论文标题：The adaptive mechanisms of Bacillus velezensis C5 for survival on polyethylene microplastics

期刊：ENGINEERING Chemical Engineering

作者：Xianrui Liu, Shaojie Wang, Yilin Zhao, Haijia Su

发表时间：7 Apr 2026

DOI：10.1007/s11705-026-2669-z

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文章信息

Xianrui Liu, Shaojie Wang, Yilin Zhao, Haijia Su. The adaptive mechanisms of Bacillus velezensis C5 for survival on polyethylene microplastics. ENG. Chem. Eng., 2026, 20 (7) : 50

DOI:10.1007/s11705-026-2669-z

https://journal.hep.com.cn/fcse/EN/10.1007/s11705-026-2669-z

文章导读

聚乙烯（PE）塑料污染已成为严峻的环境挑战，由于其高分子量、高结晶度和极强的疏水性，在自然环境中极难降解；对于试图在PE表面定殖的微生物而言，这是一个极度缺乏营养的严苛环境。解析微生物的初期适应机制，是开发高效生物修复技术的关键。北京化工大学苏海佳教授团队在ENG. Chem. Eng. 发表论文，采用比较转录组学方法，将菌株C5在PE微塑料上的转录响应与在非聚合物长链烷烃（正二十二烷，C22）以及无营养培养基（MSM）中的响应进行了对比。结果表明，菌株C5对PE形成了独特的转录调控模式，与普通营养饥饿、单纯表面接触引发的应答存在明显差异。具体而言，仅PE环境（而非C22）会大幅上调生物膜形成相关基因（如epsA-o操纵子，其中epsL基因表达量上调185倍）和孢子形成相关基因（如yicZ基因上调22倍）。这说明菌株C5面对聚合物时，会启动表面定殖和长期存活的生存策略。尽管经典PE降解相关基因未被诱导，但多个LLM类单加氧酶基因出现上调，提示这类酶可辅助菌株抵御环境胁迫。表型实验证实，菌株C5在PE表面存活但不增殖，能形成致密生物膜，提高表面亲水性，并引起PE的理化性质轻微改变。

文章亮点

揭示PE聚合物特异性的转录响应

通过引入非聚合物长链烷烃C22和无营养培养基（MSM）作为参比，证实了菌株C5对PE的响应并非单纯应对营养饥饿或普通的疏水表面接触，而是产生了一种针对高分子聚合物极端理化特性的转录表达重塑。

阐明三大核心适应机制

生物膜形成，启动定殖程序：菌株C5在PE条件下激活了生物膜合成基因簇的epsA-O，核心基因epsL上调185倍。这套定殖程序在C22对照组中几乎处于沉默状态；

芽孢形成，启动休眠程序：27 个芽孢相关基因显著上调，说明菌株在能量受限时选择进入代谢静止的休眠状态以求长期存活；

重构跨膜转运网络：多达85个ABC和MFS转运蛋白基因被激活（最高上调148倍），使得细胞能摄取环境中痕量营养，同时排出毒性废物。

提出“生存优先”的适应机制

综合组学和表型数据，菌株C5接触PE后并非立即启动高耗能降解，而是优先激活一套由PE聚合物结构特异性诱导的多模块协同适应策略。

亮图解读

图1 菌株C5在不同碳源下的差异基因表达分析。通过对比菌株C5在PE、C22和MSM（空白）中的转录组数据，发现PE引发的转录响应远比C22更为剧烈。火山图和韦恩图表明菌株C5对PE高分子聚合物产生了特异性转录应答。

图2 生物膜形成与芽孢形成相关基因的表达分析。热图显示PE能显著上调生物膜、芽孢相关基因，其中epsL表达上调 185 倍。C22组未出现类似表达变化，说明生物膜形成与芽孢形成是菌株C5针对PE的特异性生存策略。这两项通路也是菌株C5在胁迫环境中长期存活的核心保障。

图5 菌株C5与PE相互作用的理化表征。多维度表型结果相互印证，菌株C5在PE表面存活但不再增殖。生物膜明显改善PE表面亲水性。FTIR和GPC证实PE表面轻微改性，未发生大规模降解。表型结果与转录组分析结论相互印证。

图6 菌株C5响应PE低生物可利用的适应性策略。菌株C5接触PE后并非立即启动高耗能降解，而是优先激活一套由PE聚合物结构特异性诱导的多模块协同适应策略。

作者简介

第一作者: 刘先睿，北京化工大学化学工程与技术专业博士研究生，研究方向为废弃塑料生物降解。

通讯作者 : 苏海佳，北京化工大学副校长，国家万人计划领军人才，国家杰出青年基金获得者，绿色生物制造全国重点实验室副主任，绿色化学品生物制造北京市重点实验室主任，中国化工学会生物化工专业委员会秘书长，国家重点研发计划首席科学家。主要研究领域为细胞工厂的理性设计与构建、生物基化学品与生物能源产品的开发与应用。作为项目负责人主持国家重点研发计划项目、国家杰出青年科学基金项目、基金委重点项目等国家级项目20余项，在Adv. Funct. Mater.，Adv. Sci.，ACS Catal.等期刊发表高水平论文300余篇，获批软件著作权3项，申请/授权专利30余项。获中国石化联合会技术发明一等奖、教育部自然科学二等奖、闵恩泽能源化工杰出贡献奖等10余项国内外科研奖励。

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