链霉菌次级代谢调控相关的双组分系统研究进展

链霉菌具有强大的次级代谢能力, 能够产生众多具有生物活性的次级代谢产物, 如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。在链霉菌中, 次级代谢产物的生物合成受到包括途径特异性、多效性以及全局性调控基因在内的多层次严格调控。关键调控基因的缺失或过表达可以显著影响次级代谢产物的生物合成, 提示对于链霉菌次级代谢重要调控基因的功能及其作用机制的研究具有巨大的潜在应用价值。其中, 作为细菌信号传导系统的双组分系统(Two-component system, TCS)一直是大家研究的关注点。越来越多的研究表明TCS在链霉菌次级代谢过程中发挥着全局性的调控功能。本文重点介绍链霉菌模式菌株——天蓝色链霉菌中TCS(包括典型TCS)、孤立的组氨酸蛋白激酶(HK)以及应答调控蛋白(RR)参与次级代谢调控的研究进展。这些TCS的功能鉴定及机制解析为工业链霉菌的定向遗传改造以提高重要次级代谢产物的含量提供了理论依据。     

一株紫罗兰蓝色素产生菌的分离、鉴定及其活性产物的特性分析

[目的]调查秦巴山地区微生物物种的多样性,建立用于活性产物筛选的微生物代谢产物库和菌种资源库,通过数据库平台进行资源共享.[方法]采用不同的分离方法,分离存在于不同生境的微生物类群,通过形态、生理生化及分子生物手段鉴定菌种,发酵并通过甲醇提取代谢产物.[结果]从本地区土壤样本中分离获得一株产水溶性紫罗兰蓝色素的放线菌Str-4331,在高氏培养基上其气生菌丝为白色,产生水溶性紫罗兰色素,镜检观察孢子丝螺旋形,孢子椭圆形至长圆形,通过形态、生理生化特征初步确定为链霉菌.利用ClustalX对其16S rRNA进行序列比对,用Neighbor-Joining (NJ)构建系统发育树,并用Bootstraping法对其评价.实验结果表明,该菌基因序列与砖红链霉菌(Streptomyces lateritius) LMG 19372基因序列有99％的最高相似性.抑菌试验表明,活性产物具有较强的抗革兰氏阳性细菌活性.色素在水溶液中颜色随着pH的变化而变化.质谱分析显示3个主要化合物,分子量分别为557.68、588.43、485.18 kD,其中分子量为557.68 kD化合物与榴菌素B分子量一致.[结论]根据菌株的16S rRNA序列分析结果,结合菌株的培养特性和生理生化特性,将菌株Str-4331归属为砖红链霉菌(S.lateritius).该菌种首次在本地区分离到,具有进一步研究开发的价值.     

利用合成生物学技术深入挖掘放线菌中活性次级代谢产物

放线菌是一类能够产生丰富生物小分子药物的微生物, 对人类的健康事业做出了杰出的贡献。但近几十年来, 来源于微生物并最终上市的药物越来越少, 而病原菌的抗药性问题却越发严重, 人们对新药的期待越来越迫切。本文介绍了近十年里发展迅速的合成生物学对微生物次级代谢产物研发的促进作用。合成生物学以工程化的思想对生命系统进行设计与改造, 使传统方法难以获取的放线菌次级代谢产物通过外源宿主得以产生, 充分利用了自然界的资源; 此外, 对次级代谢基因簇的合理设计和对生物元件的应用不仅使人们获得了自然界中原本不存在的新化合物, 还能使某些具有广泛应用价值药物的产量得以显著提高; 最后, 本文还介绍了合成生物学领域近些年DNA组装的新技术和新方法, 为从事次级代谢产物研发的工作者提供便利。     

白念珠菌铁通透酶基因CaFTH1的功能研究

[目的]白念珠菌CaFTH1是一种铁通透酶编码基因.为了研究CaFTH1对胞内铁代谢和液泡功能的影响,构建fth1△/△单基因缺失菌株和fth1△/△fet33△/△双基因缺失菌株.[方法]利用生物信息学软件对CaFTH1进行序列比对和分析;通过实时荧光定量PCR技术研究铁离子丰度对CaFTH1表达的影响;利用PCR介导的同源重组方法构建基因缺失菌株;利用原子吸收光谱方法测定基因缺失菌株胞内铁含量的变化,并对基因缺失菌株在缺铁条件和菌丝诱导条件下的生长状况进行研究;通过代谢转换实验,研究CaFTH1对细胞液泡功能的影响.[结果]序列比对结果表明白念珠菌CaFth1蛋白属于铁通透酶Ftr1超家族,与酿酒酵母液泡膜蛋白ScFth1具有最高的同源性.铁匮乏条件会诱导CaFTH1的表达,而富铁条件则会抑制其表达.白念珠菌CaFTH1的缺失会导致胞内铁含量的降低,fth1△/△突变菌株基础上CaFET33的缺失则会进一步降低胞内铁含量.在缺铁条件下,fth1△/△fet33△/△双基因缺失菌株在一定程度上表现出代谢转换能力的缺陷.另外,在某些固体菌丝诱导培养条件下,fth1△/△fet33△/△缺失菌株菌落表面形成褶皱能力显著增强;而在液体菌丝诱导条件下,则表现为增强的菌丝聚集能力.[结论]CaFTH1是一种低铁应答基因,在维持白念珠菌胞内铁离子稳态及液泡功能方面具有重要作用.CaFTH1和CaFET33基因的双缺失会对白念珠菌的菌落形态和菌丝聚集产生影响.     

