嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究进展

嗜酸性硫杆菌(Acidithiobacillus spp.)是一类重要的极端环境微生物与工业微生物。该类细菌通过氧化硫或亚铁获得电子以固定二氧化碳进行自养生长,是驱动矿山环境酸化和重金属溶出的关键菌群,也是生物冶金等微生物浸出技术中的核心菌群。群体感应(quorum sensing, QS)系统是细菌种内及种间信息交流的重要方式,广泛分布于嗜酸性硫杆菌等化能自养微生物中,比如类似于LuxI/R的AfeI/R系统。系统介绍近年来嗜酸性硫杆菌菌体感应系统研究成果,尤其是在AfeI/R种群分布、生物学功能、调节机制及其应用研究中的新发现与新理论。讨论今后嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究的主要方向及需要解决的关键科学问题,以促进极端微生物群体感应系统理论研究的开展与产业应用技术的开发。     

浸矿细菌——喜温硫杆菌研究进展

摘要：生物冶金技术具有良好的发展前景。喜温硫杆菌是生物冶金过程中的优势浸矿菌之一,在混合浸矿体系中可协助铁氧化细菌显著提高浸矿效率。本文在分析相关文献的基础上,并结合本实验室的研究工作,从喜温硫杆菌在浸矿过程中的作用机制、抗砷机制、基因组学研究和遗传改造等方面的研究进展进行了综述,并对未来相关研究方向做了展望,旨在为喜温硫杆菌研究提供参考。     

嗜酸硫杆菌在工农业中的应用

嗜酸硫杆菌(属)(Acidithiobacillus spp.)能够氧化亚铁、硫或还原性无机硫化合物(reduced inorganic sulfur compounds,RISCs)获得能量,固定二氧化碳,是一类典型的嗜酸性化能自养微生物。嗜酸硫杆菌广泛分布于酸性矿水、热泉等酸性环境中,是地球生态系统硫和铁元素循环的主要推动者。嗜酸硫杆菌独特的生理代谢特征和极端环境适应性,使其广泛应用于生物浸出领域。本文综述了嗜酸硫杆菌的生理代谢特征和极端环境下的适应机制,阐述了嗜酸硫杆菌在工农业中的应用,讨论了面向国家重大需求,嗜酸硫杆菌在今后的主要研究方向和需要解决的关键科学问题,为嗜酸硫杆菌在生理代谢、环境适应和工农业应用的研究提供重要的线索和启示。     

喜温嗜酸硫杆菌SM-1的ROS防护机制

【目的】从基因组水平探讨生物冶金微生物——喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)的活性氧类物质(Reactive oxygen species,ROS)防护机制。【方法】采用罗氏454 GS FLX测序平台对喜温嗜酸硫杆菌SM-1进行全基因组测序,利用NCBI非冗余蛋白数据库、Uniport蛋白数据库对全基因组序列进行功能注释,并采用基因组百科全书数据库(KEGG)进行基因组代谢途径重构,通过比较基因组学方法分析SM-1基因组中参与ROS防护相关的基因及可能的分子机制。【结果】SM-1细胞内的酶促抗氧化系统可用于清除细胞内产生的ROS物质,而非酶促抗氧化系统可用于维持细胞内的还原性内环境;细胞内的DNA损伤修复系统可用于修复DNA的氧化损伤从而保持个体遗传物质的稳定性。此外,SM-1基因组中大量的转座元件可能会增加基因组的可塑性以适应极端冶金环境。【结论】SM-1基因组序列的获得为从整体水平揭示喜温嗜酸硫杆菌适应生物冶金环境ROS氧化损伤的防护机制提供了帮助,对于SM-1的ROS防护机制的认知也为进一步通过遗传改造、提升其在高浓度重金属离子冶金环境中的抗性、提高冶金效率提供了理论指导。     

