耐辐射球菌研究进展及其应用前景

耐辐射球菌因其对辐射、紫外线、诱变剂等的极高抗性引起了人们的注意。研究发现,其辐射抗性和干燥抗性主要归因于其在逆境条件下保护蛋白质、减少蛋白质被氧化的程度。耐辐射球菌基础理论的研究成果在环境修复、农作物抗旱育种、动植物抗病育种,以及肿瘤治疗等领域都有广阔的应用前景。其中,最有可能运用在对放射性污染的环境修复中。相对于高昂的填埋处置放射性废料的方法,运用耐辐射球菌构建工程菌进行生物修复是一种廉价的方法。耐辐射球菌对干燥的强忍耐性说明其基因组中含有抗干旱基因。寻找耐辐射球菌抗干旱基因,对于转化耐辐射球菌抗干旱基因,创造抗干旱农作物具有潜在的应用价值。     

耐辐射奇球菌辐射损伤修复机制的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止发现的对辐射抗性最强的原核生物,是研究DNA损伤与修复的模式生物.耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans,DR)对于电离辐射、紫外线、干燥、H2O2以及其他一些DNA损伤剂均表现出极强的抵抗能力,对于这种超强抗性的具体机制,学界至今尚未形成定论.对DR DNA损伤修复机制的解释包括切除修复和重组修复.本文就耐辐射奇球菌DNA辐射损伤后修复机制的研究进展作一综述.     

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.     

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。     

耐辐射球菌辐射耐受机制的研究进展

耐辐射球菌(Deinococcus radiodurans,Dr)是迄今为止地球上发现的最具辐射抗性的生物之一,对紫外线、干旱和诱变剂等损伤因子均表现出极强的抗性,备受世界各国科学家的广泛关注。目前关于其抗辐射机理已有大量的文献报道。根据国内外最新的研究成果,从DNA损伤修复机制、抗氧化防御系统、特殊的生存方式及细胞净化系统等方面,对耐辐射球菌辐射抗性机理的研究进行了简单的概述,并对未来Dr耐辐射机制的研究趋势进行了展望,以期为进一步研究该菌的辐射耐受机制奠定基础。     

基于β-半乳糖苷酶为报告基因的耐辐射异常球菌启动子检测载体构建

耐辐射异常球菌是一种超强电离辐射抗性的微生物,其含有大量的胁迫反应相关蛋白及其转录调控因子,在适应环境变化和各种胁迫反应中发挥着重要作用。为深入分析该菌的抗逆基因在不同胁迫下的功能,以β-半乳糖苷酶为报告基因构建了耐辐射异常球菌启动子检测体系。以耐辐射异常球菌基因组为模板扩增gro EL、hsp20、relA和relQ启动子片段,将其连接到到大肠杆菌-耐辐射异常球菌穿梭载体pRADZ1上,构建成具有启动子活性检测功能的重组质粒pRADZ-P_(groE)、pRADZ-P_(hsp20)、pRADZ-P_(relA)和pRADZ-P_(relQ),并将其转化至耐辐射异常球菌,测定β-半乳糖苷酶酶活。结果显示,这些启动子能在耐辐射异常球菌中启动Lac-Z报告基因的表达,并受到胁迫条件的诱导调控。耐辐射异常球菌启动子活性检测方法构建为该菌株特异性胁迫应答系统的研究提供了重要的实验基础。     

耐辐射动球菌耐辐射及相关特性研究进展

核能的利用对于缓解能源紧张、减少温室气体排放具有重要意义,然而核能利用产生的放射性废料对环境的影响成为核能发展的掣肘。耐辐射动球菌(Kineococcus radiotolerans)是一种从核污染环境中分离出来的,可在辐射、强碱、高盐、干旱、高金属离子浓度、高渗透压及强化学毒性等严酷环境中存活的革兰氏阳性耐辐射菌,有望应用于环境生物修复、医学等领域。本文就K.radiotolerans的生理生化特性、抗辐射性、抗氧化性、抗毒性有机物等特性的研究现状进行综述。     

