综述：布拉酵母菌的基因工程：增强益生菌和治疗应用的工具、策略与进展

这篇综述系统探讨了极端嗜盐古菌（Haloferacaceae）的生理特性与生物技术潜力，重点阐述了其在高盐环境下合成生物塑料（PHA）、类胡萝卜素、抗菌肽（halocins）及极端酶的机制，并评述了CRISPR-Cas基因编辑工具在该家族的创新应用，为可持续生物经济提供了新思路。

　　

极端嗜盐古菌的生物学特性

Haloferacaceae家族是一类依赖高盐环境（2-6 M NaCl）生长的极端嗜盐古菌，其成员如Haloferax mediterranei和H. volcanii能在高温、强紫外线辐射及重金属胁迫下存活。这类微生物独特的生理特性使其成为生物技术应用的理想候选者，尤其是其利用农业废弃物作为碳源的能力，以及通过渗透压裂解法简化下游处理的优势。

生物分子生产潜力

生物塑料（PHA）：Haloferax mediterranei能利用食品工业废料（如乳清、植物油副产品）合成聚羟基脂肪酸酯（PHBV），其生产成本可低至2.05-6.29美元/千克。通过优化碳氮比和盐度，PHBV产量可达77.8 g/L。
类胡萝卜素：该家族合成的C₅₀类胡萝卜素（如bacterioruberin）具有超强抗氧化活性，在食品添加剂和医药领域潜力巨大。Haloferax marinum通过分批发酵可实现2.80 mg/L的产量。
抗菌肽与纳米颗粒：halocins（如H1、H4型）对革兰氏阳性菌和真核细胞有抑制作用，而Haloferax alexandrinus还能生物合成银纳米颗粒，用于伤口敷料。

极端酶与生物修复

Haloferacaceae产生的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶能在高盐、高温及极端pH下保持活性。例如，Haloferax lucentensis的蛋白酶在80°C和pH 3-13范围内稳定，适用于工业废水处理。此外，该家族对重金属（镉、汞）和石油烃的降解能力，为高盐环境修复提供了新方案。

基因编辑工具进展

CRISPR干扰系统：Haloferax volcanii的I-B型CRISPR-Cas系统通过删除cas3和cas6基因实现基因沉默，crRNA设计需匹配特定PAM序列（如ACT/TTC）。
敲除/敲入技术：基于pyrE2和trpA标记的"pop-in/pop-out"系统在H. volcanii中成功率高达13.3%，而H. mediterranei需低磷酸盐条件降低基因组拷贝数以提升效率。

挑战与未来方向

当前限制包括高盐发酵对反应器的腐蚀性、基因工具跨物种兼容性不足等。未来需开发耐盐生物反应器，并扩展CRISPR-Cas9等编辑工具的应用。尽管Haloferax mediterranei的PHBV生产已达技术成熟度5级（TLR 5），但全家族生物技术的产业化仍需突破多倍体基因组调控等瓶颈。

该研究为联合国可持续发展目标（如SDG12负责任消费、SDG14水下生命）提供了微生物技术支撑，展现了嗜盐古菌在循环生物经济中的独特价值。