全基因组测序和比较基因组学研究揭示了Bacillus velezensis AM12的抗菌潜力及其适应性特征

《Functional & Integrative Genomics》：Whole-genome sequencing and comparative genomics reveal antimicrobial potential and adaptive traits of Bacillus velezensis AM12

本研究从中国湛江近海分离获得产抗菌肽的鲍拉氏菌AM12菌株，其基因组含14个次级代谢产物基因簇（如bacillaene、lichenicidin等）及4个细菌素/RiPP相关基因簇，机器学习预测出7个高活性抗菌肽，揭示其广谱抗菌机制并建立新型抗菌肽筛选体系。

摘要

全球抗菌素耐药性的上升加剧了对具有广谱效力和独特作用机制的新抗菌剂的需求。本文报道了一种源自海洋的菌株——Bacillus velezensis（AM12），该菌株在中国湛江附近的沿海海水中分离获得，对八种主要食源性病原体表现出明显的抑制活性。全基因组测序显示其拥有一条3,992,266 bp的环状染色体，GC含量为46%，功能注释表明其具有丰富的代谢潜力。利用antiSMASH平台进行基因组挖掘，发现了14个次级代谢产物的生物合成基因簇，包括编码表面活性剂、macrolactin H、bacillaene、fengycin、difficidin、bacillibactin和bacilysin的基因簇，以及几个可能参与新型抗菌化合物生物合成的其他基因簇。进一步使用BAGEL4数据库的分析发现了四个细菌素/RiPP生物合成位点，分别对应于Competence/ComX、Amylocyclicin、LCI和类似Lichenicidin的基因簇。这些基因簇共同解释了AM12的广谱抗菌活性，并暗示其可能具有抗真菌能力。值得注意的是，ComX和LCI的核心基因与已知参考序列的相似度相对较低（分别为46.67%和73.91%），而AM12产生的lichenicidin成分2则完全没有同源性，这表明AM12可能编码结构和功能上独特的新型细菌素。与亲缘关系较近的陆地Bacillus velezensis菌株进行比较基因组分析后发现，AM12特有的基因主要集中在与海洋环境适应和抗菌活性相关的功能上。此外，利用AM12特异性基因集进行的机器学习预测识别出了七种高置信度的抗菌肽候选物，这些肽具有阳离子电荷、两亲性和结构稳定性等特征。本研究阐明了Bacillus velezensis AM12广谱抗菌活性的基因组和分子基础，并为新型抗菌肽的鉴定建立了系统框架，为后续的功能研究提供了候选基因。