细菌抗汞分子机制与进化的研究及应用

微生物中存在一类抗汞细菌,操纵子Mer中的MerRTPA参与细菌抗汞的调控、转运及还原。汞通过MerTP所表达的蛋白由细胞外转运至细胞内,经还原酶MerA将其还原为毒性小的可挥发的金属汞。细菌抗汞基因的形成有着古老的起源,基因间的整合、转移进化形成了Mer操纵子结构与功能的多样性。抗汞细菌对汞的吸附具有高选择性及专一性,可利用此特性对汞污染环境进行修复,也可作为分子遗传操作中稳定的抗性筛选标记。     

汞在微生物中的跨膜运输机制研究进展

甲基汞是一种强亲脂性、高神经毒性的有机汞化合物,可以通过生物富集或生物放大造成人类甲基汞暴露。环境中甲基汞的产生主要是厌氧微生物所调控的无机汞的甲基化。主流观点认为厌氧微生物对汞的甲基化是一种细胞内反应,因此,甲基汞的产生速率不仅与环境中具有汞甲基化能力的厌氧微生物的存在与活性相关,同时也与无机汞在微生物细胞中的跨膜运输过程有着重要联系。要明确无机汞经微生物甲基化的机制,就必须了解无机汞被微生物细胞生物吸收的过程,即无机汞在微生物中的跨膜运输路径。目前研究认为该过程主要有Mer抗汞操纵子转运体系、被动扩散、促进扩散和主动运输4种路径。本综述主要围绕无机汞被微生物细胞生物吸收的这4种路径展开,将系统介绍科学界对这4种路径的最新研究进展,并对相关研究进行展望,指出无机汞经促进扩散或主动运输进入到微生物细胞内将是未来研究的重点。     

一株高抗汞细菌的分离鉴定及其抗性基因的克隆与表达

摘要：【目的】本研究旨在从重金属汞抗性细菌中分离鉴定汞抗性基因【方法】从北京凉水河河床底泥中分离抗汞细菌,采用16S rRNA基因序列分析结合生理生化特征对菌株进行鉴定。根据GenBank中已发表的多种抗汞细菌的merA基因序列设计引物,以抗性细菌基因组DNA为模板,扩增merA基因,并在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21(DE3)表达。同时对表达菌株的重金属汞抗性进行测定。【结果】分离得到一株能在含HgCl2为70 mg/L的平板上生长良好的高抗汞细菌,编号为KHg2。16S rRNA     

毒性分子-抗毒性分子系统的生物学作用研究进展

毒性分子-抗毒性分子系统(toxin-antitoxin systems,TA systems)被发现广泛存在于细菌染色体、质粒以及古细菌基因组中。TA系统是由2个基因组成的操纵子,这2个基因分别编码稳定的毒性分子和不稳定的抗毒性分子。毒性分子总是蛋白质,抗毒性分子可能是蛋白质或RNA。因此,根据抗毒性分子的性质和作用方式的不同可将TA系统家族分为5种类型。Ⅰ型和Ⅲ型的抗毒性分子是RNA,能抑制毒性分子的合成或者与其隔离;II、IV和V型的抗毒性分子是蛋白质,能隔离、平衡毒性分子作用或抑制其合成。TA系统具有多种生物学功能。目前研究表明,TA系统可能在细菌应激应答、程序化细胞死亡、多重耐药的形成、防止DNA入侵、稳定大基因组片段等方面有重要的作用。     

铜绿假单胞菌中一个新的吩嗪合成调节基因

[目的]在次抑制浓度四环素条件下,研究铜绿假单胞菌phzAl操纵子的调节基因及调节途径.[方法]对转座突变库中phaAl操纵子表达发生变化的突变体,进行随机PCR、基因测序及比对,确定突变位点.并以发光杆菌的荧光素酶基因操纵子luxCDABE为报道基因,研究基因调节作用及调节路径.[结果]在两株突变体PAM0487和PAM0487R中phzAl操纵子的表达降低,这两株突变体的突变基因确定为假定钼元素转运蛋白调节子PA0487基因.[结论]PA0487是phzAl操纵子表达的一个新的正向调节子,并对密度感应系统相关基因的表达有凋节作用.     

