耐有机溶剂微生物的耐受机制、改造策略和应用北大核心

耐有机溶剂微生物在生物燃料生产、全细胞催化、酶制剂的开发和生物修复等领域具有非常重要的作用。该文简要介绍了耐有机溶剂微生物及其耐受机制,并从基因过表达、基因敲除和全局转录机制三个方面总结了增强微生物有机溶剂耐受性的方法。通过对耐有机溶剂微生物应用的局限性进行分析,认为未来研究中应注重将微生物耐受表型和具体利用相结合,达到有机溶剂耐受和实际产出的最佳平衡状态,为耐有机溶剂工程菌的改造和选育提供参考。     

耐有机溶剂极端微生物的耐受机制及应用

耐有机溶剂微生物是一类新颖的极端微生物,直到20世纪80年代才被系统地研究.它们通过各种耐受机制,有效抵御或降低有机溶剂对其细胞产生的毒害作用.因此,在全细胞催化、环境污染治理等领域,耐有机溶剂极端微生物具有广阔的工业应用前景.此外,深入透彻地了解耐有机溶剂极端微生物的各种耐受机制,有助于利用基因工程技术改造和优化现有耐有机溶剂极端微生物的各种性能,进一步拓展其工业应用领域.本文将从囊泡外排、改变细胞膜磷脂结构和组成等4个方面概述近年来耐有机溶剂极端微生物的耐受机制研究新进展,并介绍它们在全细胞催化等领域的应用.     

利用分子生物学技术提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展

耐有机溶剂微生物是一类能够在较高浓度有机溶剂中存活或者生长的微生物,其在非水相生物催化等领域表现出巨大的应用优势。与自然筛选、长期驯化和传统诱变等方法相比,利用分子生物学技术获得微生物有机溶剂耐受菌株是一种更为理性且高效的手段。主要综述了近年来利用分子生物学技术对耐性相关功能基因和转录因子进行改造,提高微生物有机溶剂耐受性的研究进展,并展望了有机溶剂耐受菌株的应用前景。     

微生物耐受乙醇与丁醇机制及其在生物燃料生产与生物转化中的应用

生物法获取乙醇与丁醇过程中有机溶剂的毒性是生产菌重要环境胁迫因素之一,且当有机溶剂超过一定浓度时便会抑制微生物的生长,甚至引起微生物的死亡,因此提高工业微生物的有机溶剂耐受性对工业生产具有重要的意义。对微生物乙醇及丁醇耐受机制的研究可为选育具有较强溶剂耐受菌提供理论基础。本文系统介绍了微生物耐受乙醇与丁醇的机制,并对其在生物燃料生产及生物转化中面临的机遇与挑战等问题进行简要的评述。     

细菌的有机溶剂耐受机制

有机溶剂有严重破坏微生物正常生理功能的毒害作用,但是研究工作者发现有些细菌能够在较高有机溶剂浓度下依赖独特的耐受机制得以生存,这种机制的发现大大鼓舞了工业菌尤其是溶剂生产菌和毒性有机物降解菌的工业适应性改造研究。以下概述了有机溶剂对细胞毒性作用机制,并在根据参数logP衡量不同溶剂对细胞的毒性程度的基础上,重点总结了溶剂耐受菌耐受有机溶剂的机制,即膜上顺反异构、增加饱和脂肪酸的比率、改变极性头部、外膜的生理变化、细胞的形态变化、胞内溶剂的降解和泵出等,结合本课题组在筛选溶剂耐受菌株和提高现有菌株溶剂耐受性研究方面的经验,希望对重要工业微生物溶剂耐受相关的生理功能进行更深入地研究,提高微生物的工业适应性。     

生物冶金中耐盐浸矿微生物的研究进展

耐盐浸矿微生物是指在发挥矿物浸出功能时对所处的含盐环境具有一定耐受能力的一类浸矿微生物。耐盐浸矿微生物因其可以适应不同浓度的氯化钠等盐,因而在淡水资源缺乏地区的生物冶金中具有广泛的应用价值。本文从耐盐浸矿微生物的种类、耐盐机制及其在矿物生物浸出中的应用现状进行了系统性综述,为耐盐浸矿微生物的研究和应用提供参考。     

有机溶剂耐受菌的研究进展

有机溶剂耐受菌是一类新的能与有害影响因素竞争并能在有机溶剂中茁壮生长的微生物。介绍了有机溶剂对细菌的毒性机理,有机溶剂耐受菌的获得方法,讨论了有机溶剂耐受菌的两种反应形式,并对有机溶剂耐受菌的应用进行了展望。     

