焦化废水处理厂接触氧化池中降酚菌群的苯酚羟化酶大亚基基因多样性

研究了某焦化废水处理厂接触氧化池中降酚菌群的苯酚羟化酶大亚基基因(thelargestsubunitofthemulti-componentphenolhydroxylase,LmPH)的多样性。通过温度梯度凝胶电泳(temperaturegradientgelelectrophoresis,TGGE)对比分析了氧化池4个区段(O1—O4)中降酚菌群LmPH的组成。它们的TGGE图谱完全一样,相似性为100%,表明该处理池中不同区段的降酚菌群的功能基因组成是高度相似的。以O4段的菌群为代表建立LmPH基因克隆文库,从中挑选了49个克隆测序。依据LmPH基因的DNA序列所推测的氨基酸序列完全相同的归为一类的原则,49个克隆被分为16种类型,其中优势LmPH基因主要有5种类型(多于4个克隆),而另外11种类型都只有1个克隆。与已知基因同源性超过90%的有7种类型,低于80%的有2种类型。基于氨基酸序列的系统进化树分析表明,LmPH文库中绝大部分的类型都属于低亲和常数(low-Ks)的LmPH,占所有克隆的92%。只有一个类型属于高亲和常数(high-Ks)的。因此,处理焦化废水的工业装置中不仅具有丰富多样的苯酚羟化酶基因类型,而且以编码低亲和常数的占优势地位,而过去报道的通过富集培养分离得到的降酚菌则多带有高亲和常数的酶。这提示我们传统的富集培养方法并不能筛选到生态环境中的真正优势功能菌。     

1型CRISPR位点间区序列分析在嗜热链球菌菌株分型中的应用

为了建立适用于嗜热链球菌菌株资源多样性调查的菌株分型方法,尝试将1型CRISPR位点间区序列分析用于嗜热链球菌的菌株分型,并与常用ERIC-PCR指纹图谱方法进行了比较。结果表明,1型CRISPR位点间区序列分析可以把30株从三个不同样品中分离的嗜热链球菌分成三种差异明显的类型:不同类型菌株之间没有相同的间区序列;而同一类型菌株之间,间区序列的组成和排列则基本一致,并且上述分型的结果与用ERIC-PCR指纹图谱技术获得的结果完全一致。因此,1型CRISPR位点间区序列分析是嗜热链球菌分型鉴定的可靠方法,并适用于大量菌株的分型鉴定和多样性调查。     

生物元件库国内外研究进展

生物元件库是对元件数据和实物进行收集、整理和共享的重要平台,对合成生物学的研究和应用具有非常重要的支撑作用。本文对国内外生物元件库的研究进展进行了介绍和综述。国外先后出现了标准生物元件登记库等多个元件库,通过制定OpenMTA协议实现了元件实物的免费分发共享,并通过制定“合成生物学开放语言”（SBOL）实现了多个元件库之间的数据交换;通过bionet项目对元件数据和实物的去中心化管理作了进一步尝试。近年来我们与国内多家科研单位合作建设了合成生物学元件与数据库（RDBSB,https：//www.biosino.org/rdbsb/or https：//www.biosino.org/npbiosys/）。在建设过程中,我们首先建立了与SBOL语言兼容的《催化元件数据标准》、多种重要元件的标准功能测试方法以及安全高效的元件提交系统,并在此基础上完成了元件数量最多且信息最为全面的催化元件数据库的构建。目前,收集了30多万个催化元件,包括7万多个具有文献支持功能表征信息的催化元件,并保藏了1万个以上的实物元件和5000个底盘菌株,通过网站实现了数据和实物的公开与共享。上述元件库已经对国内合成生物学的研究和应用产生了积极地推动作用,访问量超过100万次/年,提供元件和底盘共享服务大于100次/年,并为多家企业和研究单位提供了元件和底盘的定制服务。虽然我们的元件库建设取得了巨大的进步,但是仍需在调控元件的收集整理和共享机制创新等方面取得更多的突破,在数据有源、多层审核、资源共享、信息公开、信息安全和授权访问的基础上,加速生物元件数据、实物和设计工具的汇聚,并进一步服务合成生物学研究。     

生物元件的挖掘、改造与标准化

生物元件是合成生物学中的三大基本要素之一,是合成生物学的基石。现阶段,生物元件的挖掘、鉴定和改造仍然是合成生物学领域的重要研究方向之一。合成生物学与基因工程和代谢工程最显著的差别在于能够将大量的生物元件进行快速、随意的组装,而实现这一目标的前提是将生物元件标准化。目前,已经有大量基因组被解析,通过这些基因组数据库的注释与功能验证,并借助于各种生物信息学软件预测启动子、终止子、操纵了、转录因子和转录因子结合位点、核糖体结合位点以及蛋白质编码区等部件,为合成生物学提供丰富的生物元件信息资源。随着元基因组技术的兴起,大量未培养微生物中的基因和基因簇信息被解析,使得我们可以从占自然界中实际存在微生物总数99％的未知微生物中挖掘更多的生物元件。另外,生物元件可以从自然界分离出来,也可以对天然生物元件进行修饰、重组和改造后得到新的元件。酵母是异源蛋白表达的通用宿主和生物基产品生产的细胞工厂,但其本身可用的启动子非常有限,近年来各国学者在酵母启动子改造和文库构建方面做了很多工作,该文也将概述酵母启动子改造和在合成生物生物学研究领域中的应用方面的研究进展。     

焦化废水工业处理装置和实验室装置硝化菌群的分子比较

反应器的群落结构分析有助于对工业装置的故障原因进行诊断。为了解决某焦化废水处理装置硝化功能低下的故障,构建了一套相似的实验室装置作为参照系统,该装置的硝化功能良好。通过工业装置和实验室装置好氧池生物膜16SrDNA克隆文库的比较,分析了它们之间硝化菌群的组成差异。实验室装置克隆文库的构成说明Nitrosomonas europaea-Nitrosoccus mobilis类群和Nitrospira属Ⅰ亚区系分别是该工艺条件下优势的氨氧化菌和亚硝酸氧化菌,但工业装置的克隆文库中却没有找到任何与硝化菌序列相近的克隆,这说明工业装置中硝化菌的多度较低。进一步使用Taqman荧光探针实时定量PCR测定了样品中Nitrospira属的多度,实验室装置中Nitrospira属16S rDNA的拷贝数达到3.4×106个/微克基因组DNA,而工业装置的测定值不到实验室装置的1/300。这些试验结果都表明工业装置好氧池微生物群落中缺少适当的硝化菌群是造成其硝化能力低下的重要原因。提高菌群中Nitrosomonas属和Nitrospira属的多度是解决工业装置硝化能力低下的关键。     

木质纤维素酶基因资源挖掘及真菌酶系改造简

简述了木质纤维素酶基因资源挖掘的策略和方法及其在丝状真菌酶系改造中的应用。从候选基因的获取（木质纤维素酶基因资源的挖掘和高效利用）、外源基因的表达、酶系的复配和重构等方面综述了丝状真菌酶系改造的最新进展,并提出了丝状真菌酶系改造中亟须解决的关键问题。     

木质纤维素酶基因资源挖掘及真菌酶系改造

简述了木质纤维素酶基因资源挖掘的策略和方法及其在丝状真菌酶系改造中的应用。从候选基因的获取(木质纤维素酶基因资源的挖掘和高效利用)、外源基因的表达、酶系的复配和重构等方面综述了丝状真菌酶系改造的最新进展,并提出了丝状真菌酶系改造中亟须解决的关键问题。