厌氧甲烷氧化微生物物质代谢与能量代谢研究进展

甲烷既是一种温室气体,也是一种潜在的能源物质,其源与汇的平衡对地球化学循环及工程应用均有重要意义。厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)过程是深海、湿地和农田等自然生境中重要的甲烷汇,在缓解温室气体排放方面发挥了巨大作用。AOM微生物的中枢代谢机制及其能量转化途径则是介导厌氧甲烷氧化耦合其他物质还原的关键所在。因此,本文从电子受体多样性的视角,主要分析了硫酸盐型,硝酸盐/亚硝酸盐型,金属还原型厌氧甲烷氧化微生物的生理生化过程及环境分布,并对近些年发现的新型厌氧甲烷氧化进行了梳理;重点总结了厌氧甲烷氧化微生物细胞内电子传递路径以及胞外电子传递方式;根据厌氧甲烷氧化微生物环境分布及反应特征,就其生态学意义及在污染治理与能源回收方面的潜在应用价值进行了展望。本综述以期深化对厌氧甲烷氧化过程的微生物学认知,并为其潜在的工程应用方向提供新的思路。     

水体硝化体系中砷的解毒机制探讨

硝化是目前废水生物脱氮中应用最为广泛的工艺之一,其功能菌为化能自养型细菌,生长缓慢,对重金属十分敏感。砷是一种剧毒的类金属元素,主要以无机形式的亚砷酸盐[AsO₂^-,As（Ⅲ）]和砷酸盐[AsO₄^3-,As（Ⅴ）]存在,尤以As（Ⅲ）毒性最强。但研究发现,在硝化体系中,高浓度As（Ⅲ）(约400mg/L)未对硝化功能微生物产生明显毒性。深入比较发现,As（Ⅲ）的生物氧化与硝化过程具有一定的关联性。化能自养型As（Ⅲ）氧化菌不仅可在有氧条件下将As（Ⅲ）氧化,还可在缺氧条件下以NO₂^–或NO₃^–为电子受体氧化As（Ⅲ）。而硝化细菌也是典型的化能自养菌,且硝化体系内存在氧气及硝化产物NO₂^–、NO₃^–等电子受体,理论上均可接受电子实现As（Ⅲ）的氧化。本文结合硝化反应特性,综述了As（Ⅲ）在硝化体系下的解毒机制,主要为胞外聚合物的...     

微生物介导铁还原耦合氨氧化过程的研究进展

铁的氧化还原过程可以显著影响环境中次生矿物的形成、养分转化和污染物的归趋。作为厌氧环境中新发现的铁循环过程,铁氨氧化过程对自然和农田生态系统中氨氧化的贡献可达10%以上,对环境保护和农业生产具有深远的意义。文章主要从发展历程、相关微生物、反应机制、影响因素和环境意义等方面综述了铁氨氧化过程。在此过程中,Acidimicrobiaceaesp.A6和异化铁还原菌(DIRB)是驱动铁氨氧化过程的关键微生物,环境pH、Fe(Ⅲ)的浓度和种类、碳源和Mn(Ⅳ)氧化物是重要环境影响因子。铁氨氧化过程可能由微生物独立驱动完成,也可能由微生物-化学耦合作用驱动完成。从环境意义看,铁氨氧化过程对减少温室气体排放、固定重金属等方面具有积极影响,但也会导致氮素流失等负面环境效应。后续的研究可以从纯化微生物、拓展研究方法等方面着手,进一步提升铁氨氧化过程的研究广度和深度。     

嗜热革节孢多糖单加氧酶氧化方式

多糖单加氧酶(polysaccharidemonooxygenase,PMO)是一种铜离子依赖的氧化酶,属于辅助活性酶类第九家族(auxiliary activity 9,AA9),在存在电子供体维生素C(vitamin C,Vc)的情况下,可以氧化裂解纤维素的多糖链,显著提高纤维素的酶解效率。本文克隆了嗜热革节孢Scytalidium thermophilumAA9家族的一个编码基因pmo7651,并在毕赤酵母GS115进行诱导表达,通过His标签获得了重组蛋白PMO7651-His。以磷酸膨胀纤维素(PASC)为底物进行酶促反应,薄层层析法(TLC)结果显示PMO7651酶解产物主要为纤维二糖至纤维五糖;飞行时间质谱法(MALDI-TOF-MS)和溴氧化法确定PMO7651具有C1、C4、C6位的氧化活性;底物结合平面的3个芳香族氨基酸位点突变对酶的活性具有不同程度的影响;在PMO7651帮助下,纤维素酶的降解效率均具有不同程度的提高。     

