从山羊粪便中分离出的Lactiplantibacillus plantarum SMB14菌株在硒纳米粒子形成过程中的生物合成机制及转录组学研究

生物硒纳米颗粒合成新策略：从山羊粪便中分离的Lactiplantibacillus plantarum SMB14通过氧化磷酸化、氨基酸代谢等多途径协同酶促和非酶促还原机制，高效转化有毒硒(IV)为稳定生物可利用的硒纳米颗粒，为农业补硒和环保硒污染治理提供新资源。

　　

摘要

目的

生物源硒纳米颗粒（SeNPs）为生产生物可利用且稳定的硒提供了一种环保的替代方法，相比化学合成更为优越。本研究旨在从牲畜粪便中分离出一种高效的Se(IV)还原细菌，并阐明SeNP生物合成的分子机制，从而为其在农业中的潜在应用提供理论依据。

方法

从山羊粪便中分离出一种能够转化硒的菌株，并通过16S rRNA测序鉴定其为Lactiplantibacillus plantarum SMB14。该菌株在添加了亚硒酸钠（Na?SeO?：100 mg L?1）的MRS培养基中培养以生成SeNPs，并对其进行了表征。通过转录组测序比较了对照组和经Se(IV)处理细胞之间的基因表达谱，同时通过功能富集分析确定了参与Se(IV)还原的代谢途径。

结果

SMB14表现出较高的Se(IV)还原效率（>80%），并产生了被生物分子涂层稳定的细胞外SeNPs。转录组分析显示有978个差异表达基因，其中氧化还原活性氧化还原酶（qorB、SDR家族）、硫醇相关酶（TrxA、GorA）以及膜转运蛋白（pstS、glpF2、nhaC）的表达显著上调。与氧化磷酸化、氨基酸代谢和细胞氧化还原平衡相关的代谢途径显著富集，这支持了一种协同的酶促和非酶促还原机制。

结论

本研究证明L. plantarum SMB14通过酶促和硫醇介导的协同作用，利用多途径氧化还原网络将有毒的Se(IV)转化为稳定的SeNPs。这些发现凸显了SMB14作为绿色生物催化剂在纳米硒生产中的潜力，以及其在农业和环境生物技术中作为可持续硒补充剂的益生菌平台的潜力。

目的

生物源硒纳米颗粒（SeNPs）为生产生物可利用且稳定的硒提供了一种环保的替代方法。本研究旨在从牲畜粪便中分离出一种高效的Se(IV)还原细菌，并阐明SeNP生物合成的分子机制，从而为其在农业中的潜在应用提供理论依据。

方法

从山羊粪便中分离出一种能够转化硒的菌株，并通过16S rRNA测序鉴定其为Lactiplantibacillus plantarum SMB14。该菌株在添加了亚硒酸钠（Na?SeO?：100 mg L?1）的MRS培养基中培养以生成SeNPs，并对其进行了表征。通过转录组测序比较了对照组和经Se(IV)处理细胞之间的基因表达谱，同时通过功能富集分析确定了参与Se(IV)还原的代谢途径。

结果

SMB14表现出较高的Se(IV)还原效率（>80%），并产生了被生物分子涂层稳定的细胞外SeNPs。转录组分析显示有978个差异表达基因，其中氧化还原活性氧化还原酶（qorB、SDR家族）、硫醇相关酶（TrxA、GorA）以及膜转运蛋白（pstS、glpF2、nhaC）的表达显著上调。与氧化磷酸化、氨基酸代谢和细胞氧化还原平衡相关的代谢途径显著富集，这支持了一种协同的酶促和非酶促还原机制。

结论

本研究证明L. plantarum SMB14通过酶促和硫醇介导的协同作用，利用多途径氧化还原网络将有毒的Se(IV)转化为稳定的SeNPs。这些发现凸显了SMB14作为绿色生物催化剂在纳米硒生产中的潜力，以及其在农业和环境生物技术中作为可持续硒补充剂的益生菌平台的潜力。