金黄色葡萄球菌sdhCAB操纵子影响持留菌形成机制的研究

持留菌是细菌群体中的一小部分细菌,可耐受致死浓度抗生素的处理,是引起慢性感染的重要原因。金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S. aureus)作为常见致病菌,有重要临床意义。分别敲除sdhA和sdhB后,金黄色葡萄球菌持留菌形成水平下降,但sdhCAB操纵子对持留菌形成的作用及机制尚不明确。本研究敲除sdh操纵子,通过酸压力、氧化压力、热压力及抗生素压力实验检测敲除株的持留菌水平,转录组测序检测敲除株的代谢通路变化,高通量微生物细胞表型检测评估敲除株的代谢水平变化。结果显示,敲除sdhCAB或sdhAB后,金黄色葡萄球菌对酸压力、氧化压力的耐受能力均下降;而在抗生素压力、热压力条件下,分别仅sdhCAB敲除株、sdhAB敲除株耐受能力下降。转录组测序发现,sdhCAB敲除后三羧酸循环、甲烷代谢通路及聚合酶Ⅳ等基因表达上调,耐药相关基因、氨基酸代谢基因、糖类代谢基因、卟啉代谢基因及一些转运体基因等表达下调,提示这些通路的基因参与sdhCAB影响持留菌形成的过程。此外,高通量微生物细胞表型检测发现,敲除sdhCAB可降低金黄色葡萄球菌对琥珀酸、柠檬酸、糖原、L-天冬氨酸等64种碳源的代谢。结果提示,sdhCAB操纵子对金黄色葡萄球菌持留菌形成水平有重要影响。本研究初步阐明了sdhCAB操纵子影响持留菌形成的可能机制,为研究和治疗金黄色葡萄球菌慢性感染提供了新的思路。     

乳糖操纵子介导的半乳糖苷酶在转基因动物中的应用前景

细菌的乳糖操纵子可以在哺乳动物中调控基因的表达,修饰阻抑物基因和操纵基因可调控阻抑物诱导能力及其对操纵基因的亲和力,更好的适应高等动物的内环境。半乳糖苷酶对乳糖操纵子系统有正向调控作用,利用乳糖操纵子在转基因动物中可诱导性调控半乳糖苷酶基因的表达,能有效的提高转基因动物利用半乳糖苷、吸收营养物质的能力。以下从乳糖操纵子的结构功能、乳糖阻抑物功能活性的基因调控、操纵基因的功能以及其在哺乳动物的应用现状四个方面,结合半乳糖苷酶的生理功能和其在转基因动物中应用两个方面进行综述,对乳糖操纵子介导的半乳糖苷酶在转基因动物中的应用效果和前景进行了分析探讨。     

蓟运河下游河段中抗汞细菌的生态分布

对受汞污染的蓟运河下游河段的抗汞细菌进行了系统的调查。测定了好氧异养细菌和抗汞细菌的数量,试验了它们的抗汞能力,鉴定了抗汞细菌的种类。结果表明,好氧异养菌和抗汞细菌的生态分布与河水、底泥的污染程度有密切关系。好氧异养菌量决定于COD和BOD_5,河流中抗汞细菌的生态分布决定于异养菌量和汞污染的程度。河水中抗汞菌量与异养菌量之比值低于底泥。抗汞菌量还随季节而变,春季高于秋季。 从本河段分离的抗汞菌经鉴定属于13个属,主要有Pset: domonas和Bacillus,它们分别占总抗汞菌株数的35％和28％。其他菌属有Achromobacter、Alcaligenes、Proteus、Escherichia、Entero-bacter、Aeromonas、staphylococcus、Brevibacterium、Kurthia、Clostridium、Athrobacter,其中大多数细菌的生理特性为接触酶阳性,代谢葡萄糖,利用葡萄糖酸盐和柠檬酸盐,还原硝酸盐。它们能抗5—30ppm的氯化汞,而抗醋酸苯汞的浓度仅为0.03—3ppm。然而驯化后一些芽孢杆菌抗汞浓度提高到200—300ppm。当氯化汞初始浓度为250—300ppm时其转化率可达96—93％。     

