超嗜热古菌整合性遗传元件的研究进展

细菌中整合性遗传元件与DNA修饰和防御、毒力因子传播以及次级代谢等生理功能存在关联,而相关研究在超嗜热古菌中尚处于起步阶段。本文综述了超嗜热古菌中整合性病毒、质粒及基因组岛等整合性遗传元件的分类、整合及维持机制。展示了整合性遗传元件参与的水平基因转移过程在超嗜热古菌基因组演化中扮演的重要角色。整合性遗传元件相关功能基因组学研究为理解超嗜热古菌的多样性及其环境适应性机制提供了新的视角。     

嗜盐古菌启动子的研究及应用

嗜盐古菌是古菌域的一个重要代表类群,在遗传与代谢、进化与适应、前沿生物技术及合成生物学领域都显示了其重要的研究价值。嗜盐古菌启动子的认识和利用,可以为嗜盐古菌的基础和应用研究提供必要的条件。本文从古菌启动子的结构与功能出发,就启动子的研究方法、嗜盐古菌启动子的特征及嗜盐古菌启动子的应用3个方面综述了嗜盐古菌启动子的研究现状,并对嗜盐古菌启动子未来研究的重点和方向进行了展望。     

超嗜热古菌基因组的热稳定性

超嗜热古菌能够生活在80℃以上的高温环境中,它们的耐热性已经成为当前研究的热点之一。以往对超嗜热菌的认识多集中于蛋白质的耐热性,而很少有关于基因组热稳定性的综述文章。综述了当前对超嗜热古菌的基因组稳定性以及DNA损伤识别机制的研究进展,以期更好地了解超嗜热古菌的耐热机制。     

热球菌目(Thermococcales)遗传操作系统研究与应用进展

热球菌目(Thermococcales)是一类分离自浅海热泉或者深海热液口的超嗜热微生物,包括火球菌(Pyrococcus)、热球菌(Thermococcus)、古老球菌(Palaeococcus)。研究其生命活动的分子机制,基因的功能等必须借助遗传操作系统。由于选择标记的限制,Thermococcales遗传操作系统落后于其他菌株。近年来,在Thermococcales发现了内源质粒并可以将其改造用作遗传工具。如在Thermococcus kodakarensis及Pyrococcus furious等菌株内都建立了成熟的遗传系统,并用于基因敲除以及基因表达。将就Thermococcales内源质粒的发现和遗传操作系统的发展与应用加以阐述。     

超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶研究进展

蛋白酶和肽酶在超嗜热古菌的营养代谢、蛋白质转换与加工以及蛋白质质量控制等重要生物学过程中发挥关键作用。超嗜热古菌蛋白酶和肽酶具有优良的热稳定性和高温活性,是研究蛋白质耐热分子机制和酶行使功能上限温度等科学问题的理想材料,同时也具有重要的工业应用价值。本文对超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶的种类、功能、催化特性、热稳定机制以及应用前景进行综述与分析。     

一种基于线性DNA片段同源重组的嗜盐古菌高效基因敲除系统

随着功能基因组学研究的深入发展,基因敲除技术日益成为基因功能研究的重要手段。嗜盐古菌Haloferax volcanii易于培养,是研究古菌基因功能的良好模式菌株。虽然现已开发了多种嗜盐古菌的遗传操作系统,但基因敲除成功率不十分理想。这些遗传操作方法基于pyrE筛选标记,利用携带同源片段的环状质粒与基因组同源片段间的两次同源重组,敲除目的基因。由于基于环状质粒和pyrE筛选标记的经典同源重组敲除方法在二次重组时,普遍存在回复到野生型菌株的可能,导致二次重组子中敲除目的基因的阳性菌株比例较低。为了克服传统同源重组技术的上述缺陷,文章建立了基于线性DNA片段的同源重组技术。该方法通过一次重组在目标基因的下游引入一段上游同源片段和pyrE标记,从而限定二次重组的发生部位只能在两段上游同源片段之间,发生二次重组的重组子理论上都敲除了目标基因。利用该方法,文章成功敲除了嗜盐古菌Haloferax volcanii的xpd2基因,阳性克隆率达65%。这种线性DNA片段重组法为嗜盐古菌的基因敲除提供了一种高效策略,便于嗜盐古菌的基因改造。     

