《International Biodeterioration & Biodegradation》：Genome analysis and safety assessment of
Aneurinibacillus migulanus YF02 with creatinine-biodegradation capacity
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本研究从海藻沉积物中分离出新型细菌Aneurinibacillus migulanus YF02，证实其可通过关键酶基因实现高效肌酐降解，且安全性测试良好，为慢性肾病生物治疗提供新策略。
Xinyue Du|Yutong Fu|Qianqian Xu|Xiaoyu Cao|Hai Yan
北京科技大学化学与生物工程学院，北京，100083，中国
摘要
血清肌酐水平升高是慢性肾病（CKD）的标志性指标，这与全身性并发症有关，因此需要创新策略来减轻其积累。本研究从海水养殖沉积物中成功分离出一种新型的Aneurinibacillus migulanus YF02菌株，该菌株能够以肌酐为唯一氮源进行生物降解。初始肌酐浓度为0.50 g/L时，YF02在72小时内完全将其降解；当初始肌酐浓度为0.52 g/L时，YF02的无细胞提取物（CEs）在蛋白质浓度为0.33 g/L的条件下16小时内也能将其完全降解，这表明YF02确实具有很强的肌酐生物降解能力。全基因组分析确定了编码胞嘧啶脱氨酶、肌酐氨基水解酶和N-甲基海因氨基水解酶的关键基因，这些基因参与了肌酐的连续催化降解过程。此外，通过溶血活性、细胞毒性和急性口服毒性测试评估了A. migulanus YF02的安全性，结果均较为良好，为开发用于预防和治疗CKD的活体生物制剂提供了宝贵的见解。
引言
肌酐是肌酸代谢的最终产物，来源于外源性饮食摄入和内源性肌肉分解。它主要由肾脏排泄，在生成和清除之间维持平衡（Fang等人，2025；Gao等人，2010）。肾功能受损会破坏这种平衡，导致肌酐在体内积累，使其成为肾功能的关键生物标志物。慢性肾病（CKD）是一种日益严重的全球健康问题，全球约有13.4%的人口受到影响（Lv和Zhang，2019）。在中国，成年人的患病率为10.8%（Zhang等人，2012），这凸显了迫切需要有效的预防和管理策略，以阻止疾病进展为终末期肾病（ESRD），这种情况在全球范围内影响着数百万人（Pan和Kang，2018）。
目前CKD的管理包括药物治疗（如肾素-血管紧张素系统抑制剂）、血糖和血压控制，以及透析和肾替代疗法，旨在降低心血管风险并减缓疾病进展。然而，CKD患者的肾小球滤过率（GFR）降低会导致药物和代谢物积累，增加不良反应风险和潜在的肾功能恶化（Baker和Perazella，2020；Shimizu等人，2024；Zhan等人，2020）。尽管新型治疗药物（如SGLT-2抑制剂和GLP-1激动剂）显示出巨大潜力（Muskiet等人，2018；Neal等人，2017），但仍需进一步验证其在CKD患者中的长期疗效和安全性。
越来越多的证据表明，肠道菌群失调是CKD进展为ESRD的关键因素（Chen等人，2019；Li和Tang，2018；Ramezani等人，2016；Ramezani和Raj，2014）。肌酐清除能力受损会破坏肠道微生物群组成，促进尿毒症毒素积累，加重肾脏损伤并降低生活质量（Barreto等人，2009；Meyer和Hostetter，2007；Wang等人，2020）。传统中医（TCM）已被证明具有优势，包括广泛的可用性和良好的安全性。中药化合物，如山药多糖、Salvia miltiorrhiza提取物和Cordyceps cicadae多糖，已被证明可以调节肠道微生物群、减轻炎症并改善肾脏结构和功能（Cai等人，2021；Yang等人，2020；Zhang W，2021）。然而，其作用机制尚未充分阐明，临床研究受样本量小和随访时间短的限制。
鉴于当前治疗手段的局限性，需要探索替代治疗方案。基于益生菌的方法，特别是那些含有肌酐代谢微生物的联合体，显示出治疗前景。尽管已经鉴定出几种细菌，包括Arthrobacter ureafaciens（产生肌酐氨基水解酶）、Pseudomonas putida和Alcaligenes属细菌（产生肌酐亚氨基水解酶和肌酐氨基水解酶），但这些细菌在降解过程中的作用仍有待阐明（Kaplan和Szabo，1974；Kim等人，1986；Shimizu等人，1989）。此外，这些细菌的降解效率通常较低，降解特性了解不足，且目前可用的菌株较少，这突显了研究领域的巨大空白。