呲啶的汞化及醋酸亚汞的制备

在人体内若干汞化合物能杀灭一些寄生虫及细菌,但其毒性较高,其中二价汞的毒性远高于一价汞化合物,有机汞化合物由于较难离解成汞离子而毒性也因之较低。鱼类的寄生虫或细菌是否可以用汞化合物抑制,是否有兴趣的。鱼病治疗中不必如治疗人类疾病时要用到静脉或肌肉注射,汞化合物毒性的顾虑可能也因之较少。     

大肠杆菌应激诱导基因表达谱芯片分析

应激是影响微生物发酵生产的重要因素。为挖掘细菌耐热和化合物胁迫等调控相关基因,揭示微生物应激反应调控的分子机制,采用Affymetrix全基因组表达谱芯片,对42℃热激和0.1 mol/L CaCl2处理的大肠杆菌E. coli基因谱进行分析。结果表明,应激处理菌体中共有583个差异表达基因,包括374个表达量上调和209个表达量下调差异基因;GO功能分类将差异表达基因分为34类,大部分差异基因的分子功能覆盖结合、催化和转运等生物学活性;差异基因KEGG分析显示富集在28个通路,以ABC转运蛋白、鞭毛组装、双组分系统、尿素循环和氨基酸新陈代谢以及Ⅲ型分泌系统等通路为主要代表;应激胁迫的E. coli主要通过噬菌体休克蛋白操纵子(psp)基因进行逆境适应性转录调节,同时伴随着酶和氨基酸的合成基因以及细胞氧化还原态平衡基因的调控变化。     

细菌素编码基因的定位分析

细菌素生物合成相关的基因经常成簇出现:结构基因、对自身产生免疫的基因及产生辅助蛋白质的基因组成操纵子结构,其中结构基因是细菌素编码基因,它可能在质粒上也可能在染色体上,为了初步定位细菌素编码基因是在质粒上还是染色体上,综述细菌素编码基因的初步定位方法,为深入研究细菌素提供依据。     

16个完整基因组中核糖体蛋白基因排列顺序保守性的研究

在16个完整基因组中,对70个核糖体蛋白基因的排列顺序进行了分析.这些基因在每个基因组中平均构成9～14个操纵子.结果显示:(1)L3和L14操纵子中包含的20多个核糖体蛋白的排列顺序在古细菌和真细菌这两个不同界的基因组中都非常保守;(2)有些操纵子结构分别是真细菌或古细菌所特有的;(3)在每一界中,有些操纵子中的核糖体蛋白的基因排列顺序在不同的物种中存在一定的差异,这种差异可以用来推测物种之间的亲缘关系.这种方法为研究古老物种的起源和进化提供了一条新途径.     

蓝细菌对汞耐受机制的研究进展

蓝细菌对不同形态的汞具有很强的耐受和富集能力，能够改变环境中的汞浓度，影响汞的生物地球化学循环。同时，蓝细菌是生态系统中重要的初级生产者，经过蓝细菌富集的汞更容易进入食物链，影响人类健康。本文系统总结了蓝细菌对汞的耐受机制，主要包括：(1)在细胞壁外合成胶质鞘隔离汞；(2)通过与自身化合物结合钝化汞的毒性；(3)利用自身抗氧化机制修复汞对细胞的损伤；(4)利用自身酶转化汞的形态降低毒性；(5)与抗汞细菌共生抵御汞。基于此，本文展望了蓝细菌汞耐受机制的进一步研究方向，以及利用蓝细菌进行汞解毒和污染修复的前景。     

