利用香蕉茎秆优化Bacillus safensis FB03木聚糖酶发酵培养基及基因组定位研究

为解决工业酶生产成本高的问题，研究人员利用香蕉茎秆作为新型碳源，通过Box-Behnken设计优化Bacillus safensis FB03的木聚糖酶发酵条件，获得最高酶活25.24 U/mL，纯化后活性提升10倍至143.6 U/mL，并定位了xynA、xynB等关键基因，为低成本酶生产及菌株改造提供新策略。

　　

随着全球对环保型工业酶需求的激增，如何低成本生产高效木聚糖酶成为生物技术领域的核心挑战。传统发酵依赖昂贵的纯木聚糖作为碳源，而农业废弃物如香蕉茎秆（rachis）的年废弃量达数百万吨，其富含半纤维素却未被充分开发。与此同时，Bacillus safensis因其非致病性和多酶合成能力被视为潜力菌种，但相关基因组研究仍属空白。

针对这些问题，孟加拉国科学与工业研究理事会（Bangladesh Council of Scientific and Industrial Research, BCSIR）Dhaka实验室的研究团队开展了一项创新研究。他们从当地土壤分离出Bacillus safensis FB03菌株，首次以香蕉茎秆替代传统碳源，结合Box-Behnken设计（BBD）优化发酵参数，并通过全基因组注释解析木聚糖代谢基因簇。相关成果发表于《Electronic Journal of Biotechnology》，为农业废弃物高值化利用和工业菌株改造提供了双突破。

研究采用五项关键技术：1）以香蕉茎秆为碳源的Minimal Salt Media（MSM）筛选高活性菌株；2）BBD设计六因素（碳源、酵母提取物、K₂HPO₄、NaNO₃、温度、时间）三水平优化实验；3）CM-Sephadex C-50柱层析纯化酶；4）DNS法测定酶活及Bradford法测蛋白浓度；5）Proksee和CAZy数据库注释基因组中糖代谢相关基因。

结果部分
3.1 菌株筛选与初筛活性
从64株土壤细菌中筛选出FB03，其水解圈达21 mm，在含2%香蕉茎秆的MSM中酶活达14.95 U/mL，显著高于其他菌株。

3.2 BBD优化发酵条件
54组实验显示最佳组合为2 g/L香蕉茎秆、1 g/L酵母提取物、1 g/L K₂HPO₄、5 g/L NaNO₃、35°C和72 h，酶活提升至25.24 U/mL。模型R²值0.936证实可靠性， Pareto图揭示时间（E）和温度（F）为最显著影响因子。

3.4 酶学特性
纯化后比活达143.6 U/mL（蛋白浓度2.3 mg/mL）。该酶在60°C和pH 6-10范围内保持稳定，70°C时活性骤降至40.86 U/mL，符合多数细菌木聚糖酶特性。

3.6 动力学参数
以山毛榉木聚糖为底物时，Km值0.64 mg/mL表明高亲和力，V_max达156.25 μmol/min/mg，催化效率优异。

3.7 基因组注释
发现xynA（1338 bp）、xynB1-B3（1500-1626 bp）、xylP（1392 bp）和xylT（1341 bp）基因簇，分别编码木聚糖水解酶和木糖转运蛋白。CAZy分析显示38.58%基因为糖苷水解酶（GH），34.51%为糖基转移酶（GT），证实其多碳水化合物代谢潜能。

结论与意义
该研究首次实现香蕉茎秆作为低成本碳源生产木聚糖酶，较传统培养基降低成本超80%。通过BBD设计将产量提升68%，且纯化酶耐热耐碱特性满足造纸、饲料等工业需求。基因组层面解析xyn基因簇位置，为CRISPR编辑提升产量提供靶点。尤其值得注意的是，FB03的GH家族基因占比显著高于同类菌株，暗示其可能成为“碳水化合物降解工具箱菌株”。这一成果不仅为农业废弃物资源化提供范例，更填补了Bacillus safensis物种基因组注释的空白，对开发新型工业酶制剂具有里程碑意义。