超嗜热古菌Sulfolobus tokodaii RadA蛋白的克隆表达及 其辐射可诱导性

RecA/Rad51/RadA家族蛋白是细胞内重要的重组修复蛋白,在功能上非常保守.研究发现在细菌、真核生物、甲烷古菌和嗜盐古菌细胞内RecA/Rad51/RadA均可以受紫外线辐射诱导转录.而对极端嗜热古菌中的RadA辐射可诱导性仍存在争议.通过体外表达极端嗜热古菌Sulfolobus tokodaii的RadA蛋白,制备抗体,利用免疫学方法并结合RT-PCR分析,对嗜热古菌S.tokodaii中RadA的辐射诱导进行了研究.经过100J/m2和200J/m2 UV辐照处理,radA基因的转录分别上调了2倍和3倍,同时RadA蛋白的表达分别上升了1.5倍和1倍.实验结果表明S.tokodaii中RadA可以被紫外线辐射诱导表达,证实了极端嗜热古菌S.tokodaii细胞中存在DNA损伤诱导反应的观点.     

敏捷气热菌起始密码子侧翼序列与密码子偏好及基因长度相关性研究

好氧超嗜热古菌敏捷气热菌 (Aeropyrumpernix)mRNA中起始密码子AUG侧翼序列的保守性以及它与密码子使用偏好及基因长度之间具有相关性。AUG侧翼序列的保守性由M1(1)值表示 ,AUG侧翼序列对翻译起始的有效性由AUGCAI值表示。研究表明 :高表达和低表达基因的 - 2 0位到 13位中某些位点的保守性存在差异 ,其中高表达基因的 - 4位和 - 3位可能与其高表达的特性有关 ;在A .pernix中一个普遍的趋势是 :较短的基因有较高的表达效率 ,较长的基因的表达效率较低。与仅使用密码子偏好相比 ,将AUGCAI值引入到研究古菌在翻译水平上的自然选择更准确、更具有广泛适应性     

嗜盐古菌分类学研究进展

嗜盐古菌是一类需要高盐维持生长的古菌。到目前为止,已发现的嗜盐古菌都属于古菌域的广古菌门,主要包括:嗜盐甲烷古菌类群、嗜盐古菌纲的全部成员以及尚不能培养的纳米嗜盐古菌类群。嗜盐古菌是盐环境的土著类群,驱动着盐环境生态系统的生物地球化学循环。作为极端微生物,嗜盐古菌在理论研究和应用领域具有重要的研究价值。本文从嗜盐古菌分类学地位的变迁、分类学方法、分类学研究现状及我国的嗜盐古菌分类学研究等方面综述了嗜盐古菌分类学的最新研究进展。     

嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中麦芽寡糖基海藻糖合酶的酶学性质

【目的】克隆表达嗜热古菌Sulfolobus tokodaii strain 7中的ST0929基因,并测定其酶活性。【方法】根据ST0929基因设计引物进行PCR扩增,将这段基因克隆到p ET-15b质粒上,重组质粒导入大肠杆菌BL21细胞中表达。亲和层析纯化酶蛋白,并测定其酶活性。【结果】SDS-PAGE分析表明其分子量大约为83 k D。酶学性质研究表明该酶的最适温度为75°C,最适p H为5.0,具有很强的热稳定性和p H稳定性。该酶还能对多种金属离子和有机溶剂具有一定的耐受性。底物特异性研究发现该酶能够利用麦芽糊精作底物,而不能利用壳寡糖、麦芽糖等。【结论】通过以上酶学性质的研究,说明这种来源于超嗜热古菌的麦芽寡糖基海藻糖合酶在工业生产海藻糖领域具有一定的应用前景。     

极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶的研究进展

极端嗜热古菌由于生活在高温环境,其基因组DNA面临着严重的挑战,因此,它们如何维持其基因组稳定是本研究领域最为关注的科学问题之一。极端嗜热古菌具有与常温微生物相似的自发突变频率,暗示着它们比常温微生物具有更加有效的DNA修复体系进行修复高温所造成的基因组DNA损伤。目前,极端嗜热古菌DNA修复的分子机制尚不清楚。核酸内切酶在DNA修复途径中发挥着重要的作用。基因组序列显示极端嗜热古菌编码多种DNA修复核酸内切酶,但是其研究尚处于初期阶段。本文综述了极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶Nuc S、Endo V、Endo Q、XPF和Hjc的研究进展,并对今后的研究提出了展望。     