一株高效抗砷喜温硫杆菌工程菌的构建

利用DNA体外重组技术,将大肠杆菌质粒载体pUM3上的抗砷基因簇片段亚克隆到含有强启动子（tac启动子）并具有广泛寄主范围特性的IncQ族质粒pMMB24上,删除调节基因片段,构建了含有强启动子、可在tra基因诱动下转移的组成型表达的抗砷质粒pSDRA4。通过接合转移的方式将其导入专性自养极端嗜酸性喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus中,构建了冶金工程菌Acidithiobacillus caldus (pSDRA4),接合转移频率为（1.444±0.797）×10-4。表明在大肠杆菌和喜温硫杆菌之间成功地建立了一个遗传转移系统。经检测,重组质粒在喜温硫杆菌中具有较好的稳定性,在无选择压力条件下传代50次基本保持稳定（重组质粒保留76% 以上）。经抗砷性能检测,与野生菌相比,构建的喜温硫杆菌工程菌抗砷能力明显提高,从10mmol/L提高到45mmol/L。     

极端嗜酸硫杆菌高密度培养的研究进展

极端嗜酸硫杆菌属微生物在生物冶金、生物脱硫以及固体废弃物的处置中扮演重要作用,但该类微生物在培养过程中细胞浓度很低,限制了该类微生物的广泛应用.高密度培养是提高微生物生产效率的有效手段.高密度培养技术在嗜酸微生物中的应用能够显著减少微生物培养的生成成本,缩短生产周期,极端嗜酸硫杆菌微生物菌剂的输出速率.本文从菌种选育、...     

嗜热硫杆菌启动子的克隆及定位

用DNA体外重组技术,将嗜热硫扦菌(Thiobacillus sp．)染色体DNA的Hind III片段插人启动子探测质粒pSDSI(Apr、Tc2)的Hind III位点,在四环素平板上获得一批转化子。四环素抗性能力测定表明,有12个转化子可以在含240／μg／ml四环素的平板上生长,有2个可以在360μg／ml的四环素平板上生长,对这二个抗性表达能力较高、分子量较小的质粒pSDH7和pSDH11作了限制性酶切图谱分析,并利用PstI位点,通过亚克隆将pSDH11插人片段上的启动子定位在0．25kb片段内。分子杂交实验证明克隆的启动子活性片段确实来源于嗜热硫杆菌染色体DNA。     

一株中度嗜热嗜酸硫氧化杆菌的分离和系统发育分析

从云南腾冲温泉酸性水样分离得到一株中度嗜热嗜酸硫氧化杆菌MTH 0 4 ,对分离菌株进行了形态、生理生化特性研究及 1 6SrDNA序列分析。该菌株为革兰氏阴性细菌 ,短杆状 ,菌体大小 (0 6～ 0 8) μm× (1～ 2 ) μm ,化能自养 ,可利用硫磺、四硫酸盐、硫代硫酸盐为能源生长 ,不能利用蛋白胨、葡萄糖、酵母粉 ,也不能进行混合型生长。最适生长温度在 4 0℃～ 4 5℃之间 ,最适生长pH 2 0～ 3 0 ,代时 8h。以 1 6SrDNA序列同源性为基础构建了包括 1 3株相关种属在内的系统发育树 ,结果表明 ,MTH 0 4与喜温硫杆菌 (Thiobacilluscaldus)处于同一进化树分支中 ,相似性达 99 5 %以上     

短双歧杆菌和嗜酸性乳杆菌对小鼠抗肿瘤活性的激活作用

用活的短双歧杆菌,嗜酸性乳杆菌和BCG给昆明小鼠腹腔注射,在原位激活后,由肝脏分离的非实质性细胞(NPC)对YAC-1,P815和L929的细胞毒性作用,以及NPC和Kupffer(KC)培养上清中所显示出对三株瘤细胞的肿瘤坏死因子(TNF)活性都比对照组明显增强。其次,胸腺细胞和脾细胞对ConA刺激的增殖反应也明显增强。实验结果表明双歧杆菌和乳杆菌在小鼠体内诱发抗肿瘤活性的启动能力与BCG几乎相等。     