大肠杆菌全局调控转录因子环腺苷酸受体蛋白质在代谢工程中的应用

环腺苷酸受体蛋白质(Cyclic amp receptor protein,CRP)是原核生物共有的一类全局转录因子,调控原核生物大肠杆菌Escherichia coli中近一半基因的转录。通过易错PCR或DNA shuffling的方法可以获得CRP突变体文库,然后经过筛选可以得到目的细胞表型——"抗逆性"增强。本研究综述了突变CRP在细胞表型:耐氧化压力、耐渗透胁迫、耐有机溶剂(甲苯)、发酵中耐醋酸盐类和生物醇生产中耐生物醇中的应用。推论出CRP同样可以应用于相似微生物的表型培育,并展望了CRP的巨大应用潜力。     

微生物铝毒害和耐铝毒机制研究进展

在酸性土壤中,铝毒是限制农作物生产的关键问题之一,铝同样对微生物产生毒害作用。研究微生物的铝毒害和耐铝毒机制可以为植物耐铝毒机制的研究提供一种新视角。目前的研究表明,铝作用于微生物细胞的细胞壁、细胞膜、细胞核和细胞器,影响微生物的物质和能量代谢,抑制微生物的生长和发育。针对这些毒害作用,铝毒耐受微生物通过多途径全方位的机制适应外界的铝毒环境。该文结合作者的研究工作,综述了微生物的铝毒害和耐铝毒机制。     

溶剂稳定性蛋白酶产生菌的筛选和鉴定

自油污土样等样品中分离获得一株具有产胞外溶剂稳定性蛋白酶的耐有机溶剂极端微生物,经BIOLOG系统鉴定及16S rDNA序列(GenBank,EF105377)分析,该菌株为Bacillus licheniformis YP1。该菌株能耐受中浓度盐、强碱性环境(pH12)及多种不同浓度的有机溶剂,但对多种抗生素敏感。在YP1产蛋白酶发酵过程中添加各种有机溶剂结果表明,丙酮虽抑制了菌体生物量的生长却促进了单位菌体的蛋白酶分泌,而长链烷醇如辛醇、十二醇等能强烈抑制该蛋白酶的分泌。该菌株所产蛋白酶经11种50%(V/V)有机溶剂处理后均能保留高活力。该溶剂稳定性蛋白酶在有机相生物催化等领域具有良好的应用前景。     

耐有机溶剂脂肪酶的研究进展

脂肪酶是一种重要的酶,在有机介质中脂肪酶能催化某些特定的化学反应。获得具有较高催化活性的耐有机溶剂脂肪酶具有重要的价值。该文概述了一些具有代表性的耐有机溶剂脂肪酶,介绍了耐有机溶剂脂肪酶的特性和应用,并对耐有机溶剂脂肪酶的筛选途径和分子改造方法进行了分析。今后有机溶剂耐受性脂肪酶的研究将集中在酶的利用、微生物筛选、脂肪酶表征和基因克隆、酶的分子改造等方面。     

耐糖β-葡萄糖苷酶基因的挖掘、突变及应用研究进展

降低木质纤维素生物炼制的用酶成本,对推动木质纤维素的绿色利用至关重要。作为纤维素水解过程中的限速酶,β-葡萄糖苷酶酶解活性受高浓度葡萄糖的胁迫抑制。目前,挖掘和突变耐糖β-葡萄糖苷酶的基因是解决这一问题的重要策略。本综述总结了近年来在耐糖β-葡萄糖苷酶基因的挖掘、酶耐糖分子机制的分析、旨在提高酶耐糖性能的酶基因突变以及基于β-葡萄糖苷酶基因的微生物菌株基因工程改造等方面所取得的进展,并进行了展望。本综述为构建高产耐糖β-葡萄糖苷酶的基因工程菌株提供参考,这对推动木质纤维素生物炼制工业化进程具有重要意义。     

宏基因组学应用于耐盐酶类及耐盐基因研究的进展

耐盐酶在高盐浓度下仍具备催化活性和稳定性,在高盐食品和海产品加工、洗涤及其它高盐环境生物技术领域被广泛应用;耐盐基因在高盐条件下可以使微生物维持正常功能,获取并研究不同环境中的耐盐基因对揭示微生物的耐盐机制,以及实现其在高盐环境中的定向应用具有的重要意义。宏基因组学避开纯培养技术探知微生物的多样性及其功能,为我们提供了一种发现新基因、开发新的微生物活性物质和研究微生物群落结构及其功能的新技术。文中结合本课题组的研究工作,综述了利用宏基因组学获取耐盐酶类及耐盐基因的策略,同时着重介绍利用宏基因组学从海洋、土壤、胃肠道等环境中获取耐盐酶类及耐盐基因的研究。     

药物外排泵与生物被膜在微生物耐药机制中的相关性研究进展

生物被膜是介导微生物耐药与多重耐药的一大热点机制,涉及微生物的生长代谢、耐药基因等基因表型改变、群体感应系统的调控及药物外排泵等多重因素。耐药基因、药物外排泵与生物被膜在微生物耐药机制中,具有复杂而密切的相互影响。分别从生物被膜对药物外排泵、耐药基因的影响,药物外排泵对生物被膜的影响,以及药物外排泵和微生物生物被膜共同的调节因素,对近年来的相关研究进展作一综述。     

