摘要：海洋是地球上最庞大的生态系统之一，其生态平衡对全球气候和生物多样性至关重要。然而，随着人类活动的增加，石油泄漏等污染事件频发，对海洋环境造成了严重破坏。石油泄漏不仅会覆盖海面，阻碍阳光进入水体，影响浮游植物的光合作用，还会释放有毒物质，威胁海洋生物的生存。
海洋是地球上最庞大的生态系统之一，其生态平衡对全球气候和生物多样性至关重要。然而，随着人类活动的增加，石油泄漏等污染事件频发，对海洋环境造成了严重破坏。石油泄漏不仅会覆盖海面，阻碍阳光进入水体，影响浮游植物的光合作用，还会释放有毒物质，威胁海洋生物的生存。
近日，德国波恩大学植物分子生理学和生物技术研究所 Peter Dormann 团队在 Nature Chemical Biology 发表了一篇题为“Biosurfactant biosynthesis by Alcanivorax borkumensis and its role in oil biodegradation”的研究，研究人员发现了一种名为博尔库门食碱菌（Alcanivorax borkumensis）的海洋细菌能够高效降解石油，甚至被比作"天然洗洁精"，这一发现为解决石油泄露问题提供了新的思路。
博尔库门食碱菌最早于 1998 年在北海的沉积物中被发现，随后在全球多个海域均有检出。这种细菌属于"烃类降解菌"的一种，专门以烷烃等石油成分为食。在石油泄漏事件中，博尔库门食碱菌往往是首批大量繁殖的微生物之一，并与其他细菌等共同作用，逐步分解石油污染物。然而，与其他降解菌不同，博尔库门食碱菌能够分泌一种名为“甘氨酸-葡萄糖脂”（glycine-glucolipid）的生物表面活性剂。
这种物质由甘氨酸、葡萄糖和四个 3-羟基癸酸分子组成，其分子结构兼具亲水性和亲油性，能够显著降低油水界面的表面张力，使原油分散成微小液滴，从而大幅增加细菌与石油的接触面积，提升降解效率。
这种“天然洗洁精”的合成依赖于三个关键基因：gglsA、gglsB 和 gglsC。其中，gglsA 编码一种非核糖体肽合成酶（NRPS），负责将甘氨酸与3-羟基癸酸结合形成脂质骨架；gglsB 编码一种糖基转移酶，负责将葡萄糖连接到脂质骨架上；gglsC 则编码一种磷酸泛酰巯基乙胺转移酶，负责激活 gglsA 的催化功能。
为了验证这些基因的作用，研究团队通过基因敲除技术构建了突变菌株。实验结果显示，缺失 gglsA 或 gglsB 的菌株不仅完全丧失合成甘氨酸-葡萄糖脂的能力，更无法有效附着在石油液滴表面，石油降解效率较野生型菌株下降超过 70%——这直接证明了甘氨酸-葡萄糖脂除了能使原油分散成微小液滴，还是令细菌定植于液滴表面的关键物质。
此外，研究人员成功地将相关基因转移到另一种细菌中，后者也产生了这种清洁剂物质。
图 | 基因簇被关闭的红色标记细菌不再能够合成洗涤剂，它们无法像平常一样（右图）附着在油滴表面
不仅如此，与许多其他细菌分泌的表面活性剂不同，甘氨酸-葡萄糖脂并不被释放到周围环境中，而是紧密附着在细菌细胞表面。这种设计使得博尔库门食碱菌能够将自身转化为一种“生物表面活性剂”，直接作用于石油污染物，而不会因海洋环境的稀释而失效，堪称海洋的“天然洗洁精”。
研究人员还发现，甘氨酸-葡萄糖脂的存在能促进细菌的能量储存。在石油丰富的环境中，博库门氏食碱菌能将多余的碳源转化为三酰甘油和蜡酯等储存物质。这些储存物质不仅为细菌提供了长期的能量来源，还可能在石油匮乏时维持其生存。
总之，博尔库门食碱菌的发现为石油污染的生物修复提供了新的思路。与传统化学分散剂相比，它生产的生物表面活性剂具有环境友好、可降解等优势。研究团队目前正在尝试通过基因工程手段优化这种细菌的性能，例如增强其甘氨酸-葡萄糖脂的合成能力或提高其对石油成分的降解效率。
未来，随着研究的深入和技术的进步，这类"天然清洁剂"或许能在海洋保护中发挥更大的作用，让我们的海洋更加清洁与健康。
参考文献：
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来源：生辉SciPhi