质粒R100.1汞抗性基因表达的调控

利用Mud1(Ap~rlac)噬菌体将lac结构基因融合到质粒R100.1的汞基因(mer)中,得到了47株mer-lac基因融合菌株。根据这些菌的互补试验、对氯化汞的敏感性以及氯化汞对β-半乳糖苷酶诱导特性,可把这些菌分为3类:merA-lac merR-lac和merO或P-lac。从这些试验也可看出mer基因表达象阿拉伯糖(ara)操纵子那样是受双重调节的。     

真核生物的操纵子

真核生物的操纵子关键词真核生物,线虫,操纵子人们已知,细菌基因是组成操纵子并转录成多顺反子ｍＲＮＡ的,真核生物基因则受各别调控并转录成单顺反子ｍＲＮＡ。但ＴｏｍＢｌｕｍｅｎｔｈａｌ领导的研究组于１９９３年宣称,线虫Ｃａｅｎｅｒｈａｔｄｉｔｉｓｅｌｅｇ...     

第二信使分子c-di-AMP调控细菌中钾离子转运的机制

钾离子(K~+)是维持生命体存活的必需元素。原核生物进化出一系列K~+转运系统,如Kdp系统﹑Ktr系统和Trk系统等,来维持胞内相对恒定的K~+浓度。环二腺苷酸单磷酸(cyclic diadenosine monophosphate,c-di-AMP)是新发现的第二信使分子,可以与K~+转运系统中的KdpD、KtrA和TrkA结合。当胞内c-di-AMP浓度高时,c-di-AMP会与K~+转运蛋白结合,降低其转运活性。c-di-AMP的靶标除蛋白质外,还有RNA元件,即c-di-AMP的核糖开关。高浓度的c-di-AMP与其核糖开关结合后,可抑制下游K~+转运蛋白编码基因,如kdp、ktr和trk操纵子以及kup基因的转录,从而调控K~+的转运。总之,胞内高浓度的c-di-AMP抑制细菌对K~+的吸收。c-di-AMP调控K~+转运机制的研究,不仅丰富了K~+转运的调控方式,而且也扩大了c-di-AMP的调控范围,为细菌的利用与防治提供了新思路。     

汞在新建水库食物网中生物累积与风险评价研究进展

汞是唯一参与全球循环的液态重金属。1974年,自美国学者Smith首次报道水库中鱼类总汞含量高于邻近自然湖泊以来,水库中鱼类汞升高的风险成为新建水库环境影响评价中的重要内容之一。汞在水库生态系统生物组分和非生物组分中含量升高的现象先后在世界各国报道,包括加拿大、美国、芬兰、泰国和巴西等。通过对系列的野外研究进行回顾,表明了水库形成后生态系统中汞的甲基化过程发生了变化。水库形成对汞在食物网中的鱼类、底栖生物、浮游生物的累积产生影响。水库中汞的生物累积、迁移转化主要与被淹没土壤和植物腐解过程有着直接或间接的关系。水库形成后,总汞、甲基汞和甲基汞比例在生态系统食物网各组分中的变化并不一致。蓄水后,水体中总汞变化较小,甲基汞和甲基汞比例上升明显;浮游生物尤其是浮游动物中总汞升高,但甲基汞和甲基汞比例升高更为明显;与浮游动物类似,底栖水生昆虫中总汞升高,甲基汞和甲基汞比例升高也更为明显;鱼类作为食物网顶级消费者,甲基汞比例一般在80%以上,在水库形成后鱼类总汞和甲基汞均明显升高,但甲基汞比例变化已经不大。这些变化揭示了水库形成后甲基汞在食物网传递的两个主要可能途径,一是微型生物食物网。通过悬浮颗粒物、浮游植物、浮游动物这一环节,甲基汞和甲基汞比例有明显的增加。第二个途径是底层生物食物网。通过悬浮颗粒物、细菌、碎屑食性底栖水生昆虫、肉食型底栖水生昆虫环节,甲基汞和甲基汞比例明显增加。这两种途径均能导致以水生昆虫、小鱼、甲壳类等为食的肉食性鱼类汞含量增加。水库形成后,生态系统中汞的甲基化发生了明显的"加速"过程。这种"加速"过程最直接的因素是成库后大量土壤淹没使得汞的甲基化平衡被打破。这个过程主要有两方面的影响。一方面是直接影响,被淹没土壤和植被在腐解过程中主动或被动地将甲基汞释放到水库生态系统中;另一方面是间接影响,被淹没土壤和植被的腐解使水库底部形成厌氧环境,有利于无机汞从被淹没土壤和植被中溶出,为甲基化反应提供充裕的、可供甲基化的无机汞,同时腐解产生的大量营养物质为微生物提供丰富食物来源,使硫酸盐还原菌大量繁殖,促进无机汞的甲基化。在我国,有关汞在新建水库食物网中生物累积和风险评价的研究有待进一步加强。     