积雪和冻结土壤系统中的微生物碳排放和碳氮循环的季节性特征

土壤微生物作为生态系统中重要的分解者,在对动植物残体以及土壤有机质降解的过程中,一方面释放CO2到大气中,是土壤碳排放的重要组成部分;另一方面,在分解的过程中,形成了可供给植物利用的无机养分.由于温度对代谢活动的直接影响,过去对微生物代谢的研究主要集中在生长季,通常假设冬季土壤微生物的活力可以忽略.陆地表面近60％的区域经历着季节性积雪覆盖和季节性土壤冻结的影响.近年来的研究表明,由于积雪的覆盖,形成很好的绝缘层,雪被下土壤中微生物仍然具有显著的活性,对土壤碳排放和植物的养分吸收具有重要的贡献.本文就积雪和冻结土壤系统中的微生物碳排放和碳氮循环的季节性特征进行了全面的分析,综述了国内外冬季雪下碳氮循环的研究现状,提出了目前研究中存在的问题和未来的研究方向,强调了开展温带冬季雪下土壤微生物碳氮循环研究的必要性和重要性.     

微生物学一直是生命科学中领先的学科

微生物学学科的研究对象决定了它有如下两方面的显著特点:微生物作为最简单的生命体而成为生命科学研究不可替代的基本材料,由此也奠定了微生物学在生命科学中的基础地位;微生物极其丰富的生物多样性决定了它们具有代谢产物多样性,同时又与人类、动植物和环境有着密切的相互作用,使得微生物学也成为应用领域里十分活跃的一门学科。     

兼性甲烷氧化菌的发现历程

兼性甲烷氧化菌在新陈代谢上具有独一无二的特性:它们能够利用甲烷或一些含碳碳键的有机物作为唯一碳源和能源.甲基细胞菌属(Methylocella)、甲基孢囊菌属(Methylocystis)和甲基帽菌属(Methylocapsa)的一些菌株已经被确定为兼性甲烷氧化菌.它们都属于a-变形菌纲,能够像利用甲烷一样在大分子有机酸或乙醇里生长.本文全面系统地总结了兼性甲烷氧化菌的研究发展历史,推断出兼性甲烷氧化菌易在酸性环境富集生长;介绍了与之有相近功能的兼性甲烷氧化生物;浅析了其对多碳化合物的代谢机理;最后讨论了兼性甲烷氧化菌研究的现存问题和工程应用前景.     

Pip介导铜绿假单胞菌吩嗪基因簇phz2的表达

[目的]为了确定铜绿假单胞菌调控因子Pip对两个不同吩嗪合成基因簇(phz1和phz2)的具体调控方式与可能的调控机制.[方法]根据基因比对结果,采用同源重组技术构建Pip调控因子缺失突变株PA-PG以及克隆ip基因作互补分析;再以已构建的吩嗪基因簇缺失突变株PA-Z1G和PA-Z2K为受体菌,构建突变株PA-PD-Z1G和PA-PG-Z2K,测定并比较野生株及相关突变株的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素的合成量,推定Pip对两个不同吩嗪合成基因簇的调控方式.[结果]在GA培养基中,突变株PA-PG的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素都比野生型明显减少;互补分析显示,突变株PA-PG的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素都显著提高并恢复到野生株PAO1水平;突变株PA-Z1G的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素合成量因Pip缺失而显著减少;而突变株PA-Z2K的吩嗪-1-羧酸和绿脓菌素合成量在Pip缺失后仍保持不变.[结论]初步推定,转录调控因子Pip对铜绿假单胞菌吩嗪合成代谢的确具有促进作用;Pip通过正向调控吩嗪基因簇phz2的合成功能实现对吩嗪合成代谢的调控.     

气相色谱-质谱联用技术及其在代谢组学中的应用

代谢组学是以高通量、高灵敏度、高分辨率的现代仪器分析方法为手段,对细胞、体液、组织中所有代谢物进行无偏向的定性与定量分析的一门学科。气相色谱-质谱联用技术具有较高的检测灵敏度和鉴定准确度,通过标准谱图库的比对可对代谢物进行快速的鉴定,因此被广泛应用于生物样品的代谢产物的检测中。文中对近年来气相色谱-质谱联用技术的发展以及在代谢组学研究中取得的成果进行了综述。首先介绍了气相色谱-质谱联用技术的分类和常用的样品衍生化方法;继而从样品预处理、定性与定量分析、数据分析三方面介绍了气相色谱-质谱联用技术分析代谢物的方法,并系统地对该技术在微生物、植物、疾病诊断领域的应用实例进行了评述;最后提出了当前气相色谱-质谱联用技术在代谢组学研究中存在的问题并对后续的研究进行了展望。     

HPLC法检测苦杏仁苷及其酶解产物

本文建立了一个快速高效的HPLC方法同时检测苦杏仁苷及其4个体外酶解产物,色谱分析系统为安捷伦液相色谱系统,自动进样器,迪马ODS C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5μm),柱温25℃,流动相30%甲醇,检测波长210 nm,进样量10μL。结果表明,苦杏仁苷、phenyl-(3,4,5-trihydroxy-6-methyl-tetrahydro-pyran-2-yloxy)-acetonitrile、野樱花苷、苯甲醛和杏仁腈的保留时间分别为5.087、13.836、16.357、22.775和3.307 min。该HPLC方法的重现性好,精确度和准确度高,当柱温低于30℃、pH值介于6.0~7.0时该方法结果稳定、重现性好。