耐辐射奇球菌crtⅠ基因缺失突变株的构建及其功能研究

利用PCR方法和体内同源重组技术,对耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)中控制色素合成的关键基因--crtⅠ进行缺失突变,成功获得红色色素缺失突变株M61.对突变株分别进行不同剂量电离辐射(IR)和不同浓度过氧化氢(H2O2)处理,结果表明与野生型菌株R1相比,突变株M61对电离辐射的抗性降低;对过氧化氢的敏感性明显上升,在高浓度H2O2条件下表现异常敏感.HPLC分析结果显示,crtⅠ基因的完全缺失对色素合成途径产生重要影响,导致番茄红素和其他红色类胡萝卜素的合成被抑制.证明crtⅠ基因是耐辐射奇球菌中控制红色类胡萝卜素合成的一个关键基因.为阐明耐辐射奇球菌中类胡萝卜素参与的抗辐射和抗氧化机制奠定了一定基础,为进一步研究类胡萝卜素在耐辐射奇球菌中的合成途径及功能提供了思路.     

耐辐射奇球菌dps突变株的构建和蛋白功能初步研究

Dps(DNAprotection during starvation)蛋白是原核生物中特有的一类具有铁离子结合和抗氧化损伤功能的重要蛋白。利用体外PCR扩增技术和体内同源重组方法,获得了耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)dps全基因(DRB0092)缺失突变株。对突变株和野生型分别进行不同浓度过氧化氢(H2O2)处理,结果表明:与野生型菌株R1相比,dps突变株在低浓度H2O2(≤10mmol/L)条件下存活率急剧下降,而高浓度(≥30mmol/L)下则完全致死。Native-PAGE活性染色结果显示,稳定生长期dps突变株体内两种过氧化氢酶(KatA和KatB)的活性较野生型R1分别上调2.3倍和2.6倍。通过质粒构建和大肠杆菌诱导表达,获得可溶性Dps蛋白。体外结合和DNA保护实验结果显示:Dps具有明显的DNA结合功能,并能保护质粒DNA免受羟自由基攻击。本研究证明,Dps蛋白在耐辐射奇球菌抗氧化体系中发挥重要作用,可能对该菌极端抗性机制有重要贡献。     

耐辐射奇球菌dps突变株的构建和蛋白功能初步研究

Dps(DNAprotection during starvation)蛋白是原核生物中特有的一类具有铁离子结合和抗氧化损伤功能的重要蛋白。利用体外PCR扩增技术和体内同源重组方法,获得了耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)dps全基因(DRB0092)缺失突变株。对突变株和野生型分别进行不同浓度过氧化氢(H₂O₂)处理,结果表明:与野生型菌株R1相比,dps突变株在低浓度H₂O₂(≤10mmol/L)条件下存活率急剧下降,而高浓度(≥30mmol/L)下则完全致死。Native-PAGE活性染色结果显示,稳定生长期dps突变株体内两种过氧化氢酶(KatA和KatB)的活性较野生型R1分别上调2.3倍和2.6倍。通过质粒构建和大肠杆菌诱导表达,获得可溶性Dps蛋白。体外结合和DNA保护实验结果显示:Dps具有明显的DNA结合功能,并能保护质粒DNA免受羟自由基攻击。本研究证明,Dps蛋白在耐辐射奇球菌抗氧化体系中发挥重要作用,可能对该菌极端抗性机制有重要贡献。     

