《Bioactive Materials》：Bioprospecting of cyanobacteria from Thai karstic caves as potential producers of phenolic compounds with antioxidant capacity
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泰国四个地区23个喀斯特洞穴分离86株蓝细菌，发现Leptolyngbya sp. LP01、Nostoc sp. SW02和LKK14抗氧化活性最高，其中LP01总酚42.10 mg/g，黄酮395.90 mg/g，LC-ESI-QTOF-MS/MS鉴定9种酚类，为生物技术提供新资源。
Sutthawan Suphan|Kasinee Kula|Thanasak Lomthong|Kanaporn Sujarit|Cherdsak Maneeruttanarungroj|Rajesh Prasad Rastogi|Wanthanee Khetkorn
泰国坦雅武里拉贾曼加拉理工大学（Rajamangala University of Technology Thanyaburi）科学技术学院生物系
摘要
蓝细菌是一种适应能力极强的微生物，能够在极端环境中生存。它们在多种栖息地的生存促使它们产生了一系列具有生物活性的化合物，这些化合物展现出多种有益的生物学特性。喀斯特洞穴环境恶劣，光照不足且营养物质匮乏，是探索蓝细菌生物多样性的独特场所，因为蓝细菌能够产生具有经济和生态价值的天然产物。从泰国四个地区的23个喀斯特洞穴中分离出的86株蓝细菌显示，其光合色素与生长表现相关，并具有产生具有显著抗氧化能力的酚类化合物的潜力。根据粗提物单位浓度的DPPH清除效率，Leptolyngbya sp. LKK14、Nostoc sp. SW02和Leptolyngbya sp. LP01表现出较强的抗氧化活性。其中Leptolyngbya sp. LP01提取物中的总酚类物质（42.10 mgGAE/gCE）和黄酮类物质（395.90 mgQE/gCE）含量最高。酚类化合物的存在与其抗氧化活性相关；Leptolyngbya sp. LP01在DPPH、ABTS和FRAP测定中的抗氧化活性最高，分别为15.79、20.87和42.69 mgAAE/gCE。通过LC-ESI-QTOF-MS/MS方法结合库数据，初步鉴定出9种酚类化合物，表明Leptolyngbya sp. LP01提取物含有有价值的生物抗氧化剂。本研究有助于我们更好地了解在研究不足的栖息地中的蓝细菌生物多样性，特别是在它们作为食品、制药和化妆品行业二次代谢物生产者的生物技术潜力方面。
引言
蓝细菌是一类具有生态重要性的光合原核生物。它们适应性强，能够在不同的栖息地中生存，包括淡水、海洋环境、温泉、沙漠、土壤层和贫营养洞穴（Whitton和Potts, 2012）。蓝细菌能够产生多种具有强生物活性的二次代谢物，如光合色素（叶绿素、类胡萝卜素和藻胆蛋白）、酚酸、黄酮类、聚酮类、非核糖体肽、吸收紫外线的霉菌孢素样氨基酸以及scytonemin；这些物质在蓝细菌的氧化应激保护和环境适应中起着关键作用（Rastogi等, 2014; Mazard等, 2016; Demay等, 2019; Rastogi等, 2023; Bouyahya等, 2024）。某些蓝细菌分类群被认为是可再生能源的优质来源，如生物柴油、生物气体和生物氢（Khetkorn等, 2017; Thajuddin等, 2026）。蓝细菌的代谢多样性在工业生物技术中越来越受到关注，因为它们的天然代谢物对于生物催化反应、功能性食品成分和制药应用至关重要（Rastogi和Sinha, 2009; Goiris等, 2012; Singh等, 2017）。能够适应极端环境的蓝细菌通常会产生新的二次代谢物，这是对营养限制、高盐度、干燥和低光照等环境压力的代谢响应（Mazard等, 2016）。
喀斯特洞穴是研究最少的栖息地之一，但它们被认为是微生物群落的丰富中心，尤其是蓝细菌的栖息地。喀斯特洞穴环境的特点是光照不足、湿度高且营养物质有限（Bastian等, 2010）。为了在这种环境中生存，蓝细菌可能具有非传统的光捕获机制、生物膜形成能力以及代谢适应机制（Pandey等, 2025）。从洞穴中发现的几种蓝细菌，包括Phormidium、Leptolyngbya、Nostoc、Scytonema、Chroococcidiopsis和Gloeocapsa，已被证明是生产具有潜在药用价值的多种生物活性化合物的优良来源（Lamprinou等, 2015; Limrujiwat等, 2022）。Leptolyngbya是一个分布广泛的属，是洞穴中主要的蓝细菌之一，已知它能积累具有抗氧化和抗炎特性的酚酸、黄酮类和其他植物化学物质（Joanna和Andrzej, 2018; Li等, 2020）。这些发现表明，与洞穴相关的蓝细菌在产生生物活性化合物方面具有生态适应性和潜在价值。
