土壤微生物中新型β-葡萄糖苷酶的挖掘与鉴定

【背景】通过培养微生物来获得新β-葡萄糖苷酶因只有少部分微生物可以被培养而受到限制,但宏基因组学技术可以挖掘非培养微生物来源的β-葡萄糖苷酶资源。【目的】利用宏基因组学技术挖掘土壤微生物来源的新型β-葡萄糖苷酶,并对其酶学性质进行初步分析。【方法】构建土壤微生物的宏基因组文库,利用七叶苷平板显色法对所构建的文库进行筛选获得阳性克隆,并对阳性克隆所含的β-葡萄糖苷酶基因进行异源表达和生物化学特性分析。【结果】通过筛选文库中的62万个克隆,获得一个具有β-葡萄糖苷酶活性的克隆,其插入片段中包含一个2 301 bp的ORF(YNBG3),蛋白同源性分析显示其属于β-葡萄糖苷酶第三家族。对YNBG3酶的生化分析确定其最佳反应温度为53°C,最适p H为5.2,有较好的热稳定性,对一定浓度范围内的DMSO、丙酮、乙醇等有机试剂有较好的耐受性,EDTA和尿素可增加该酶的活性。【结论】利用宏基因组学技术获得了一个有较好热稳定性及耐受一定浓度有机试剂和尿素的新β-葡萄糖苷酶。     

红树林链霉菌ZFSM1-146中抗菌活性物质的发现

【背景】红树林来源的放线菌蕴含着丰富的次级代谢产物资源,是挖掘小分子药物的重要来源。【目的】对红树林放线菌天然产物进行研究,分离和鉴定其中的抗菌活性化合物。【方法】采用稀释涂布平板法分离纯化红树林土壤中的放线菌,通过琼脂块法初筛和滤纸片法复筛获得具有抗菌活性的放线菌;基于16SrRNA基因序列分析和系统发育树构建确定目标放线菌种类;通过高效液相色谱法对目标放线菌的发酵产物进行分析,采用硅胶柱层析和高效液相色谱分离技术结合的活性追踪法纯化抗菌活性物质;经高分辨电喷雾电离质谱和核磁共振波谱技术鉴定抗菌活性物质的结构。【结果】从红树林土壤中筛选到一株抗菌活性较强的放线菌ZFSM1-146,16SrRNA基因序列及其基因片段构建的系统发育树分析初步确定其为抗生链霉菌(Streptomyces antibioticus);菌株ZFSM1-146可产生抗菌活性化合物1-3,化合物1-3经结构鉴定分别为放线菌素X_(Oβ)、X_2和D。经培养基初步优化,抗菌活性最强的放线菌素X2的产量约达到原来的2倍。【结论】从红树林土壤中筛选出一株可产生抗菌活性物质的抗生链霉菌ZFSM1-146,并鉴定出3个抗菌活性成分均为放线菌素类化合物,为后续进行放线菌素的产量优化和通过分子遗传手段进行结构改造提供了宝贵的菌种资源。     

基于功能宏基因组学技术的金黄色葡萄球菌生物被膜抑制物的发现与活性分析

宏基因组学方法直接提取环境中的全部微生物基因组DNA,并使其得到功能性表达,为微生物天然产物的开发利用提供了新的方法。利用功能宏基因组学技术,使用大肠杆菌-链霉菌穿梭载体构建四川峨眉山土壤宏基因组文库,并将文库菌中所携带的环境DNA接合转移到链霉菌宿主中。通过活性筛选获得两个具有抗菌活性的阳性链霉菌克隆,其发酵粗提物对金黄色葡萄球菌生物被膜的形成均有很好的抑制作用,当浓度达到2 MIC(Minimum inhibitory concentration)时,抑制作用超过90%;同时,两种粗提物样品对金黄色葡萄球菌生物被膜也存在显著的清除作用,其中EM110样品对金黄色葡萄球菌生物被膜的清除率高于EM123样品。本文通过功能宏基因组学技术,直接从土壤中筛选获得了对金黄色葡萄球菌生物被膜有较强抑制及清除作用的活性物质。     

土壤宏基因组文库来源酯酶的鉴定与表征

【目的】利用宏基因组学技术挖掘土壤微生物来源的新型酯酶。【方法】构建土壤微生物宏基因组文库,利用三丁酸甘油酯平板法对所构建的文库进行筛选,并对阳性克隆中鉴定出的酯酶基因进行异源表达和生物化学特性分析。【结果】通过筛选文库中的12万个克隆,获得了一个阳性克隆,对克隆中的DNA片段进行序列分析,发现了一个可能的酯酶基因,通过研究其表达产物,确定其最适pH为9.0,最适反应温度为56°C,在90°C下仍可保持20%的酶活性;能专一性水解短链脂类,对长链脂类无水解作用;对一定浓度范围内的有机试剂如二甲基亚砜、甲醇、乙醇有较好的耐受性,尤其当二甲基亚砜含量为10%(体积比)时,相对酶活可提高44%。【结论】不依赖于微生物可培养性的宏基因组学技术可以发现新的活性酶,本研究获得的对高温、有机试剂有较好耐受性的酯酶ESTYN1具有在工业生产中应用的潜力。     

云南土壤宏基因组文库中替加环素耐药基因的筛选与分析

【背景】随着抗生素的广泛应用以及滥用,出现了多重耐药的"超级细菌",并且在临床上已出现对治疗"超级细菌"感染的最后一线抗生素——替加环素耐药的细菌。【目的】对土壤环境中存在的替加环素耐药基因进行筛选调查,探讨替加环素耐药机制,为临床抗生素治疗提供借鉴。【方法】利用功能宏基因组学技术对土壤宏基因组文库进行替加环素耐药阳性克隆的筛选和耐药亚克隆的构建,对构建成功的亚克隆进行测序和生物信息学分析探知其功能,同时进行最低抑菌浓度(Minimum Inhibitory Concentration,MIC)的测定。【结果】筛选得到一个四环素抗性Major Facilitator Superfamily(MFS)外排泵基因,携带该基因的菌株对四环素类抗生素均耐药,对替加环素和四环素的MIC值分别为16μg/mL和32μg/mL。当MFS外排泵抑制剂羰基氰化物间氯苯腙(CarbonylCyanide3-Chlorophenylhydrazone,CCCP)浓度为4μg/mL时可以抑制其对四环素类抗生素的外排作用。生物信息学结果表明该基因编码483个氨基酸,编码的蛋白质属于疏水稳定蛋白;其含有的14个跨膜区构成MFS外排泵蛋白典型的14次跨膜螺旋保守结构域;系统进化树分析表明其与其他替加环素耐药基因编码的蛋白质位于不同的分支上,相似性较低。【结论】利用功能宏基因组学技术筛选得到一个有替加环素抗性的MFS外排泵基因,编码的蛋白质属于14次跨膜螺旋MFS外排泵家族,为今后研究替加环素耐药机制提供参考。