耐辐射奇球菌基因组DNA表达文库的构建与鉴定

目的:构建耐辐射奇球茵(Dcinoeoccus radiodurans R1)基因组DNA表达文库,为进一步研究耐辐射奇球茵高抗辐射的调控网络奠定基础.方法:提取耐辐射奇球菌基因组DNA,用Sau3AI酶将基因组DNA部分酶切成0.5-5 kb大小的片段,用T4DNA连接酶将部分酶切片段与经BamH I和碱性磷酸酶(CIAP)处理的pGADT7栽体进行连接后电击转化大肠杆菌DH5a.结果:得到重组子数为2.2×104,扩增后的文库滴度为108 cfu/mL.结论:构建了耐辐射奇球菌基因组pGADT7表达文库,为进一步筛选与高抗辐射相关基因产物的互作蛋白奠定了基础.     

耐辐射球菌基因DR1709与DR2523的突变分析

摘要：【目的】检测在耐辐射球菌抵抗外来辐射和氧自由基的过程中,锰离子转运蛋白基因（DR1709和DR2523）是否发挥了作用。探讨锰离子、锰离子转运蛋白基因与耐辐射球菌辐射抗性之间的关系。【方法】分别构建这两个基因的突变体。对突变体和野生型进行紫外线照射和过氧化氢处理。对处理后的菌株存活率进行分析。【结果】DR2523被突变以后,耐辐射球菌在tryptone-glucose-yeast extract (TGY)培养液中的生长受影响很小。而DR1709突变体M1709在对数生长阶段的生长速度远低于野生型。     

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。     

耐辐射异常球菌DNA损伤与修复相关基因的比较基因组研究

耐辐射球菌 (Ｄｅｉｎｏｃｏｃｃｕｓｒａｄｉｏｄｕｒａｎｓ,ＤＲ)是Ａｎｄｅｒｓｏｎ等[1] 在 1 95 6年从灭菌处理的肉类中发现的一种非病原性红色球菌 ,该球菌对电离辐射 (存活最高剂量约 1 5ｋＧｙ,即普通真核生物的 1 0 0 0倍 )、紫外线、干燥、强氧化剂和一些化学诱变剂显示惊人的抗性[2～5] 。实验证实 ,由辐射引起的损伤ＤＮＡ在几十小时内能够完全修复[4 ,5] 。这种超强ＤＮＡ修复能力吸引人们去研究其潜在修复机制以及寻找与修复有关的特殊基因或酶 ,以便能应用基因工程的技术对放射性、重金属污染物进行生物修复 ,为癌症治疗尤其…     

耐辐射球菌DNA双链断裂修复机制研究新进展

耐辐射球菌对于电离辐射等DNA损伤剂具有极强的抗性,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高效而精准地进行修复,是研究DNA双链断裂修复机制的重要模式生物。同源重组、非同源末端连接和单链退火途径作为3个主要的修复途径参与了耐辐射球菌基因组DNA双链断裂的修复过程。此外,一系列新发现的重要蛋白质,如Ppr I、Ddr B等对于耐辐射球菌基因组的修复过程同样至关重要。根据本实验室和国内外在这一研究领域近年来的报道,以不同的修复途径为线索,综述该菌DNA双链断裂修复机制的最新研究成果。     

异常球菌007T形态和辐射抗性的研究

观察耐辐射异常球菌Deinococcus属的模式菌株Deinococcus radiodurans R1(AS1.633)和野生型异常球菌007T的生长特性和形态特征;与耐辐射模式菌株AS1.633和辐射敏感菌株Escherichia coli DH5α的进行平行辐射试验,分析007T对紫外线和γ射线辐射的抗性。结果表明,AS1.633和007T的生长特性和形态特征有所不同,AS1.633为橙红色光滑、边缘整齐的菌落,而007T为鲜红色菌落,边缘不整齐,菌落表面干燥、呈褶皱。耐辐射试验表明007T对紫外线辐射存活最高剂量是624Jm-2,存活率为4%;γ射线16kGy照射后,007T存活率为6%,说明007T具有的极强的辐射抗性。     

