极端微生物及其适应机理的研究进展

极端微生物是生物对极端环境适应的特殊种类 ,研究极端微生物的特性对探索生命的起源、微生物的育种及开发利用等具有重要意义。从嗜热微生物、嗜冷菌和耐冷菌、极端嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物等方面总结了极端微生物及其适应机理的多样性以及其研究进展 ,旨在为极端微生物的开发利用提供一定的参考依据。     

低温微生物及其酶类的研究概况

广泛分布在地球寒冷生境 ,如南北两极、高山、深海以及冰川中的低温微生物 ,不但为研究低温生态系统、生命起源与进化以及生物适冷机制提供了丰富的材料 ,同时在生物工程方面也具有潜在的巨大开发价值。国内外越来越多的科研人员对低温微生物及其产物的研究表现出了浓厚的兴趣。关于细胞膜和低温酶的研究 ,是目前微生物适冷机制研究中的 2个热点。就低温微生物的研究现状和适冷机制以及低温酶类的研究进行了综述。     

极端微生物蛋白质组学的研究现状

本文概述了近年来蛋白质组学技术在极端微生物研究领域中存在的关键问题、解决途径和研究现状。迄今为止,虽然蛋白质组学技术快速发展,但极端微生物的蛋白质组学的研究仍然存在很多困难。由于极端微生物的蛋白质-蛋白质复合物解离不彻底,而嗜中温微生物的蛋白质解离和变性条件不适用于极端微生物合成的大多数蛋白质等特殊问题,致使蛋白质组学技术还没有广泛应用于嗜盐、嗜热/冷、嗜酸/碱等微生物的研究中。当然,蛋白质组学技术应用的潜能和前景吸引人们积极尝试各种各样的方法。目前,通过研究已经有效地解决了嗜盐蛋白质的分离、嵌合膜蛋白的鉴定和新蛋白质的功能推测,证实了基因组预测的一些结论,并揭示基因组不能充分解析的某些特性和新蛋白质。极端微生物蛋白质组学的研究表明,全面展示蛋白质表达谱需要不止一种蛋白质组学方法。此外,蛋白质组学和基因组学的互相印证和结合,将加速极端微生物的研究进程,深入全面地揭示微生物适应极端环境的特殊机制,进而阐明极端微生物生存的机理,为改善胁迫因素导致的伤害提供新的研究方向。     

极端微生物及其相关功能蛋白研究进展

极端微生物是一类能够适应特殊环境的微生物,相关功能蛋白在其适应极端环境过程中发挥着重要作用,探索极端微生物的特性及其相关的功能蛋白有助于深入了解生命的起源与进化,为蛋白酶在工业领域的应用提供一定理论依据。现概述耐辐射球菌、嗜盐菌、嗜热菌、嗜酸菌和嗜碱菌、嗜冷菌、嗜压菌的特性及其相关的功能蛋白质,从蛋白质水平阐述极端微生物对极端环境的适应机制。     

低温微生物在污水处理中的应用分析

低温微生物作为极端环境微生物研究的一大热点,自20世纪70年代以来,其研究应用就得到了越来越广泛的关注。低温微生物凭借一系列耐冷机制,可有效抵御低温对其细胞生存生长的胁迫,保障其在低温环境下仍能够生存繁殖。文章首先阐述了低温微生物的相关内涵及其适冷机制,然后探讨了低温微生物在污水处理中的实际应用,以期为低温微生物在实际生产生活中的应用提供参考。     

极端嗜热微生物及其高温适应机制的研究进展

极端嗜热微生物在高温条件下生长繁殖,其必然具有适应高温环境的特殊细胞结构、基因类型以及生理生化机制。极端嗜热微生物的研究对探索生命的起源以及极端嗜热微生物的开发和应用具有重要意义。对极端嗜热微生物中细胞膜、核酸分子、蛋白质分子、代谢产物和辅酶的高温适应机制的研究进展进行了概述,旨为极端嗜热微生物以及来源于极端嗜热微生物的各种生物分子的开发和应用提供理论依据。     

嗜冷酶及其工业应用

生物圈中超过 80 %的地方温度低于5℃ ,在生态学上低温环境的影响范围更广。生活在这些低温环境中的嗜冷菌对低温有特殊的适应性。相对于嗜温菌而言 ,嗜冷微生物在低温条件下调节其膜流动性和膜通透性的能力更强 ,含有更多的不饱和脂肪酸和短链脂肪酸 ,还可通过合成冷激蛋白来响应冷激作用。嗜冷菌也可通过基因调控和自身的抗生素作用来适应低温。近来有研究报道 ,南北极严寒地区的海洋鱼类依靠血液中的抗冻蛋白来适应低温。生物体内的大多数生化反应都是由酶催化而成的 ,所以考虑嗜冷微生物的适应机制时首先应研究嗜冷酶的适冷机制。1 .嗜…     