喜温嗜酸硫杆菌SM-1在不同温度下基因组的可塑性

【目的】驯化得到喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)SM-1在低于最适生长温度下具有较高生长活力的突变菌株,并认知喜温嗜酸硫杆菌在不同温度下的基因组可塑性。【方法】利用实验室长期进化实验对菌株进行3个温度的驯化:37、40、45°C。运用454测序技术对驯化获得的菌株进行基因组重测序,通过比较基因组分析驯化株基因组单核苷酸位点变化(SNPs),对包含位点变化的基因从功能上进行分类,在此基础上,分析可能与温度适应性相关的基因。【结果】通过不同温度下的长期驯化,得到了在低于最适生长温度下具有较高活力的菌株;重测序结果发现,SM-1基因组具有较好的可塑性,不同温度(37、40、45°C)生长的菌株中,基因组中分别有418、384和347个核苷酸位点发生累计变化,其中3个温度下有20个相同的非同义突变位点,分别分布于编码重金属和毒性抗性系统、DNA甲基化和蛋白乙酰化酶、核酸代谢相关酶类等相关基因上;相比而言,在低于最适生长温度(37、40°C)下生长菌株特有的位点变化涉及能量代谢、信号转导以及DNA/RNA稳定性相关基因;其中,2个低温菌株共同发生位点变化的基因有3个,其中两个编码转座相关的蛋白Atc_1031与Atc_1623,另一个编码假想蛋白Atc_1130,该蛋白分别与外膜蛋白组装因子B和二硫键形成蛋白具有23%和35%的相似性。另外,不同生长温度下相关蛋白中氨基酸的组成也发生变化。【结论】喜温嗜酸硫杆菌SM-1基因组具有较好的可塑性,对于其基因组变化的研究结果为认识微生物温度适应性提供了组学数据。本研究揭示喜温嗜酸硫杆菌(At.caldus)SM-1可能通过多种途径适应向低温过渡生长,既包括微生物通用的环境适应机制,也存在菌株特有的温度适应途径。     

铜蓝精矿的生物浸出

采用两种嗜酸硫杆菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌)对铜蓝进行生物浸出,实验在有或没有4 g/L硫酸亚铁pH 2．0、150转/分、35℃的三角瓶中进行。实验结果表明:用两种菌混合浸出的铜几乎等于嗜酸氧化亚铁硫杆菌单独浸出的铜;另外,亚铁的加入能提高铜的浸出。     

生物浸出系统中Acidithiobacillus ferrooxidans对雄黄表面改性研究

【目的】研究Acidithiobacillus ferrooxidans BY-3对雄黄表面改性作用,为进一步研究雄黄的生物炮制技术提供实验基础与理论依据。【方法】在4组生物浸出体系中(每组包含100 mL无亚铁离子的9K培养基和0.500 g雄黄):第1组无添加;第2组添加4.469 g硫酸亚铁;第3组添加0.100 g硫粉;第4组加入4.469 g硫酸亚铁和0.100 g硫粉。在上述4组中使用A.ferrooxidans BY-3对雄黄进行生物浸出。浸出前后雄黄表面形貌及元素变化,使用扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)、X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)进行分析。【结果】4组浸出体系均发现A.ferrooxidans BY-3粘附于雄黄表面以此来产生直接作用。含Fe2+的浸出体系中雄黄表面产生非常明显的变化,含硫的浸出体系中雄黄表面变化不明显;只有Fe2+存在的浸出体系中As/S比率增高,而其余3组浸出体系中As/S比率均明显下降;另外,改性雄黄的表面存在黄钾铁矾、硫、赤铁矿、针铁矿和磁铁矿等,但未检测到砷华(As2O3)与副雄黄(Pararealgar)。【结论】A.ferrooxidans对雄黄改性具有重要作用。Fe2+对雄黄的改性具有促进作用,而硫对雄黄的改性具有抑制作用。雄黄改性前后的物化分析结果证实了生物浸出技术可有效解决传统方法制备雄黄及贮存过程中氧化和光化问题。     