类胡萝卜素在耐辐射奇球菌辐射抗性中的作用

为研究耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)中类胡萝卜素的生化合成基因及其在该细菌抗辐射机制中的生物学作用,通过有机溶剂提取及LC-MS技术分析了D. radiodurans所产类胡萝卜素物质的主要组分,运用PCR及基因同源重组技术,对该菌中类胡萝卜素生化合成途径的八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase,crtB)及八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase,crtI)基因进行了缺失突变,通过表型观察及HPLC定量分析突变株所产类胡萝卜素的组分变化确证突变株构建成功．野生株及crtB 与crtI基因缺失突变株对电离辐射和H₂O₂的敏感性差异比较分析显示,和野生株相比,两种突变株对不同剂量电离辐射和不同浓度H₂O₂的敏感性更强．crtB及crtI基因功能研究表明,这两个关键性合成基因的缺失,导致突变株不能催化合成类胡萝卜素生化合成途径中的重要中间体——番茄红素及一系列下游产物．通过λ原噬菌体紫外线诱导系统、电子自旋共振 (ESR)及DMPO自旋捕集技术,分别在体内和体外评价了其类胡萝卜素的抗氧化能力．结果表明,两种类胡萝卜素对超氧阴离子(O₂^·)及羟自由基(·OH)均表现出较强的清除作用．上述研究结果为探究D. radiodurans的类胡萝卜素合成基因和生物学功能,及类胡萝卜素在D. radiodurans抗辐射机制中的作用提供了新的直接实验证据．     

耐辐射球菌recQ双突变株的构建及逆境分析

RecQ解螺旋酶是生物有机体在进化中高度保守的SF1超级家族解螺旋酶的一个亚族,它对维持基因组的稳定性有重要的作用。耐辐射球菌野生型菌株R1有两个具有特殊结构的解螺旋酶DR1289和DR2444,运用PCR突变法克隆具有自身groEL启动子、KAT启动子与卡那霉素抗性基因、氯霉素抗性基因融合的DNA片段反向重组到基因组中,首次构建并鉴定了卡那霉素抗性完全突变株ΔDR1289,氯霉素抗性完全突变株ΔDR2444,双突变株ΔrecQ。辐射条件下和H2O2氧化压力下突变株生存率结果表明:ΔDR2444与R1存活率趋势线基本一致,而ΔDR1289和ΔrecQ双突变株较为敏感。根据上述结果推测,DR1289是一个对R1保持极端抗性的必须基因,而DR2444则是极端抗性的非必须基因。     

耐辐射球菌基因DRB0099缺失突变株的构建及逆境分析

耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans R1)有着极强的辐射抗性.研究其抗辐射的机理对于处理放射性废料有着潜在的应用价值.在耐辐射球菌的基因组中,许多序列的功能未知.其中DRB0099尤为引人注意.将DRB0099缺失突变构建该基因的突变株.对野生型和突变体进行比较后发现,在正常生长条件下的前期阶段(0～16 h),突变体生长速度比野生型慢.16 h以后,野生型逐渐进入稳定生长期.这时,突变株的生长速度高于野生型.但是,野生型的浓度一直高于突变株.表明在DRB0099被删除后,耐辐射球菌的生长可能受到了阻滞.在紫外线照射的条件下,尽管野生型随着照射剂量的增加,存活率越来越低,但是要比突变体高许多.野生型具有比突变体更强的修复DNA双链断裂的能力.DRB0099可能直接参与了对DNA的修复.突变体对H2O2的敏感程度高于野生型,表明野生型耐辐射球菌在对抗活性氧保护其蛋白质、DNA或者DNA修复方面具有比突变体更强的功能.在低浓度H2O2处理条件下,尽管野生型和突变体的存活率都出现下降趋势,但二者的差值并不大.随着H2O2剂量的增加,二者的差值越来越大.表明随着活性氧浓度的增加,蛋白质和DNA损伤的数量增加,失去DRB0099基因功能的突变体比野生型更容易受到损伤.在紫外线照射处理或者H2O2处理条件下,DRB0099能够保护蛋白质和DNA.     