极端嗜热古菌尿嘧啶DNA糖苷酶的研究进展

高温会加快碱基脱氨基反应形成损伤碱基的速率,进一步对脱氨基的碱基进行复制会导致突变。因此,极端嗜热古菌基因组的稳定性面临着其生存高温环境的挑战。胞嘧啶脱氨基形成尿嘧啶,是常见的脱碱基类型,复制DNA中尿嘧啶会造成GC→AT的突变。尿嘧啶DNA糖苷酶(Uracil DNA glycosylase,UDG)是修复DNA中尿嘧啶的关键酶。基于识别底物的特异性,UDG分为6个家族,广泛分布在细菌、古菌、真核生物以及一些病毒中。基因组序列显示,极端嗜热古菌至少编码一种UDG。目前,对于细菌和真核生物的UDG已进行了大量的研究,但是关于极端嗜热古菌UDG的研究相对较少,尚处于初期阶段。本文综述了极端嗜热古菌UDG的研究进展,并对今后的研究提出了展望。     

极端嗜热古菌的热休克蛋白

随着生物工程产业对于耐高温酶和菌体的需求, 极端嗜热古菌热休克蛋白(heat shock proteins, HSPs)的研究更受重视, 其热休克蛋白体系非常简洁, 不含HSP100s和HSP90s, 就是HSP70(DnaK)、HSP40、(DnaJ)和GrpE等嗜温古菌可能含有的在极端嗜热古菌中几乎不含有, 即仅包括HSP60, sHSP, prefoldin和AAA+蛋白四大类, 因此对其结构、功能和作用机制的研究在理论和实践上都特别有意义。系统地介绍了这四大类组分的结构、功能和作用机制和协同作用的研究进展, 论述了极端嗜热古菌热休克蛋白的系列研究难点和困惑, 展望了进一步的研究方向和重点。     

Application of hyperthermophiles and their enzymes

Enzymes from hyperthermophiles display extreme (thermo)stability and a wide range of enzymes have been examined to explore their potential for various biotechnological processes. In addition, recent years have witnessed the development of genetic systems in a number of hyperthermophilic archaea. This has provided the means to initiate cell engineering studies in these organisms. Biofuel production is now an important topic in microbial biotechnology, and the hydrogen producing capabilities of (hyper)thermophiles, as well as their thermostable hydrogenases, are now attracting much attention.     

Stability and repair of DNA in hyperthermophilic Archaea

Evolutionary and physiological considerations argue that study of hyperthermophilic archaea should reveal new molecular aspects of DNA stabilization and repair. So far, these unusual prokaryotes have yielded a number of genes and enzymatic activities consistent with known mechanisms of excision repair, photo-reversal, and trans-lesion synthesis. However, other DNA enzymes of hyperthermophilic archaea show novel biochemical properties which may be related to DNA stability or repair at extremely high temperature but which remain difficult to evaluate rigorously in vivo. Perhaps the most striking feature of the hyperthermophilic archaea is that all of them whose genomes have been sequenced lack key genes of both the nucleotide excision repair and DNA mismatch repair pathways, which are otherwise highly conserved in biology. Although the growth properties of these micro-organisms hinder experimentation, there is evidence that some systems of excision repair and mutation avoidance operate in Sulfolobus spp. It will therefore be of strategic significance in the next few years to formulate and test hypotheses in Sulfolobus spp. and other hyperthermophilic archaea regarding mechanisms and gene products involved in the repair of UV photoproducts and DNA mismatches.     

Occurrence of free D-amino acids and aspartate racemases in hyperthermophilic archaea.

The occurrence of free D-amino acids and aspartate racemases in several hyperthermophilic archaea was investigated. Aspartic acid in all the hyperthermophilic archaea was highly racemized. The ratio of D-aspartic acid to total aspartic acid was in the range of 43.0 to 49.1%. The crude extracts of the hyperthermophiles exhibited aspartate racemase activity at 70 degrees C, and aspartate racemase homologous genes in them were identified by PCR. D-Enantiomers of other amino acids (alanine, leucine, phenylalanine, and lysine) in Thermococcus strains were also detected. Some of them might be by-products of aspartate racemase. It is proven that D-amino acids are produced in some hyperthermophilic archaea, although their function is unknown.