普罗布考联合胰激肽原酶对老年糖尿病周围神经病变患者氧化应激反应及血清NSE水平的影响

目的:探讨普罗布考联合胰激肽原酶对老年糖尿病周围神经病变患者氧化应激反应及血清神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平的影响。方法:选择2015年8月至2017年8月我院接诊的94例老年糖尿病周围神经病变患者作为本研究对象,通过随机数表法将其分为观察组(n=47)和对照组(n=47)。对照组在常规治疗基础上给予胰激肽原酶治疗,观察组在对照组基础上联合普罗布考治疗,两组均连续治疗12周。比较两组治疗后的临床疗效、治疗前后运动传导速度(MNCV)、感觉传导速度(SNCV)、多伦多临床评分系统(TCSS)评分、血清丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)及NSE水平的变化和不良反应的发生情况。结果:治疗后,观察组临床疗效总有效率为93.62%(44/47),明显高于对照组[70.21%(33/47)](P0.05);两组正中神经、腓总神经MNCV、SNCV较治疗前均显著延长(P0.05),且观察组正中神经、腓总神经MNCV、SNCV均明显高于对照组(P0.05);两组TCSS评分各内容和总分、血清MDA、NSE水平较治疗前均显著降低(P0.05),且观察组TCSS评分中症状评分、反射评分、感觉评分和总分及、血清MDA、NSE水平均明显低于对照组(P0.05);两组血清超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)水平较治疗前均显著升高(P0.05),且观察组血清SOD、CAT、GSH-Px水平均明显比对照组高(P0.05)。两组治疗期间不良反应总发生率分别为10.64%(5/47)、4.26%(2/47),组间比较差异无统计学意义(P0.05)。结论:普罗布考联合胰激肽原酶治疗老年糖尿病周围神经病变患者的效果显著优于单用胰激肽原酶治疗,可更有效改善神经病变程度,其机制可能和缓解氧化应激反应、降低血清NSE水平有关。     

槲皮素对节律钟基因的调控研究*

目的:探讨槲皮素对节律钟基因表达的影响。方法:通过50%的马血清刺激诱导人骨肉瘤U2OS细胞同步化,利用槲皮素处理同步化后的U2OS细胞。进一步利用荧光定量PCR检测节律钟关键基因的变化。利用western blot检测槲皮素对组蛋白乙酰化的影响,并且通过试剂盒测定槲皮素对细胞内氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的影响。通过尼克酰胺和槲皮素同时处理U2OS细胞,利用荧光定量PCR检测节律钟关键基因的变化。结果:U2OS细胞经过槲皮素处理后节律钟关键基因芳烃受体核转位蛋白3(brain and muscle Arnt-like protein-1,BMAL1),节律周期蛋白2(Period 2, PER2),孤儿核受体alpha(REV-ERBα)和蓝光受体蛋白1(Cryptochrome 1,CRY1)在转录水平的表达水平有明显的升高。槲皮素处理可以显著降低U2OS细胞的组蛋白乙酰化的水平,并且显著升高U2OS细胞内的氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的水平。进一步研究发现,尼克酰胺(Nicotinamide,NAM)处理完全抑制了槲皮素对节律基因的影响。结论:槲皮素显著地激活了节律钟关键基因的mRNA表达水平,槲皮素对于节律基因的调控依赖于Sirtuins的活性,其机制可能是由于槲皮素增加了细胞内的氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的水平所导致。     

氯吡格雷强化治疗对老年急性心肌梗死患者炎性反应及氧化-抗氧化水平影响

目的:探讨氯吡格雷强化治疗对老年急性心肌梗死患者炎性反应及氧化-抗氧化水平的影响。方法:选择我院2012年1月至2016年12月收治的400例老年急性心肌梗死患者,根据随机数字表法分为观察组及对照组。对照组给予常规治疗,观察组给予氯吡格雷强化治疗,对比两组患者的疗效,治疗期间的不良心血管事件及不良反应的发生情况,治疗前后的血清白介素1 (interleukin-1,IL-1)、白介素2 (interleukin-2,IL-2)、白介素6 (interleukin-6,IL-6)、白介素10 (interleukin-10,IL-10)水平及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、过氧化酶(catalase,CAT)及谷胱甘肽氧化物酶(glutathione peroxidase,GSHPX protein)水平。结果:治疗后,观察组的总有效率为92.50%,明显高于对照组(72%,P0.05);观察组的心血管不良事件发生率明显低于对照组(P0.05);两组的不良反应发生率对比差异无统计学意义(P0.05)。两组治疗后的血清IL-1、IL-2、IL-6、IL-10、MDA水平均较治疗前明显下降,且观察组以上指标水平均明显低于对照组(P0.05),而两组治疗后的血清SOD、CAT、GSHPX水平均较治疗前明显上升,且观察组以上指标水平均明显高于对照组(P0.05)。结论:与常规治疗相比,氯吡格雷强化治疗可显著提高老年急性心肌梗死患者的临床疗效,这可能与有效减轻患者的炎症反应,增强抗氧化作用有关。     