耐辐射奇球菌代谢产物中的化学成分

通过甲醇提取、硅胶柱色谱、重结晶分离纯化,从耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)代谢产物中分离得到五个化合物,根据光谱数据鉴定为:腺嘌呤(1),胸腺嘧啶(2),尿嘧啶(3),腺苷(4)和L-丙氨酸(5)。所有成分均为首次从该细菌的代谢产物中得到。     

耐辐射奇球菌recA基因的克隆、表达及其对recA缺损大肠杆菌辐射抗性的影响

将耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）的recA基因克隆到表达质粒pET15b中,并在Escherichia coli HMS(DE3)中高效表达了可溶性的RecA重组蛋白。同时将recA基因通过穿梭质粒pRADZ3导入recA缺损E. coli TG2细胞中,Western印迹实验显示RecA蛋白能够在不需要诱导剂IPTG的条件下稳定表达。辐射抗性实验表明,D. radiodurans的recA基因在E. coli细胞中的表达能够完全补偿recA缺损E. coli辐射抗性能力。     

耐辐射奇球菌recA基因的克隆、表达及其对recA缺损大肠杆菌辐射抗性的影响

将耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)recA基因克隆到表达质粒pET15b中,并在Escherichia coli HMS中高效表达了可溶性的RecA重组蛋白。同时将recA基因通过穿梭质粒pRADZ3导入recA缺损E.coli TG2细胞中,Western印迹实验显示RecA蛋白能够在不需要诱导剂IPTG的条件下稳定表达。辐射抗性实验表明,D.radiodurans的recA基因在E.coli细胞中的表达能够完全补偿recA缺损E.coli辐射抗性能力。     

耐辐射奇球菌的极端辐射抗性机制及其潜在利用

耐辐射奇球菌被誉为“地球上最顽强的细菌”,能够在超高剂量的电离辐射、长时间干旱以及外太空等极端环境中存活,其电离辐射耐受性为人类细胞的数千倍.研究表明,这种惊人的能力来源于耐辐射奇球菌所具有的超强DNA损伤修复能力以及多种高效抗氧化系统的协同作用,使其能够将同一个基因组中同时产生的高达100个以上的DNA双链断裂在数十小时内进行高效而精准的修复.因此,耐辐射奇球菌成为目前研究DNA损伤修复的重要模式生物之一.本文主要阐述了耐辐射奇球菌的起源、细胞结构特征、DNA双链断裂修复机制以及抗氧化系统,展现了其对于极端环境的适应机制,并对其在放疗和基础生物学研究、抗逆调控元件的开发以及放射性核素富集等领域的应用前景进行了展望.     

非生物胁迫下耐辐射异常球菌drB0118基因功能分析

【目的】鉴定和确定被预测为编码干燥相关蛋白的耐辐射异常球菌(Deinococcus radiodurans) drB0118基因功能,探讨该基因对盐、渗透和氧化胁迫抗性的作用。【方法】构建drB0118基因缺失突变株(ΔB0118),通过氯化钠、D-山梨糖醇和过氧化氢等胁迫冲击实验及氧化胁迫条件下qRT-PCR分析,研究drB0118突变对非生物胁迫反应及氧化胁迫相关基因表达的影响。【结果】drB0118突变导致菌株对NaCl和D-sorbitol胁迫的抗性降低;对氧化胁迫(H2O2)敏感;qRT-PCR分析显示,drB0118突变引起氧化胁迫抗性基因pod和oxyR分别下调4倍和10倍。【结论】D. radiodurans中drB0118参与了盐、渗透和氧化等多种非生物胁迫反应。     

Role of RecA in DNA damage repair in Deinococcus radiodurans

It has been shown previously that the RecA protein of Deinococcus radiodurans plays a unique role in the repair of DNA damage in this highly DNA damage-resistant organism. Despite the high level of amino-acid identity, previous work has shown that Escherichia coli RecA does not complement D. radiodurans RecA mutants, further suggesting the uniqueness of D. radiodurans RecA. The work presented here shows that E. coli RecA does in fact provide partial complementation to a D. radiodurans RecA null mutant, suggesting that the RecA protein from D. radiodurans may not be as unique as believed previously.     

