分析和通路建模，通过 Biolog PM1 表型芯片测定碳源利用谱，使用摇瓶培养结合 GC-FID 定量 PHA 产量，并创新性地利用 FTIR 光谱构建了 PHA 含量预测模型。所有实验菌株均来自北极沿岸环境样本。

结果与讨论

系统发育分析揭示菌株分类地位
通过 16S rRNA 和全基因组序列比对，发现 Halomonas sp. MC140 与 Mariana 海沟分离的 H. profundi MT13 具有 97.5-100% 的氨基酸相似度，GC 含量为 54.1%。基因组注释鉴定出 3 个 PHA 合酶基因（phaC1/C2/C）和调控蛋白基因（phaR/P），为其 PHA 合成能力提供遗传基础。

基因组指导的 PHA 合成通路建模
研究发现该菌株同时具有经典 phaA 和广谱底物特异性的 bktB 基因，理论上可合成短链(scl)和中链(mcl)PHA。但实验显示其主要产物仍为 PHB，仅在丙酸补充时生成含 1% 3-羟基戊酸酯(3-HV)的共聚物 PHBV，表明甲基柠檬酸循环可能分流了丙酰-CoA。

碳源依赖性 PHA 产量差异
摇瓶实验显示乙酸和葡萄糖分别支持 35±4.8% 和 28±7.9% PHB 产量，而甘油和果糖仅产生 <5% PHB。与 Arctic 分离的 Halomonas sp. R5-57 相比，MC140 对甘油利用能力较弱，Biolog 检测发现其特异性利用 D-糖二酸等 3 种碳源。

FTIR 预测模型的建立
通过 1720-1750 cm^-1 羰基酯特征峰识别 PHA，构建的 PLSR 模型对 0-40% PHB 含量预测精度达 R²=0.97。该技术为高通量筛选低产 PHA 菌株提供了新方法。

研究意义与展望
虽然 Halomonas sp. MC140 的 PHA 产量（最高 35%）低于工业菌株 H. bluephagenesis TD01（>80%），但其在海水盐度下的生长特性和 FTIR 快速检测优势，使其特别适合挪威三文鱼养殖业开发可持续饲料。未来可结合 CRISPR/Cas9 等基因编辑技术优化 3-HV 掺入比例，或利用木材工业副产物亚硫酸盐废液(SSL)等廉价碳源提高经济性。该研究为极端环境微生物资源在循环经济中的应用提供了范例。