活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸( PHAs) 是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展, 包括合成PHA的主要微生物、碳源及影响PHA积累的因素.     

聚羟基脂肪酸酯PHA代谢工程研究30年

聚羟基脂肪酸酯 (Polyhydroxyalkanoate,PHA) 是微生物合成的可降解高分子材料,种类及性能多样,应用前景广阔,然而其大规模生产受制于它较为高昂的生产成本。30年来,代谢工程的应用日益广泛,通过代谢流调控、代谢通路改造引入新通路等方法,微生物合成PHA的效率得到了很大提高,也丰富了PHA的单体种类、结构多样性和底物多样性;同时通过改变细胞形态和PHA颗粒大小等方法实现了更加高效的下游生产处理,降低了PHA生产成本。近年来,基于极端微生物,尤其是嗜盐菌的“下一代工业生物技术” (Next generation industrial biotechnology,NGIB) 发展迅速。NGIB实现了PHA生产过程的开放性和连续性,节约能源和淡水,简化了PHA的生产过程。结合代谢工程技术,盐单胞菌可以作为多种PHA的低成本生产平台,将有望提高PHA的市场竞争力和推进其商业化。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。     

微生物解聚木质素合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸脂(PHAs)作为一种具高生物降解性和易加工性的细胞内储能物质,有希望代替石油基塑料,在全球生物塑料市场受到越来越多的关注。木质素作为地球上最为丰富的天然可再生芳香聚合物,可作为底物通过微生物降解转化为苯酚等单环芳香化合物,然后芳香化合物进一步转化,最终合成PHAs。综述了木质素降解转化合成PHAs的微生物及其相关途径,阐述了目前存在的问题和困难。深入探讨了提高木质素降解转化合成PHAs的生产效率及产物性能的研究进展。同时提出了木质素转化合成PHAs面临的挑战以及对未来发展的展望。     

北京红篓菌合成聚羟基烷酸的研究

报道从污水处理厂回流池废水中分离到的北京红篓菌 (Rcs.pekingensisstrain 3-p)合成PHAs的研究结果。实验结果表明 ,3 p菌株生长及积累PHAs的最佳培养条件为 :0 0 1 %酵母膏 ,0 0 1 %NH4 Cl,乙酸钠 5g L ;培养基最适pH值为 7 0～ 7 2。在此培养条件下 ,细胞内PHAs积累量达菌体干重的 60 %以上。酶活测定表明菌株 3 p含有与PHAs合成相关的β 酮硫解酶 ,乙酰乙酰CoA还原酶 ,PHA聚合酶 ,初步推断此菌株的代谢途径为     

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。     

安徽定远盐矿可培养嗜盐微生物多样性

【背景】嗜盐微生物多生活于高盐环境,具有独特的生理代谢特征,是一类重要的极端环境微生物资源。【目的】为更好地认识我国陆相盐矿的嗜盐微生物多样性组成,更好地开发利用嗜盐微生物资源积累丰富的微生物菌种。【方法】对安徽定远盐矿盐芯样品进行嗜盐微生物的纯培养分离,并对所分离菌株进行基于16SrRNA基因的测序和序列相似性分析,并对所分离菌株进行物种多样性分析。在此基础上,对代表菌株进行菌落形态和耐盐度及酶活测定。【结果】通过纯培养共分离获得了嗜盐微生物264株,其中嗜盐古菌150株,占56.8%;嗜盐细菌114株,占43.2%。嗜盐古菌物种分别来自于Halorubrum、 Halopenitus、 Haloterrigena、 Natrinema、 Natronoarchaeum和Natronomonas等6个属;嗜盐细菌物种分别来自于Pseudomonas、Aliifodinibius、Halobacillus、Halomonas和Halospina等5个属。通过代表菌株的酶活平板检测,发现产胞外蛋白酶菌株1株,酯酶1株,淀粉酶2株;能液化明胶菌株2株。在物种多样性组成方面,发现嗜盐古菌的物种多样性指数高于嗜盐细菌。【结论】本研究对我国安徽定远陆相盐矿的可培养嗜盐微生物多样性进行探究,积累了丰富的嗜盐微生物菌株资源。     