嗜酸硫杆菌属硫氧化系统研究进展

硫化矿的酸溶解和化学氧化过程中(H 和Fe3 作用下,金属硫化矿中分解),伴随着硫元素转变成多聚硫S8或硫代硫酸盐的过程。对嗜酸硫杆菌属硫氧化过程的研究表明,胞外环状多聚硫S8可能通过细胞外膜蛋白巯基活化成线状-SnH后,被转运到细胞周质区域,进而被硫加双氧酶氧化成SO32-,活化过程中同时生成少量H2S;这些酶促反应不需要辅助因子参与,不释放电子。胞外硫代硫酸盐通过未知途径进入细胞周质。细胞周质中的SO32-主要经由亚硫酸-受体氧化还原酶氧化成SO42-,S2O32-可能经由硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶、硫代硫酸盐脱氢酶、连四硫酸盐水解酶等氧化为硫酸,少量H2S则经由硫化物-辅酶Q氧化还原酶氧化为多聚硫,后者再经由SO32-和S2O32-氧化生成最后产物SO42-。这些生物氧化过程释放的电子进入呼吸链参与产生细菌生长代谢所需的能量。然而,关于A.ferrooxidans硫氧化系统中各种硫化合物的酶催化氧化机制的研究仍很缺乏,胞内外硫化合物的转运机制、是否存在胞外酶催化氧化等仍然有待解决。另外,硫的型态和价态、酶催化反应的细胞微区域以及硫氧化系统中一些关键酶的分离及其表达基因的鉴定等问题都还有待进一步研究。基于对这些事实的分析,提出了一个嗜酸硫杆菌属硫氧化系统的模型。     

氧化亚铁硫杆菌亚铁氧化活性与其对低品位铜矿浸矿速率关系的研究

氧化亚铁硫杆菌是一个具有很强生物浸矿能力的细菌,本文对3株分离得到的氧化亚铁硫杆菌及一株来自菌种中心(Acidithiobacillus ferrooxidans A．f)的铁氧化活性及其这些菌株对低品位黄铜矿浸出速率进行了研究。结果显示,在所有的4株A．f菌中,菌株CMS—F1和F10—ATCCC23270的铁氧化活性较高,其对黄铜矿生物浸出速率也高。进一步分析亚铁氧化活性对生物浸矿效率的影响时发现,在A．f菌中,氧化活性高的菌株,其对低品位黄铜矿的生物浸出效果也高。     

药用真菌桑黄的研究进展

以近年来国内外发表的文献为依据 ,从形态特征、生物学生长特性、主要化学成分、药理学研究等方面综述了文献中称为“桑黄”[包括 :鲍氏针层孔菌 (Phellinusbaumii)、火木针层孔菌 (P .igniarius)、裂蹄针层孔菌 (P .linteus) 3种 ]的药用菌子实体、发酵菌丝体、发酵胞外物的研究进展。结果 :桑黄的人工栽培 (日本、韩国学者采用的室外荫棚段木埋畦栽培法 ) ,固体、液体发酵培养均已获成功。其主要化学成分是子实体、菌丝体多糖以及发酵液中的胞外多糖 ,此外还有黄酮及其衍生物、香豆素类、甾醇类化合物。其子实体、菌丝体及提取物 (主要为多糖 )、胞外多糖在抗发炎、抗氧化、抑制肿瘤生成、增强免疫力、保护肝脏、预防和治疗关节炎等方面有显著的功效。桑黄的各种产品 (包括 :子实体、菌丝体微粉末、提取物浸膏、桑黄茶、桑黄口服液等 )市场需求量很大 ,表明桑黄有广阔的发展前景。     