‘嘎拉’苹果及其杂交后代对炭疽叶枯病的抗性机制分析

为解析苹果对炭疽叶枯病的抗性机制,该研究以‘嘎拉’、‘藤牧1号’苹果及其杂交后代等87个苹果品种(系)为试验材料,进行田间调查及人工接种病菌并检测不同品种(系)中病菌生物量,利用SSR分子标记进行基因型鉴定,分析各品种(系)对炭疽叶枯病的抗性差异,利用荧光定量PCR及酶活检测比较分析水杨酸相关基因、抗性酶基因及酶活性水平差异。结果表明：(1)87个苹果品种(系)对苹果炭疽叶枯病的抗性差异明显,‘嘎拉’、‘2 5’、‘19 19’等品种(系)叶片发病严重,表现出对炭疽叶枯病的高感性,‘藤牧1号’、‘40 9’及‘16 16’等品种(系)叶片无病斑或病斑极少,炭疽叶枯病菌含量显著低于感病性品种(系),其抗性显著。(2)SSR标记S0405127和S0304673的基因型鉴定结果与田间表型调查结果相比,准确率分别为93.10%和91.95%,与人工接种结果相比,准确率分别为91.95%和95.40%。(3)SA相关基因的表达模式结果表明,接种炭疽叶枯病菌4 d后,‘藤牧1号’、‘40 9’及‘16 16’等抗性品种(系)中SA合成相关基因MdEDS1、MdPAD4和MdPAL被强烈诱导表达;同时,SA信号转导相关基因MdNPR1、MdPR1、MdPR5的表达显著高于‘嘎拉’等感病品种(系)。(4)接种炭疽叶枯病菌4 d后,‘藤牧1号’、‘40 9’及‘16 16’等抗性品种(系)的MdSOD、MdPOD酶基因表达水平及酶活性显著高于‘嘎拉’、‘2 5’、‘19 19’等感病品种(系)。研究认为,‘藤牧1号’、‘40 9’及‘16 16’等品种(系)通过调控水杨酸合成和信号转导通路及氧化还原相关反应等提高对炭疽叶枯病的抗性,为挖掘抗性基因以及利用优良种质选育抗病品种奠定了基础。     

基于微生态探讨肠源性尿毒症毒素与慢性肾脏病的关系

近年来得益于宏基因组学和代谢组学研究技术的进步,人类健康或疾病状态下,肠道菌群与宿主相关性研究剧增,但其潜在机制研究仍然处于初级阶段。以慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)为研究背景,大量证据表明患者宿主和肠道菌群之间存在双向关联。一方面,CKD的病理状态下存在特殊的肠道菌群代谢模式;另一方面,肠道菌群紊乱及分解代谢后产生的肠源性尿毒症毒素(gut derived uremic toxins,GDUT)也加速CKD进展。因此,本文着重探讨硫酸吲哚酚、硫酸对甲酚和氧化三甲胺等关键GDUT对CKD患者结肠转运时间、肾转运体和自清除作用的潜在作用机制。进而从微生态角度出发,提出优化膳食摄入、调节肠道菌群等肾保护性措施,为延缓CKD的进展提供新的治疗思路。     

萝卜硫素对急性低温暴露鼠骨骼肌Nrf2介导的抗氧化能力的影响

萝卜硫素(sulforaphane,SFN)是一种在十字花科植物中含量丰富,且具有抗氧化效应的天然物质。本文基于核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)介导的抗氧化系统,探究不同时长低温暴露对骨骼肌抗氧化酶的影响及SFN对低温暴露骨骼肌抗氧化能力的作用。首先,30只雄性C57BL/6N小鼠随机分为常温对照组(0 h组)、低温暴露1 h组(1 h组)和低温暴露3 h组(3 h组)。其次,40只雄性C57BL/6N小鼠随机分为PBS常温对照组(PBS+Con),PBS低温暴露3 h组(PBS+Cold),SFN常温对照组(SFN+Con)和SFN低温暴露3 h组(SFN+Cold)。小鼠在急性温度干预前腹腔注射4次SFN或等体积PBS。急性低温暴露后,取小鼠骨骼肌,试剂盒检测活性氧(ROS)水平、总抗氧化能力(T-AOC)、还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量;荧光实时定量PCR检测Nrf2介导的抗氧化酶和参与生成谷胱甘肽相关酶的mRNA转录水平;Western blot检测Nrf2介导的抗氧化酶蛋白表达。结果显示,与0和1 h组相比,3 h组小鼠骨骼肌Nrf 2和抗氧化酶基因(Gpx 1、Hmox1、Cat、Sod 1和Nqo 1)的mRNA转录水平显著降低,ROS水平显著增加。与PBS+Con组相比,PBS+Cold组小鼠骨骼肌Nrf2和抗氧化酶(HMOX1和CAT)蛋白表达、GSH/GSSG比值及T-AOC水平显著降低,而GSSG含量和ROS水平增加。与PBS+Cold组相比,SFN+Cold组小鼠骨骼肌Nrf 2 mRNA及其蛋白表达、抗氧化酶(HMOX1和SOD1)蛋白表达、抗氧化酶基因(Gpx 1、Hmox 1、Cat、Sod 1和Nqo 1)mRNA转录水平、参与GSH生成的酶基因(Gclm和Gss)mRNA转录水平、GSH/GSSG比值以及T-AOC水平显著提高,而GSSG含量和ROS水平显著降低。综上,3 h急性低温暴露降低了Nrf2介导的抗氧化作用。而低温暴露前给予SFN补充,则激活了Nrf2介导的抗氧化酶和谷胱甘肽抗氧化系统,增强了骨骼肌抗氧化能力。