单亲灭活柠檬酸杆菌与奇球菌原生质体融合

利用单亲灭活原生质体技术对柠檬酸杆菌和奇球菌原生质体进行了融合,考察了原生质体制备条件与融合中的影响因素。试验表明,随着溶菌酶浓度,酶解时间的增加和温度的上升,原生质体的形成率呈上升趋势,而再生率则逐渐下降。另外,正交试验结果表明,在PEG(6000)浓度40%、融合时间10min、融合温度42°C、pH值为8的条件下促融,最大融合频率可达2.74×10-7。筛选出来的融合子传代10次,性状稳定。进一步研究发现融合子在铀溶度为85mg/L时,比柠檬酸杆菌耐受性好;融合子和亲本吸附比较试验中,融合子总体吸附性能比柠檬酸杆菌略高。研究结果为耐辐射基因工程菌的构建提供了基础。     

D.radiodurans CatB基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

通过生物信息学方法从耐辐射奇球菌（Ｄ．ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）全基因组居库中查鼠并克隆了编码过氧化氢酶（Ｃａｒｔａｌａｓｅ,Ｃａｔ）的１６１１ｂｐ长ＣａｔＢ基因,将ＣａｔＢ基因连人ｐＫＫ２２３－３表达载体,转化Ｃａｔ酶链陷型大肠杆菌（Ｅ．ｃｏｌｉ ＵＭ２）。转化菌裂解液ＰＡＧＥ酶活性染色分析实物具有Ｃａｔ酶活性,电泳过移位置与ＣａｔＢ位置相符。Ｄ．ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ ＣａｔＢ基因的表达可使Ｅ．     

辐射过程中耐辐射奇球菌蛋白酶变化的检测与分析

采用明胶和酪蛋白底物酶谱法以及荧光酪蛋白底物对紫外线以及γ射线辐射后恢复期耐辐射奇球菌R1(Deinococcus radiodurans R1,DRR1)的蛋白酶变化进行了检测。结果发现,DRR1存在高活性大分子量组成性表达蛋白酶,与Karlin等［16］提出的DRR1蛋白酶为预测高表达蛋白(PHX)的设想一致。DRR1包含大量分子量大于140kD 的明胶降解酶和分子量大于120kD的酪蛋白降解酶,其中活性最高的174kD明胶酶在经SDS变性处理后仍有较高活性,该蛋白酶在DRR1受紫外线辐射和电离辐射后恢复期的表达模式存在差异,在γ射线电离辐射过程中以及电离辐射后恢复的晚期活性较高。此外,还发现一些蛋白酶特异性由辐射所诱导,表明这些蛋白酶可能参与细胞信号通路中蛋白的顺序降解,也提示DRR1损伤修复过程中细胞内存在一个精确的蛋白酶系统。这些蛋白酶的表达与细胞的营养状态相关。同时对一株由本实验室从北京地区土壤中分离到的杆状耐辐射菌RR533.2的明胶和酪蛋白蛋白酶谱进行了测定,结果发现其蛋白酶谱与DRR1相类似。     

离子注入对耐辐射微球菌存活及生物量的影响

以耐辐射异常微球菌（Ｄ．ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ）为试材,研究了离子注入对其存活和生物干重的影响。结果表明,不同能量和不同种类的离子注入Ｄ．ｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ,其存活均表现为先降后升再降的变化,即存活曲线呈现为相似的“马鞍型”,只是在不同种类的离子注入中,注入能量为２０ｋｅＶ的原子质量较大的Ｎ＋离子比Ｈ＋对其存活和生物干重的影响较大;在不同能量的离子注入中,能量相对较高的３０ｋｅＶ的Ｎ＋离子注入比２０ｋｅＶ的影响大。离子注入生物体产生这种不同于其它电离辐射的存活规律,意味着其对生物体的作用机理显著不同于其它电离辐射。