来自海洋酵母Metschnikowia reukaufii SBKS 3的一种新型脂肽表面活性剂Metschnifactin的纯化与结构表征及其在提高石油采收率方面的潜力

《Bioactive Materials》：Purification and structural characterization of Metschnifactin, a novel lipopeptide surfactant from marine yeast, Metschnikowia reukaufii SBKS 3, and its potential in enhanced oil recovery.

海洋酵母Metschnikowia reukaufii SBKS3产生新型生物表面活性剂Metschnifactin，经GC-MS等分析确认为四烷酸-苏氨酸-丝氨酸结构，其临界胶束浓度下表面张力降低显著，在石油采收率实验中优于合成表面活性剂，为环保型EOR提供新方案。

　　

Shanmugasundaram Senthil Balan | Pandian Jeganathan | Vedagiri Hemamalini | Kumpati Premkumar

生物医学科学系，Bharathidasan大学，Tiruchirappalli 620 024，印度泰米尔纳德邦

摘要

过去十年中，对海洋天然产物的探索，尤其是来自海洋微生物的产物，取得了显著进展。然而，作为海洋微生物多样性的重要组成部分，海洋酵母的潜力尚未得到充分开发。鉴于这方面的不足，本研究旨在探索一种具有潜力的生物表面活性剂产生菌株——SBKS 3，该菌株是从印度沿海沉积物中分离获得的。SBKS 3表现出优异的乳化性能和表面活性，并且对卤虫没有毒性作用，证明了其安全性。通过ITS、18S rRNA和26S rRNA基因的测序，SBKS 3被鉴定为。SBKS 3的主要胞外代谢产物即为这种生物表面活性剂。该生物表面活性剂通过硅胶柱层析法纯化，并通过2D-TLC、GC-MS、HPLC-PTC、FTIR、MALDI-TOF-MS和串联质谱分析进行了生化表征，其结构被确定为十四烷酸-苏氨酸-丝氨酸组成的新型脂肽，命名为Metschnifactin。在25 mg L^-1的临界胶束浓度下，Metschnifactin可将蒸馏水的表面张力从72 ± 0.5 mN m^-1降低至26 ± 0.5 mN m^-1，具有中性电荷，并且在各种物理化学条件下保持稳定。沙包柱技术显示，与合成商业表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚（75.55 ± 3.1% w/v浓度）相比，Metschnifactin的提油效率更高（77.78 ± 3.3%），这突显了其在石油工业中的应用价值。这些发现强调了本研究的重要性，即从一种未被充分开发的海洋酵母中发现了新型且有前景的生物表面活性剂，为其替代石油工业中使用的有害合成表面活性剂提供了可能。

引言

海洋以其生物多样性的丰富性和独特性而闻名，同时海洋生物还能合成多种副产品（El-Regal和Satheesh，2023）。来自海洋生物的天然产物已成为许多生物工业需求的希望，尤其是来自海洋微生物的产物；然而，它们的潜力至今尚未得到充分利用（Andryukov等人，2019）。最近关于海洋酵母的研究表明，它们能够合成具有不同结构多样性和功能特性的多种重要代谢物，从而凸显了它们在不同生物技术应用中的重要性（Gupta等人，2015）。在过去二十年里，来自各种海洋酵母的生物分子在食品、化工、农业和制药等领域得到了广泛应用（Chi等人，2016）。然而，与海洋霉菌和陆地酵母的研究相比，针对海洋酵母的研究仍然较少，且仍处于早期阶段。因此，研究这种未被充分利用的资源有助于发现可能超越现有化学品和产品的新型化合物。

表面活性剂是一个需要大量研究的领域（Thakur等人，2024），因为它们在降低表面张力和促进不同相之间相互作用方面发挥着关键作用，是清洁、个人护理、医药和农业等多个行业的重要物质（Sarubbo等人，2022）。生物来源的表面活性剂（称为生物表面活性剂）在结构多样性、功能性、毒性和稳定性方面优于化学表面活性剂（Karnwal等人，2023；Nagtode等人，2023）。由于这些特性，近年来含有生物表面活性剂的生物工业产品不断增加，尤其是使用鼠李糖脂、槐糖脂和甘露糖基赤藓糖醇脂的产品（Nasser等人，2024）。同时，对新型生物表面活性剂的需求也在上升，特别是在洗涤剂、化妆品和制药行业（Nagtode等人，2023）。