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术

剩余活性污泥完全资源化利用微生物集成技术包括: 使用土著PHA合成菌回注法驯化并发酵活性污泥, 生产生物降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA); 采用土著嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行生物淋滤, 去除重金属; 以解磷菌和解钾菌为菌种, 进行固态发酵, 生产生物菌肥。结果表明, 500 L中试PHA占挥发性悬浮固体的20%以上; 重金属含量达到国家排放要求; 生物菌肥中活菌数大于1×108 个/g以上。实现了剩余活性污泥的近零排放。     

新疆艾比湖和伊吾湖可培养嗜盐古菌多样性

新疆地区盐湖密布,蕴藏着丰富的微生物资源。为保护和利用微生物物种与基因资源,作者从新疆准噶尔盆地的艾比湖和天山山间盆地的伊吾湖分离纯化嗜盐微生物。采用PCR方法扩增其中65株嗜盐古菌16SrRNA基因序列。序列分析表明,分离的嗜盐古菌分属6个属,艾比湖以Haloterrigena和Natrinema属的菌株为主,伊吾湖由Haloarcula和Halorubrum两个属的菌株构成。通过多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和物种相对多度模型对分离的菌株进行多样性分析和比较,结果表明,盐湖嗜盐古菌的多样性指数、丰富度指数和均匀度指数具有一定相关性,艾比湖可培养嗜盐古菌的多样性高于伊吾湖。研究发现了一些新的物种资源,表明新疆盐湖中孕育的特色微生物资源亟待保护与利用。     

新疆达坂城盐湖中度嗜盐微生物的筛选分离与其抑菌性、生长特性初步研究

极端微生物作为非常宝贵的微生物资源,具有广阔的研究和应用前景。为获得中度嗜盐微生物,采用渗透压选择性培养基,从采自新疆达坂城盐湖及附近的20份水土样本中获得6株中度嗜盐菌,其中包括2株细菌、1株放线菌和3株霉菌。其中两株嗜盐菌对包括大肠杆菌在内的三种指示菌有不同程度的抑制作用。对有抑菌能力的两株中度嗜盐微生物进行生长特性的初步研究,发现其最适生长盐度为10%(以NaCl计),当盐度超过15%时则不生长;在pH6~9,温度25~37℃条件下均长势良好。     

嗜盐微生物

高盐环境通常是指那些盐浓度高于海水的环境．在这些环境中能够生存的微生物可划分为三类：一“类是能耐受一定浓度的盐溶液,但在无盐存在条件下生长最好的菌称为耐盐菌．第二类是一定浓度的盐为菌体生长所必需,且在一定浓度的盐溶液中生长最好,称为嗜盐菌．在盐浓度从零至饱和的盐溶液中均能生长,在一定浓度的盐溶液中生长最好的特殊类群称为多能盐生苗。依据嗜盐浓度的不同,嗜盐菌又可分为轻度嗜盐菌（最适盐浓度0．2—0．smol／L）、中度嗜盐菌（最适盐浓度0．5—2．omol／L）和极端嗜盐菌（最适盐浓度＞3mol／U,其中部分极端嗜…     

测定极端嗜盐古菌保持完整细胞形态最低NaCl浓度研究方法探析

细菌要维持其完整的细胞形态需要一定的渗透压,根据极端环境微生物耐盐程度的差异大致分为非嗜盐、弱嗜盐、中等嗜盐、极端嗜盐和耐盐菌5大类.本研究组通过测定不同浓度NaCl条件处理下,600 nm处的光谱吸收的改变值结合显微照相的方法,对极端嗜盐古菌维持完整细胞形态所必须的最低NaCl浓度进行研究.发现极端嗜盐古菌CY1保持完整的细胞形态的最低NaCl浓度为8%～10%.并建立了较为系统、可靠的测定极端嗜盐古菌保持完整细胞形态最低NaCl浓度的研究方法.     