硫酸盐还原菌对汞的甲基化作用及其影响因子

从受氯碱化工废水严重污染的湖北鸭儿湖 1号氧化塘底泥中分离获得了硫酸盐还原菌 ,研究了其生理特性和环境因子对其生长的影响。并在实验室条件下建立了模拟厌氧水环境 ,通过正交实验获得汞甲基化的最佳条件 ,研究了该条件下硫酸盐还原菌在好氧和厌氧状况下对汞的甲基化作用 ,以及非生物甲基化作用。同时又分别作了单因素实验 ,并用高效液相色谱法测定了水样中不同形态的汞。结果显示 ,该硫酸盐还原菌营厌氧生活 ,在35℃、pH7 0、0 7%的盐度、0 5g/LFe2 和不含硫化物等条件下 ,可达到最佳生长状态。水环境中汞的甲基化作用主要发生在有微生物为媒介的厌氧环境下 ,汞的非生物甲基化作用和好氧环境下的甲基化作用均可忽略不计。厌氧环境下 ,水体温度、pH值、硫化物和盐度等诸多环境因素对汞的微生物甲基化作用的影响也进行了研究与讨论。     

双组份系统YvcPQ抑制苏云金芽胞杆菌的芽胞形成

【目的】探究双组份系统YvcPQ影响芽胞形成的机制。【方法】利用β-半乳糖苷酶活性实验验证YvcP对芽胞形成抑制因子KapD的调控作用;通过无痕基因敲除并分别比较突变株与出发菌株的芽胞产率,研究YvcPQ及KapD对芽胞形成的影响;应用细菌单杂交实验、EMSA实验和实时荧光定量PCR技术探究转录调控因子AbrB对yvcPQ操纵子的转录调节。【结果】YvcP可以正调控kapD的表达,从而抑制芽胞形成;yvcPQ不能受YvcP的自调控,而是受AbrB转录激活。【结论】调控因子AbrB能够通过正调控yvcPQ操纵子的转录来提高细胞内YvcP的含量,进而增强YvcP对芽胞形成抑制因子编码基因kapD的表达,最终抑制芽胞的形成。     

细菌nox基因研究进展

细菌nox基因编码合成一种含核黄素的NADH氧化酶,NADH氧化酶可催化双原子氧还原为H2O2或H2O,同时将NADH氧化为NAD+。该反应发生在多种代谢途径中,从而对细菌的氧化应激、菌膜形成、毒力调控及代谢产物生成等生理生化过程产生一系列影响。目前对高等动植物体中的nox基因及其编码的NADH氧化酶已有较深入的研究,但近年来一些研究表明,细菌nox基因的功能及作用通路与动植物体存在较大差异,因此,有必要详细了解细菌中nox基因和NADH氧化酶的具体作用机制及其对细胞产生的影响。综合分析近年来细菌nox基因及NADH氧化酶的研究成果,结合我们的研究,对目前存在的问题和未来的发展进行综述。