南极鱼类多样性和适应性进化研究进展

南极地区是地球上唯一未被人类活动大量影响的地区, 其极端寒冷的环境为南极生物的进化提供了“温床”。过去三千万年间, 南极鱼亚目鱼类在南极海洋逐渐变冷的过程中快速进化, 从一个温暖海域的底栖祖先分化成南极海域最为多样化的鱼类类群。由于其在南极圈内和南极圈外的各种温度区间都有分布, 因而成为研究鱼类适应性进化和耐寒机制的良好生物模型。本文综述了有关南极海域鱼类区系组成与物种多样性现状, 南极鱼亚目鱼类适应低温的一系列特化的生物学性状及其关键的遗传进化机制。现有研究表明: 南极鱼类在几千万年零度以下低温环境的进化中发生了大量基因的大规模扩增和基因表达的改变, 如铁调素、卵壳蛋白和逆转座子等118个基因发生了显著的扩增。另外, 有些从南极鱼中获得的抗寒基因已经用于提高动植物低温抗性的研究并取得了良好的效果。在今后的几年中, 将会有多个南极鱼物种的全基因组得到破译, 在低温适应相关基因的功能和进化方面的研究也会更加深入, 这些研究将深入揭示低温压力下基因组的进化规律以及鱼类低温适应的分子机制。     

深海微生物高压适应与生物地球化学循环

深海是典型的高压环境,嗜压微生物是深海生态系统中的重要类群.随着深海采样技术的发展及高压微生物特殊培养设备的开发,已从深海环境中分离到一系列嗜压微生物,包括一些常压环境不能生长的严格嗜压菌.对这些嗜压菌的研究,不仅对微生物适应极端高压环境的机制有一定了解,而且发现了一些特殊的代谢产物.研究微生物高压嗜压机理,还有助于探索地球生命的温度压力极限及生命起源和演化等科学问题.从深海嗜压微生物多样性、深海微生物高压环境适应机理及深海微生物在生物地球化学循环中的作用等方面对嗜压微生物的研究进展进行综述.     

环境与工业微生物基因组学研究进展

环境微生物是维持生态圈中能量和物质循环的重要因素之一,在各种污染物和有害物质的降解等方面发挥着重要作用,在进行能源生产和可再生利用等研究领域具有潜在应用价值．在超过150种被破译的非致病微生物基因组中,绝大多数是环境和工业细菌．随着新一代测序技术的投入使用和元基因组学方法的出现,国际上的微生物基因组方面的工作进入了高通量和高产出的阶段．我国已经完成全基因组测序的7株环境细菌中涵盖了嗜高温、嗜酸、耐高压、耐低压等各种极端环境微生物,研究人员从中发现了众多与环境和工业应用密切相关的代谢途径、遗传功能和生物酶,目前,国内多家单位相继启动了元基因组计划,必将使我国在环境和工业微生物基因组研究领域取得一大批原创成果．     

多不饱和脂肪酸对微生物低温适应性的影响

地球生物圈75%以上的环境温度常年低于5℃,在这种低温环境中栖息着多种适应低温的微生物。在长期进化过程中低温微生物从细胞到分子水平形成一套独特的低温环境适应机制,而通过增加细胞膜膜脂中多不饱和脂肪酸含量来维持低温条件下最佳的细胞膜流动性是其中的一种。从多不饱和脂肪酸对微生物低温生长、细胞膜流动性细胞膜蛋白的组成和表达水平的影响来探讨多不饱和脂肪酸与微生物低温适应性的关系,总结多不饱和脂肪酸低温合成调节机制的研究进展,为相关的基础和应用开发研究提供参考。     

Organisms of deep sea hydrothermal vents as a source for studying adaptation and evolution

It has been postulated that life originated in a similar environment to those of deep sea hydrothermal vents. These environments are located along volcanic ridges and are characterized by extreme conditions such as unique physical properties (temperature, pressure), chemical toxicity, and absence of photosynthesis. However, numerous living organisms have been discovered in these hostile environments, including a variety of microorganisms and many animal species which live in intimate and complex symbioses with sulfo-oxidizing and methanotrophic bacteria. Recent proteomic analyses of the endosymbiont ofRiftia pachyptila and genome sequences of some free living and symbiotic bacteria have provided complementary information about the potential metabolic and genomic capacities of these organisms. The evolution of these adaptive strategies is connected with different mechanisms of genetic adaptation including horizontal gene transfer and . various structural and functional mutations. Therefore, the organisms in this environment are good models for studying the evolution of prokaryotes and eukaryotes as well as different aspects of the biology of adaptation. This review describes some current research concerning metabolic and plausible genetic adaptations of organisms in a deep sea environment, usingRiftia pachyptila as model.     