由于需要用更安全、更可持续的替代品替代合成防腐剂，人们对天然抗氧化剂的兴趣日益增加（Demay等, 2019; Bouyahya等, 2024）。来自蓝细菌的酚类化合物作为自由基清除剂、金属螯合剂和还原剂受到了广泛关注，并在生物催化剂应用和新功能产品的开发中发挥作用（Goiris等, 2012）。蓝细菌中的光合色素藻胆蛋白也因其抗氧化、抗炎和抗癌特性而受到重视，同时它们还可用作食品和化妆品中的天然着色剂（Sonani等, 2016; Limrujiwat等, 2022; Suphan等, 2023; Wang等, 2023）。尽管蓝细菌作为酚类抗氧化剂来源的认识逐渐增加，但对喀斯特洞穴适应型蓝细菌的酚类成分研究仍十分有限。特别是在东南亚地区的喀斯特洞穴生态系统中分离出的菌株的分类多样性、酚类组成和相关抗氧化潜力方面信息匮乏。泰国拥有众多地质、水文和微生物多样性丰富的喀斯特洞穴，但对这种地下栖息地中蓝细菌群落的研究却非常少。了解这些环境中的蓝细菌多样性对于提高分类学认识和识别具有有利生物特性的菌株至关重要。最近的研究在泰国喀斯特洞穴中发现了12个属和86种蓝细菌，其中Leptolyngbya菌株最为常见，是产生藻胆蛋白的潜在候选物种（Limrujiwat等, 2022）。然而，将分类多样性与酚类和黄酮类成分、抗氧化特性或单个代谢物身份相结合的综合研究尚缺乏。
因此，本研究旨在调查泰国四个地区23个喀斯特洞穴中蓝细菌的多样性，重点关注它们产生抗氧化性二次代谢物的潜力。对所有分离出的蓝细菌菌株的生物量、生物活性色素、总酚类和总黄酮类进行了定量分析，并测定了它们的抗氧化特性。此外，使用LC-ESI-QTOF-MS/MS方法确定了目标化合物的酚类组成。这项工作为了解从喀斯特洞穴环境中分离出的各种蓝细菌物种的代谢活性和酚类含量提供了新的见解，这些方面仍有待进一步探索。它突出了最具潜力的菌株，有望被进一步开发为天然抗氧化剂的生产菌株。
研究片段
蓝细菌菌株、生长条件和生物量测定
本研究中使用的蓝细菌样本先前从泰国四个地区的23个喀斯特洞穴中分离出来（图1A），并保存在坦雅武里拉贾曼加拉理工大学科学技术学院生物系的藻类技术实验室（Algal Technology Laboratory）。共获得了86株蓝细菌分离株，并根据Komárek和Johansen（2015）的分类键进行了初步分类。筛选喀斯特洞穴蓝细菌产生酚类化合物的潜力
在喀斯特洞穴环境中，由于光照不足和营养限制，蓝细菌会受到压力，这种持续的压力可能导致细胞通过合成保护性二次代谢物（如抗氧化物质）来应对（Pandey等, 2025）。本研究筛选了来自泰国四个地区喀斯特洞穴的86种蓝细菌，以评估它们生长和合成酚类化合物的能力。图2显示了...结论
本研究重点探讨了从泰国喀斯特洞穴中分离出的蓝细菌作为天然抗氧化剂生产者的潜力。总共86株蓝细菌显示出生物量、光合色素和二次代谢物含量的显著菌株间差异，表明这些蓝细菌具有与洞穴环境适应相关的代谢多样性。在筛选的菌株中，Leptolyngbya sp. LP01、Nostoc sp. SW02和Leptolyngbya sp. LKK14表现出...
作者贡献声明
Kanaporn Sujarit：撰写 – 审稿与编辑。Kasinee Kula：研究。Thanasak Lomthong：撰写 – 审稿与编辑。Sutthawan Suphan：撰写 – 审稿与编辑、研究。Wanthanee Khetkorn：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学研究、数据分析、概念化。Cherdsak Maneeruttanarungroj：撰写 – 审稿与编辑。Rajesh Prasad Rastogi：撰写 – 审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。
致谢
本研究得到了泰国科学研究与创新基金会（Thailand Science Research and Innovation, TSRI）的支持，通过坦雅武里拉贾曼加拉理工大学（Rajamangala University of Technology Thanyaburi）（项目编号：FRB680045/0168）。W. Khetkorn还感谢高等教育委员会（Office of Higher Education Commission）的生物多样性卓越中心（BDC-PG3-161007）的支持。作者感谢朱拉隆功大学（Chulalongkorn University）地质系的Santi Pailoplee教授提供的帮助。