紫外辐照恢复早期耐辐射奇球菌的转录组学分析（英文）

目的 耐辐射奇球菌是一种对紫外线、电离、干燥和化学试剂具有较强抗性的极端微生物。然而，该菌在紫外辐照后恢复早期的分子响应还不完全清楚。本文的目的是揭示耐辐射奇球菌在这一阶段的转录组响应。方法 本研究采用RNA-seq技术，测定了正常和紫外辐照培养条件下耐辐射奇球菌的转录组。为确定关键的差异表达基因及其调控关系，进行了功能富集分析。选取部分关键差异表达基因，进行实时定量PCR实验验证。利用以往研究中的转录组数据，寻找紫外辐照、电离辐射和干燥胁迫条件下公共的差异表达基因。构建了蛋白质-蛋白质相互作用网络；对蛋白质互作网络中的枢纽基因和主要模块进行了鉴定；对这些枢纽基因和模块进行了功能富集分析。结果 紫外辐照后的恢复早期，上调基因数量是下调基因数量的2倍以上，且多数与应激反应和DNA修复有关。恢复早期的修复途径主要有单链退火（SSA）途径（涉及基因：ddr A-D）、非同源端连接（NHEJ）途径（涉及基因：lig B、ppr A）和核苷酸切除修复（NER）途径（涉及基因：uvr A-C），前两种途径为同源重组（HR）做准备，而NER途径去除紫外线照射带来的嘧啶二聚体。通过比较紫外辐照、电离辐...     

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.     

PprI和RecX蛋白对耐辐射奇球菌抗氧化作用的影响

利用基因突变、化学发光法和酶活性分析研究了耐辐射奇球菌中与辐射抗性密切相关的基因pprI(Dr0167)和recX(Dr1310)突变对菌体活性氧清除作用的影响,分析了其对抗氧化酶活性的调控功能。实验结果表明,缺失pprI的突变株对活性氧自由基氧化异常敏感,过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性显著降低。与之相反,RecX对菌体活性氧清除作用表现为一种“负”的影响,即缺失recX的突变株对活性氧自由基的清除能力反而增强了,过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的酶活性明显增加。表明这两个基因与抗氧化系统的调控有关。为进一步研究该菌的抗氧化机制提供了一些思路。     

PprⅠ和RecⅩ蛋白对耐辐射奇球菌抗氧化作用的影响

利用基因突变、化学发光法和酶活性分析研究了耐辐射奇球菌中与辐射抗性密切相关的基因pprⅠ(Dr0167)和recⅩ(Dr1310)突变对菌体活性氧清除作用的影响,分析了其对抗氧化酶活性的调控功能.实验结果表明,缺失pprⅠ的突变株对活性氧自由基氧化异常敏感,过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性显著降低.与之相反,RecⅩ对菌体活性氧清除作用表现为一种"负"的影响,即缺失recⅩ的突变株对活性氧自由基的清除能力反而增强了,过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的酶活性明显增加.表明这两个基因与抗氧化系统的调控有关.为进一步研究该菌的抗氧化机制提供了一些思路.     

耐辐射球菌转录因子DdrO的基因克隆与生物信息学分析

目的：克隆耐辐射球菌ddrO基因,并对其进行生物信息学分析,预测其功能。方法：根据耐辐射球菌ddrO基因序列,由Primer Premier 5设计一对引物,以提取的耐辐射球菌基因组为模板,PCR扩增获得耐辐射球菌ddrO基因,序列测定并利用生物信息学软件对ddrO基因的理化性质、高级结构及生物学功能等进行分析与预测。结果：成功获得了ddrO基因。生物信息学分析发现,ddrO基因核苷酸序列长度为396bp,编码一个131aa组成的相对分子质量为14.993kD的预测的DdrO转录因子。核酸同源性搜索及比较分析仅在与耐辐射球菌同属的Deinococcus geothermalis和Deinococcus deserti中发现高度相似的序列;蛋白同源性搜索发现一些与DdrO显著同源的蛋白,如Deide_20570（95%）,Dgeo_0336（90%）,Deide_3p02170（82%）等;结构域分析发现DdrO含有HTH（helix-turn-helix）DNA结合结构域。结论：根据生物信息学结果预测DdrO蛋白可能具有转录调控作用,参与DNA修复和复制,在耐辐射球菌的DNA损伤修复过程中发挥一定作用。