低温微生物的冷适应机理及其应用

低温微生物广泛分布于极地、冰川、永久冻土和深海等寒冷环境,其冷适应能力是多种机理共同作用的结果,包括酶的低温催化活性、低温下膜流动性的保持、冷休克蛋白、抗冻蛋白以及抗冻保护剂等.低温微生物主要应用于催化低温发酵、表达热不稳定蛋白质、生产抗冻保护剂和冬季治理污水等领域.     

Winter Planktonic Microbial Communities in Highland Aquatic Habitats

Winter conditions in aquatic habitats of the temperate zone markedly differ from those present in warmer seasons, nevertheless, relatively scarce information is available on planktonic microbial composition, as sites are not easily accessible and it was supposed traditionally that microbial activity is low during this cold period. Since microorganisms could have great impact on the ecosystem even during winter, we explored various sites in the Eastern Carpathians regarding the abundance and taxonomic composition of planktonic microorganisms. Although many of the studied environments were extreme habitats, planktonic microbial communities were abundant and mostly diverse with the presence of previously unidentified taxa.     

藤黄微球菌V017基因组测序及对辐照的转录组响应

【背景】耐辐射微生物是一类重要的极端微生物资源,在研究其耐受机制以及环境保护等方面具有重大的意义。【目的】从基因组和转录组角度解析耐辐射藤黄微球菌(Micrococcus luteus)V017的抗性遗传背景以及对辐照的转录组响应。【方法】利用PacBio平台对菌株V017进行基因组测序,通过比较基因组分析菌株V017特有的基因序列,并通过RNA测序分析菌株V017对伽马辐照的转录组响应及其差异表达基因。【结果】通过从头组装获得菌株V017的完全基因组,其大小为2 527 399 bp,GC含量为72.9%;比较基因组分析发现菌株V017基因组中存在特有的移动元件序列,可能有助于适应辐照极端环境。转录组分析表明菌株V017在辐照处理后,脂肪酸和色氨酸等基础代谢途径显著下调,而与DNA损伤修复相关的代谢途径则显著上调,其中同源重组修复可能是菌株V017响应辐照的主要途径。【结论】根据藤黄微球菌V017的基因组和转录组分析表明,细胞可能利用特异性的移动元件序列通过DNA重排适应辐照环境,同时通过启动DNA损伤修复和改变一些基础代谢响应辐照胁迫,这可能是菌株V017产生中度辐照抗性特性的重要原因。这些研究为进一步理解耐辐射微生物的适应和抗性机制,以及耐辐射微生物资源的开发利用奠定基础。     

石生微生物研究进展

石生微生物是一类自养微生物支持下的在全球广泛分布、能较好适应极端自然条件的岩石生境微生物及微生物群落。石生生物的研究对极端环境生态适应机制、探索地外生命以及保护石质文物等方面都有重要指导作用,然而我国对石生微生物的研究罕有报道。本文从石生微生物的分类、分布、研究方法、生态适应等方面的研究进展进行综述,对石生微生物研究存在的问题进行探讨,为我国相关领域的研究提供参考。     

适冷微生物及其适冷机制研究进展

地球上许多生境为永久低温或季节性低温环境,适冷微生物在自然界中广泛存在。适冷微生物在环境净化、饲料、食品、奶制品、化妆品、皮革加工、洗涤等行业中具有广泛的应用前景。对适冷微生物的多样性、适冷的分子基础和适冷代谢机制进行了综述。     

中国温泉微生物物种多样性及其酶活性研究进展

微生物作为生物群体的重要组成成员,其生长受外界物化条件(如温度、盐度、pH等)影响较大。温泉作为极端水生环境之一,属于相对稳定且较为特殊的生态系统,使生长于其中的微生物可能具有适应高温等特殊生境的独特生存生理机制,具体表现为微生物物种及其活性次级代谢产物呈现出一定的多样性与新颖性。本文从菌株物种多样性分析及其酶活性研究方面,综述了近5年来国内温泉微生物相关研究进展,以期为温泉等极端环境微生物资源开发与保护提供参考。     

嗜酸藻类研究进展

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是硫化矿物暴露于地表,与水、大气及微生物相互作用发生氧化性溶解而形成的,其pH通常在3.5以下,并含有高浓度的金属离子,危害十分严重。因为嗜酸原核生物可通过氧化硫化矿物获得能量,从而加速酸性矿山废水的形成过程,所以一直以来都是嗜酸微生物研究的焦点。但事实上,真核生物在酸性生态系统中往往发挥着更重要的作用。尤其是光合藻类,它们在很多酸性环境都是主要的初级生产者,对酸性矿山废水的演化和修复起着关键的推动作用。本文从嗜酸藻类的常见种类和生态分布、适应极端环境的生理机制以及它们在污染治理和工业生产中的应用3个方面,综述了该领域近30年来的研究进展,并以此为基础提出了将来需要着力加强的5个研究方向。