嗜酸异养菌对自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans金属离子抗性和生物浸出的影响

【目的】了解嗜酸异养菌在诸如酸性矿坑水(AMD)和生物浸出体系等极端酸性环境中对浸矿微生物产生的影响。【方法】研究由嗜酸异养菌Acidiphilium acidophilum和自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans经长期驯化后形成的共培养体系分别在Cd2+、Cu2+、Ni2+和Mg2+胁迫下的稳定性;并将此共培养体系应用于黄铁矿和低品位黄铜矿的生物浸出实验。【结果】在上述4种金属离子分别存在的条件下,异养菌Aph.acidophilum均能促进At.ferrooxidans对亚铁的氧化,提高其对能源利用的效率。共培养体系中的异养菌Aph.acidophilum使At.ferrooxidans对Cu2+的最大耐受浓度(MTC)由2.0 g/L提高到5.0 g/L,而且共培养的细胞数量与2.0 g/L Cu2+条件下生长的At.ferrooxidans纯培养相似。另外,共培养中的At.ferrooxidans对Mg2+的MTC也由12.0 g/L提高到17.0 g/L。生物浸出实验中嗜酸异养菌Aph.acidophilum促进了At.ferrooxidans对黄铁矿样品的浸出,浸出率较其纯培养提高了22.7%;但在含铁量较低的低品位黄铜矿浸出体系中共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均低于33%。在加入2.0 g/L Fe2+的低品位黄铜矿浸出体系中,共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均得到提高,分别达到52.22%和41.27%。【结论】以上结果表明,Aph.acidophilum与At.ferrooxidans共培养在一定的环境胁迫下仍能保持其稳定性并完成各自的生态功能,并且嗜酸异养菌Aph.acidophilum适合在含铁量较高的浸出体系中与铁氧化细菌共同作用来提高生物浸出的效率。     

木霉属真菌分离培养的研究进展

木霉属真菌（Trichoderma spp.）种类众多、分布广泛,在农业、工业和环境修复领域应用广泛。因此,木霉属真菌的分离培养具有重要的研究价值。本文通过详尽的文献查找和分析对木霉属真菌的分离培养研究进展予以综述,从生存环境、不同分离基质和分离方法的样品前处理方法等总结了木霉属真菌的分离基质及预处理方法;详细回顾了木霉属真菌分离培养基研究的发展历程和主要原理;简要介绍了目前木霉属真菌的纯化与保存方法;并从开展多种抗菌物质和表面活性剂探索角度对未来木霉属真菌分离培养进行了展望,以期为木霉属真菌资源开发提供参考。     

三株氧化硫硫杆菌的分离与鉴定

从煤堆废水中分离得到3株嗜温嗜酸硫氧化细菌.这3株菌株为革兰氏阴性、菌体大小0.4～0.7 μm×1～2 μm、短杆状运动细菌,其最适生长温度为 30 ℃和最适生长pH 2.0～2.5.它们能够利用元素硫,硫代硫酸钠和连四硫酸钾为能源进行自养生长,不能利用有机物质以及硫酸亚铁、黄铁矿和黄铜矿等无机物质作为能源生长.细菌的形态、生理生化特性研究以及基于16S rRNA序列同源性构建的系统发育树结果表明,这3株细菌初步鉴定为氧化硫硫杆菌.氧化硫硫杆菌能够通过产酸有效促进黄铜矿的浸出速率和浸出率.     

珍稀药用真菌桑黄的国内外研究进展

桑黄是一种十分珍贵的药用真菌,对增强人体免疫功能及治疗疾病等方面都有明显作用。综述了近年来国内外学者对桑黄的名称、地区分布、化学成分、药理作用等方面的研究进展。     

食用菌与木霉菌互作机制研究进展

在食用菌生产中木霉菌不仅污染食用菌培养料,而且感染其菌丝体和子实体,常造成巨大的经济损失。本文综述了食用菌与木霉菌互作的形态学特征和生物化学基础,介绍了食用菌抗病性遗传及抗性机制研究现状,提出了未来宿主与病原菌互作机制研究的方向。