原油仍然是全球能源的主要来源，因此其需求持续高涨（Hong等人，2024）。表面活性剂在提高成熟储层的采油率（EOR）方面起着关键作用，因为使用传统方法无法回收的石油中有超过30%的原油被困在其中（Joshi和Kundu，2021）。这些表面活性剂通过降低油水界面张力，使石油能够从储层岩石中释放出来（Isaac等人，2022）。由于现有表面活性剂在恶劣储层条件下的局限性，对更可持续和高效的表面活性剂解决方案的需求正在增加（Chowdhury等人，2022）。因此，寻找新的表面活性剂选项变得尤为重要。尽管海洋酵母被认为是合成重要代谢物的有希望的来源，但迄今为止只有两种菌株（Cyberlindnera saturnus SBPN-27（Balan等人，2019a）和Pseudozyma hubeiensis SY62（Balan等人，2016）被报道能够产生生物表面活性剂；有趣的是，这两种菌株都揭示了新的结构，这为当前的研究提供了依据。

综上所述，本研究利用了来自不同海洋沿海沉积物的具有潜力的海洋酵母，提取并系统分析了其生物表面活性剂的详细结构及其特性，发现其在原油回收方面的有效性。结果发现了一种新型生物表面活性剂，其独特的物理化学性质为克服现有表面活性剂的局限性提供了更大的潜力。

生物表面活性剂产生菌株的采样、分离和筛选

从印度Puducherry联邦领土的五个不同地点（Akkampettai（纬度10°58'26.2"N，经度79°51'14.9"E）、Kilinjalmedu（纬度10°56'48.5"N，经度79°51'11.4"E）、Karaikal（纬度10°54'55.4"N，经度79°51'14.2"E）、Karukalacherry（纬度10°54'09.9"N，经度79°51'08.9"E）和Tirumalairayanpattinam（纬度10°53'07.4"N，经度79°51'09.0"E））收集了沿海海床沉积物，并按照之前的方法运输到实验室（Balan等人，2019a）。

最有效生物表面活性剂产生菌株的分离和筛选

从Akkampettai、Kilinjalmedu、Karaikal和Tirumalairayanpattinam站点的沉积物样本中分别分离出了87株纯培养的海洋酵母，菌株编号分别为SBAPS 1至19、SBKMS 1至21、SBKS 1至15和SBTPS 1至14。对这些菌株进行了生物表面活性剂合成的单独筛选，其中11株菌株显示出EI₂₄活性，13株菌株显示出OD活性。

讨论

即使在未受污染和未受干扰的环境中也能找到产生生物表面活性剂的微生物；然而，与受烃类污染的环境相比，它们的微生物密度和多样性可能会有所不同（Bodour等人，2003；Walter和Syldatk，2010）。尽管如此，许多研究人员主要关注的是受疏水性物质污染的样本（Hussein和Abdullah，2022；Harikrishnan等人，2024）。因此，本研究中的分离株均来自未受污染的区域。

结论

总体而言，本研究从海洋酵母 SBKS 3中鉴定出一种新型脂肽表面活性剂Metschnifactin，它具有环保特性，表现出优异的乳化性能和表面活性。Metschnifactin作为主要的胞外代谢产物和中性电荷的表面活性剂，在较低的CMC下具有广泛的物理化学稳定性。此外，与现有表面活性剂相比，Metschnifactin在原油回收方面表现出更好的效果。

CRediT作者贡献声明

Kumpati Premkumar：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目规划、方法论设计、研究实施、资金筹集、数据分析、概念构建。 Shanmugasundaram Senthil Balan：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目规划、方法论设计、研究实施、资金筹集、数据分析

未引用的参考文献

Balan等人，2019b；Wahab和Al-Sahlany，2025。

声明

作者确认不存在需要披露的利益冲突。

数据可用性

支持本研究的数据包含在本文及其补充文件中。本手稿的序列数据已提交至NCBI数据库，注册号为ON384647.1、ON384639.1和ON384571.1。

动物和人权声明

本文不包含作者进行的任何涉及人类参与者或动物的研究。

资助

所有作者感谢印度大学拨款委员会（UGC）通过向第一作者S. Senthil Balan提供的博士后奖学金（资助编号：F.4-2/2006（BSR）/BL/20-21/0417和RUSA）提供的财政支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们还要感谢印度泰米尔纳德邦的Bharathidasan大学为我们提供实验室设施和支持我们的研究。