郑创新性地将Bacillus coagulans（一种具有肌酐生物降解活性的菌株）与另外两种功能性菌株结合，并将其封装在多巴胺包覆的藻酸钙微球中。这种配方可以将尿素和肌酐代谢为氨基酸，在急性及慢性肾损伤的小鼠模型以及肾衰竭的猪模型中显著降低了血液中的尿素和肌酐水平，为基于微生物的肾脏疾病治疗策略提供了重要的临床前证据（Zheng等人，2020）。然而，目前的相关研究仍局限于传统益生菌的应用，菌株选择方面缺乏针对性。值得注意的是，在同时具备高效肌酐降解能力和优良益生菌特性的多功能菌株开发方面尚未取得突破。
在本研究中，从海水养殖沉积物中分离出了新型的肌酐降解菌Aneurinibacillus migulanus YF02。全基因组测序确定了参与肌酐降解的关键酶基因，表明其代谢途径为肌酐→肌酸→N-氨甲酰丝氨酸。作为潜在的CKD活体生物制剂（LB），通过溶血活性、细胞毒性和急性口服毒性测试评估了YF02的初步安全性。这些发现为将A. migulanus YF02开发为减轻肌酐积累的治疗剂奠定了基础。
菌株及培养条件
本研究中使用的肌酐纯度超过99%，购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（上海，中国），其他所有试剂均为分析级或色谱级。A. migulanus YF02最初从我们实验室所在地区的海水养殖沉积物（中国大连渤海）中分离出来，并保存在中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC编号31609，北京）。该菌株在Beef Extract Peptone Medium（BPM）培养基中于37°C下培养，并进行摇动。
A. migulanus YF02及其无细胞提取物对肌酐的降解
A. migulanus YF02的单个菌落培养在BPM琼脂平板上（图1A），呈乳白色，圆形，边缘光滑整齐。显微镜观察显示其具有杆状形态，中心含有孢子（图1B）。通过16S rRNA测序确认YF02属于
Aneurinibacillus属。全基因组测序进一步验证了其在物种水平上的分类地位为
Aneurinibacillus migulanus。YF02的基因组序列与
Aneurinibacillus migulanus的ANI值分别为99.47%和99.11%。
讨论
本研究从海水养殖沉积物中分离出了具有肌酐降解能力的A. migulanus YF02菌株。通过全面的分类学鉴定确认了其属于Aneurinibacillus属。通过NR数据库注释获得了YF02与同源物种的系统发育分布数据（图S6），结果表明A. migulanus与这些同源物种具有最高的序列相似性。值得注意的是，A. migulanus已广泛应用于...
结论
从海洋沉积物中分离出一种新型的肌酐降解菌A. migulanus YF02，其无细胞提取物（CEs）能够显著降低肌酐水平。全基因组分析确定了编码胞嘧啶脱氨酶、肌酐氨基水解酶和N-甲基海因氨基水解酶的基因，这些酶是肌酐转化为N-氨甲酰丝氨酸和肌酸的关键酶。这些发现阐明了A. migulanus YF02的肌酐代谢途径，为其作为治疗剂提供了理论基础。
CRediT作者贡献声明
Xinyue Du：撰写初稿、数据可视化、验证、实验设计、数据分析。
Yutong Fu：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析。
Qianqian Xu：项目监督、项目管理、方法学设计。
Xiaoyu Cao：数据验证、实验设计、数据分析。
Hai Yan：撰写审查与编辑、项目监督、方法学设计、概念构思。
伦理批准声明
本研究获得了北京科技大学伦理委员会的批准（批准编号2025-4-227，批准日期2025年3月10日）；所有动物实验均符合ARRIVE指南、英国1986年动物法案及相关欧盟指令的要求。
资金信息
本工作得到了
国家关键研发计划（项目编号2022YFE0118800）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。