加强研究推动我国生物降解塑料产业化进程一访清华大学生物系教授、长江学者陈国强

陈困强,清华大学教授,博士生导师,教育部长江学者特聘教授。长期从事“工业微生物、生物塑料和生物燃料”的研究。研究领域及方向：工业生物技术和合成生物学;微生物合成高分子材料聚羟基脂肪酸酯（PHA）;PHA在微生物中生理作用的研究;PHA作为组织工程材料的应用研究;     

新疆尉犁县黑湖嗜盐嗜碱菌的分离及系统发育学分析

【目的】从新疆尉犁县黑湖中筛选分离获得嗜盐嗜碱微生物,并对筛选获得的微生物进行种属鉴定。【方法】采用传统分离鉴定技术,进行形态和生理生化特性研究和基于16S r RNA基因的序列分析。【结果】从样品中分离获得可培养嗜盐嗜碱菌25株,对其进行鉴定。根据生理生化特征、16S r RNA基因序列测定和系统发育分析表明,25株菌分布在古菌Halorubrum、Haloarcula、Natrialba、Halohasta和Halopiger等5个属。其中优势菌群为Halorubrum,次优势菌群为Natrialba。其中DH-66(KU663028)属于Halopiger属,16S r RNA基因序列同源性与该属的模式菌株Halopiger aswanensis 56T同源性最高,为95.75%,预示为潜在的新种(新种鉴定将另行报道)。25株嗜盐嗜碱菌生长条件实验表明,这些菌适应Na Cl的浓度范围为15%-30%、最适浓度为20%-25%,生长的p H范围为7.0-13.0、最适p H为9.0-10.0。各种水解酶类的分析表明,在分离的25株菌中产淀粉酶的菌有5株占20%、产蛋白酶的菌有4株占16%、产酯酶可水解吐温20的菌有15株占60%、可水解吐温40的有7株占28%、可水解吐温80的有4株占16%、产过氧化氢酶的菌有14株占56%。9株菌同时能产4种酶,2株菌同时能产3种酶。表明了嗜盐嗜碱菌产酶的多样性。19株菌硝酸盐还原为阳性。【结论】揭示了新疆尉犁县黑湖嗜盐嗜碱菌生理生化特性的多样性和系统发育多样性,而且蕴藏着较丰富的新的微生物类群,亟待系统研究和进一步开发利用。     

塑料的降解与可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯的合成

近年来,塑料污染的问题始终困扰着人类社会。为了解决不可回收的塑料带来的环境问题,“降塑再造”的理念被提出。“降塑再造”主要包括塑料的降解和塑料的再生。而再生成为可降解的聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)则是实现塑料内循环的一种方式。PHA是一种可由多种微生物合成的生物聚酯,以其特有的生物相容性和可降解性以及热加工性能而被大家所关注。同时利用PHA的多样化的单体组成、加工技术和改性方法,可以进一步改善PHA的性能,产生类型多样、性能各异的PHA材料,也可以创造平衡耐久性和生物降解性的新产品,这些特性使PHA有望成为传统塑料的替代品之一。利用极端微生物进行生产的“下一代工业技术(next-generation industrial biotechnology,NGIB)”可以增加PHA的市场竞争力,为国家碳中和目标顺利实施提供参考。本文综述了各类塑料降解并生产PHA的可能性、PHA材料的基础材料属性、加工和改性方法及获得的新材料、新技术和独特的材料性质。     

