生物纳米硒颗粒（Bio-SeNPs）是近年来发现的一种具有高生物活性和低毒性的膳食硒补充形式，在食品、医药等多个领域已被证实具有广泛的应用潜力。植物乳酸杆菌属于公认安全的益生菌，由乳酸杆菌介导生产的Bio-SeNPs具有安全、绿色和廉价等优点，阐释其转化机制具有重要理论意义和实践价值。

近日，华南理工大学生物科学与工程学院吴振强教授课题组在环境科学领域顶级期刊Journal of Hazardous Materials (IF=13.6，Q1 Top)上发表了一篇题为“Molecular mechanisms of selenite reduction by Lactiplantibacillus plantarum BSe: An integrated genomic and transcriptomic analysis”的研究论文。该论文基于课题组前期筛选得到的一株具有高耐受和转化亚硒酸盐能力的植物乳杆菌BSe，通过分析不同亚硒酸盐胁迫下菌株的生理响应，并结合全基因组和转录组测序技术，阐释了植物乳杆菌在胞内还原亚硒酸盐的分子机制。博士研究生钟斌为该文第一作者，吴振强教授为通讯作者，华南理工大学生物科学与工程学院为第一单位。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133850。

研究发现，植物乳杆菌Bse通过改善酶活性和电子传递实现硒的还原，同时，高浓度亚硒酸盐的存在破坏了植物乳杆菌的完整性，更高浓度的亚硒酸盐会导致菌体完全破裂。此外，亚硒酸盐还抑制了菌株胞外多聚物质的分泌，并主要表现为对蛋白质分泌的抑制（图1）。

图1 不同浓度亚硒酸盐胁迫下菌株的扫描电镜形态与胞外多聚物含量

转录组学的数据表明随着亚硒酸盐浓度的升高，菌株的差异表达基因数目也随之增加（图2）。COG数据库的注释表明差异基因主要分布在“carbohydrate transport and metabolism”、“amino acid transport and metabolism”和“cell wall/membrane/envelope biogenesis”等几个代谢途径。

图2 不同亚硒酸盐胁迫下菌株在转录水平的响应

通过对基因组和转录组数据的深入分析，构建了植物乳杆菌还原亚硒酸盐的多途径模型（图3）。首先通过上调表面蛋白和转运蛋白来抵抗高浓度的硒胁迫，然后通过改善胞内相关酶的活性和电子传递活性促进亚硒酸盐的转化。

图3 植物乳杆菌BSe还原亚硒酸盐的分子机制

该研究首次发现了微生物体内偶氮还原酶与亚硒酸盐还原之间的潜在联系，研究成果为厌氧环境中硒的还原提供了有价值的见解，并为下一代膳食硒补充剂的开发提供了理论参考。该研究得到了华南应用微生物国家重点实验室开放基金（SKLAM003-2021）、广州市重点研发计划项目（202103000087）和益为益生物制造（江门）有限公司发展基金（2022A0101682）的资助。