工业微生物酸胁迫的耐受机制及改造途径

工业微生物在发酵生产过程中会面对发酵环境和自身产生的各类酸性物质,而这些酸性物质会影响工业微生物的生长和代谢,即产生酸胁迫。微生物通过调控胞内质子浓度、保护和修复生物大分子、改变细胞膜组分以及整体水平调控等耐受机制来应对酸胁迫。结合酸胁迫的各种耐受机制,利用自然筛选和人工改造的方法提高工业微生物的抗酸胁迫能力,为构建出更能适应工业生产条件的菌株提供理论依据。     

赤红球菌SD3全基因组测序及其热休克蛋白DnaK的表达分析

红球菌属微生物因其自身较强的有机物耐受性和较宽的降解谱,能够适应多种生境而被广泛应用于生物脱硫、石油污染修复、有毒有机化合物降解、污水处理等领域。本研究利用单分子PacBio测序技术,对一株耐有机溶剂的赤红球菌SD3 (Rhodococcus ruber SD3)全基因组进行测序并进行生物信息学分析。该菌株的全基因组长度大约为5.37 Mb,GC含量为70.63%,GenBank序列登录号为CP029146。使用Barrnap0.4.2和tRNAscan-SEv1.3.1软件对基因组中包含的rRNA基因和tRNA基因进行预测,发现有12个rRNA基因和53个tRNA基因。利用Glimmer3.02软件对该基因组进行基因预测,共得到5 120个编码蛋白的基因。将预测的蛋白序列同时与KEGG、STRING和GO三类数据库进行Blastp比对,共计2 836个蛋白基因获得COG功能注释,并且注释得到3 130条GO功能条目和2 190条KEGG通路条目。此外,基于荧光定量PCR的分析表明在甲苯和苯酚胁迫下,赤红球菌SD3中热休克蛋白DnaK的表达分别上调了29.87倍和3.93倍。这些研究结果为赤红球菌的遗传改造和揭示赤红球菌的有机溶剂耐受性机制提供了理论依据。     

嗜热微生物及在高温生物冶金过程中的应用

嗜热微生物包括中度嗜热微生物和极端嗜热微生物,主要栖息于热泉、火山口、海底热液喷口、高温反应器以及工厂高温废水排放区等自然或人为产生的高温环境中。它们可以生活在40-80°C、甚至更高的温度中,其中有些具备嗜酸性及特殊的代谢类型,在高温生物冶金过程中具有应用潜力。高温生物冶金较传统中温生物冶金更具优势,其能浸出某些难处理矿、解决浸矿过程的钝化问题,以及提高浸出效率等,目前已引起了生物冶金工业的重视。本文概述了应用于生物冶金的主要嗜热微生物的生理特点、耐热机制以及对铁、铜和砷等离子的耐受机制,进一步介绍了嗜热微生物在高温生物冶金中的发展及应用。     

嗜盐菌耐盐机制相关基因的研究进展

嗜盐微生物能够在高盐环境中生存,其耐盐机制一直是微生物学家研究的热点。目前嗜盐微生物耐盐机制的研究主要集中在细胞吸K+排Na+作用、胞内积累小分子相容性溶质及嗜盐酶的氨基酸组成特性三个方面。文章从基因水平综述了嗜盐菌的耐盐机制,并对其在高盐废水处理上的应用进行讨论与展望。     

双液相系统中疏水化合物的微生物降解

双液相系统是由水相与不互溶非水相组成的多相系统,在微生物降解疏水化合物时,双液相系统有助于克服污染物可生物利用性障碍,提高污染物的生物降解速率。文中介绍了双液相系统促进微生物降解的机制,微生物吸收底物的方式,以及底物与有机溶剂双重抑制作用存在时微生物的生长模型等方面的研究进展。     

甲基转移酶set9缺失的斑马鱼低氧耐受能力增强

为了研究鱼类的甲基转移酶set9 [SET domain containing (lysine methyltransferase) 9,也称作set7/setd7]在低氧耐受中的功能,以斑马鱼(Danio rerio)作为模式生物,利用CRISPR/Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR associated protein 9)基因编辑技术,在斑马鱼set9基因的第一个外显子上设计了Cas9的靶位点,对其进行基因敲除,获得了缺失8个碱基的set9基因敲除的斑马鱼品系。对受精后3d的斑马鱼幼鱼和3月龄的斑马鱼成鱼进行低氧胁迫处理,比较了野生型及set9基因敲除的斑马鱼的低氧耐受能力;并对低氧胁迫处理后的3月龄的野生型及set9基因敲除的斑马鱼成鱼的脑组织取材、固定并进行TUNEL染色。结果显示:set9基因敲除的斑马鱼与野生型相比,其低氧耐受能力显著增强,脑组织中的细胞凋亡水平显著减少。研究为进一步揭示鱼类甲基转移酶set9在低氧耐受中的功能和分子机制提供了线索,并为培育耐低氧鱼类新...