基于PHA颗粒-PhaP标签和内含肽元件的极端嗜盐古菌蛋白的表达纯化系统

【目的】建立一个基于PHA颗粒-PhaP标签的简便实用的极端嗜盐古菌蛋白表达纯化系统,并探讨嗜盐古菌内含肽在该系统优化中的应用。【方法】以嗜盐古菌-大肠杆菌穿梭载体pWL502为基本骨架,构建带有嗜盐古菌强启动子和PhaP融合标签的表达载体;在地中海富盐菌phaP缺陷株(ΔphaP)中融合表达目的基因,通过蔗糖密度梯度离心分离纯化结合于PHA颗粒上的PhaP融合蛋白;在phaP基因与多克隆位点之间引入特定的嗜盐古菌内含肽元件,尝试通过定点突变改变该内含肽的剪切活性。【结果】成功构建了以PhaP作为N端融合标签的表达载体pPM以及作为C端融合标签的载体pIP;在phaP基因簇强启动子控制下,二者均实现了目标蛋白的高效表达;通过PHA颗粒介导的蛋白分离纯化策略,实现了以PhaP为融合标签的目标蛋白的分离纯化;发现内含肽序列Hbt21在地中海富盐菌中保持了高效的剪接活性,通过定点突变其C端末位氨基酸天冬酰胺(N182)及邻位的丝氨酸(S183)失活了该内含肽的C端剪接活性。【结论】首次建立了一个基于PHA颗粒-PhaP标签的简便节约的极端嗜盐古菌蛋白表达纯化系统,并确定了嗜盐古菌型内含肽C端剪接的活性位点,为该内含肽将来应用于PhaP融合蛋白的标签去除奠定了基础。     

连云港台北和盐城三圩盐田土壤嗜盐菌多样性研究

盐田土壤嗜盐微生物对盐田生态系统的良性循环和盐的生产至关重要.本文对江苏连云港台北盐田土壤和盐城三圩盐田土壤的嗜盐细菌和古菌的多样性进行了研究,结果表明两地盐土嗜盐细菌和古菌的分布具有相似性和独特性.采用培养法从两地盐土中共分离到17株嗜盐细菌,其中Halomonas为两地盐土共有的嗜盐细菌,而Halobacillus和Pontibacillus仅在三圩盐土中发现.通过非培养的16S rDNA基因文库法从两地盐土中发现了13种嗜盐古菌,台北盐土有Halobacterium和Haloplanus,三圩盐土有Halobacterium, Natronobacterium, Halogeometricum和Haloarcula. 10个嗜盐古菌的16S rDNA和GenBank已知序列的同源性为92%～97%.可能为这些属中的新该研究为盐田环境嗜盐微生物资源的开发和利用奠定了基础.     

极端嗜盐古菌蛋白类抗生素——嗜盐菌素

古菌(Archaea)是一类与细菌及真核生物显著不同的生命的第三种形式[1],大多生活在极端或特殊环境,主要包括产甲烷古菌(Methanogenic Achaea)、极端嗜盐古菌(Extremely Halophilic Archaea)和极端嗜热古菌(Extremely Thermophilic Archaea)等三大类.极端古菌是极端环境微生物的重要成员,也是极端环境微生物资源开发的重要领域.其中,嗜盐古菌可产生一类蛋白类抗生素,称为嗜盐菌素(halocin).     

嗜盐古菌几种常见胞外酶研究进展

嗜盐古菌是一类生活于极端高盐环境的化能异养型原核微生物,其所分泌的胞外酶(外泌酶)具有在高盐条件下仍能保持活性的特点,在制革工业、高盐有机废水处理和泡菜加工等腌制食品方面发挥重要用途。本文对嗜盐古菌的胞外蛋白酶、淀粉酶、酯酶等几种常见胞外酶的来源和基本酶学性质的最新研究进展进行综述,为更好地开发利用嗜盐古菌胞外酶资源提供参考。     

生产聚羟基脂肪酸酯的微生物细胞工厂

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由微生物合成的、生物可再生、生物可降解、具有多种材料学性能的高分子聚合物,在很多领域有着广泛的应用前景。以下从辅酶工程、代谢工程、微氧生产等方面综述了微生物法生产PHA的研究进展,并对利用PHA合成基因提高基因工程菌的代谢潜能进行了讨论。