抗砷载体的构建及在喜温硫杆菌中的接合转移

利用DNA体外重组技术,将质粒载体pUM3上的抗砷基因片段亚克隆到含有强启动子(tae启动子)并具有广泛寄主范围特性的IncQ族质粒pMMB24上,成功构建了含有强启动子的抗砷质粒pSDRA3,以及删除调节基因片段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的喜温硫杆菌中,首次成功地建立了喜温硫杆菌的遗传转移系统,构建了冶金工程菌T.caldus(pSDRA3)和T．caldus(pSDRA4)。与野生菌相比,重组菌抗砷性能明显提高。     

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。     

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。     

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。     

嗜酸性硫杆菌抗铜机制研究进展

嗜酸性硫杆菌是一类重要的浸矿微生物,其抗铜机制研究备受人们关注.本文在分析相关文献的基础上,从嗜酸性硫杆菌对铜的耐受能力、细胞质中铜的外排、细胞周质中铜浓度的控制、无机多聚磷酸盐参与铜的解毒、新发现的基因组岛和氧化压力应激反应等方面对当前的研究进展进行综述,并对未来相关研究方向做出展望,旨在为嗜酸性硫杆菌抗铜机制的深入研究提供参考.     

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。     

一株嗜酸硫氧化菌的分离

从江西德兴分离得到一株嗜酸硫氧化杆菌DX-2,采用双层固体培养基进行分离纯化,对分离菌株进行了形态、生理生化特性研究及16SrRNA序列分析.该菌株为革兰氏阴性细菌,短杆状,菌体大小（0.4～0.5）μm×（1～2）μm,化能自养,可利用硫磺和硫代硫酸盐为能源生长,不能利用亚铁进行生长.以16SrRNA序列同源性为基础构建了相关种属在内的系统发育树,结果表明,DX-2与喜温硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）处于同一进化树分支中,相似性达99%以上.考察了不同重金属离子对DX-2的生长的影响.     

一株嗜酸硫杆菌M4-422-6的分离及其全基因组测序和比较基因组学分析

【目的】开展具有硫氧化能力的嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus)的分离及其比较基因组学分析,不仅可以丰富硫氧化细菌菌种资源,而且有助于加深理解嗜酸硫杆菌的分子进化与生态适应机制。【方法】利用以硫代硫酸钠为唯一能源的培养基分离具有硫氧化能力的细菌;利用Illumina HiSeq X和Oxford Nanopore测序平台对一株嗜酸硫杆菌M4-422-6进行全基因组测序;利用相关生物信息学分析软件对原始数据进行组装和基因组注释,并与一株亲缘关系最近的菌株Igneacidithiobacillus copahuensis VAN18-1进行比较基因组学分析。【结果】分离获得一株具有硫氧化能力的嗜酸硫杆菌M4-422-6。基因组注释结果显示,菌株M4-422-6基因组由1个染色体和2个质粒组成,基因组大小为2 917 823 bp,G+C含量为58.54%,共编码2 925个蛋白。16S rRNA基因和基因组系统发育树显示,菌株M4-422-6代表嗜酸硫杆菌属的一个潜在新种。功能基因注释结果显示,菌株Acidithiobacillus sp. M4-422-6拥有与菌株特性相关的众多基因,包括硫氧化相关基因、CO₂固定相关基因和耐酸相关基因。比较基因组学分析发现,虽然菌株M4-422-6与VAN18-1的亲缘关系最近,但两者仍拥有众多的差异基因,主要包括噬菌体抗性相关基因和移动元件编码基因。【结论】菌株M4-422-6代表嗜酸硫杆菌属的一个潜在新种,该菌株具有同种内菌株所不具有的特有基因,并据此推测嗜酸硫杆菌种内分化可归因于对特定生态位的适应。     

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     

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。     

Sulfur Species Investigation in Extra- and Intracellular Sulfur Globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus

The sulfur chemical speciation in extracellular and intracellular sulfur globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus were investigated with an integrated approach including scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and sulfur K-edge X-ray absorption near edge structure spectroscopy (XANES). The results indicated that both strains can accumulate extracellular sulfur globules when grown on thiosulfate, and the major sulfur chemical speciation of which were S₈ for A. ferrooxidans and mixture of ring sulfur and polythionate for A. caldus, respectively. In contrast, A. ferrooxidans can accumulate both linear sulfur and S₈ internally when grown with sulfur powder and thiosulfate, whereas A. caldus did not accumulate intracellular sulfur globules. In addition, the fitted results of sulfur K-edge XANES spectra indicated that the reduced glutathione (containing thiols groups) were involved in sulfur bio-oxidation of both strains and the tetrathionate were the intermediate products during thiosulfate metabolism by two strains.     

Construction of recombinant mercury resistant Acidithiobacillus caldus

A mercury-resistant plasmid of pTMJ212 which was able to shuttle between Acidithiobacillus caldus and Escherichia coli was constructed by inserting the mercury resistant determinants, the mer operon of Acidithiobacillus ferrooxidans, into the IncQ plasmid of pJRD215. pTMJ212 was transferred from Escherichia coli into Acidithiobacillus caldus through conjugation. Furthermore, pTMJ212 was transferred back from Acidithiobacillus caldus into Escherichia coli, thereby confirming the initial transfer of pTMJ212 from Escherichia coli to Acidithiobacillus caldus. Compared to the control, the cell growth of the recombinant Acidithiobacillus caldus increased markedly under mercury (Hg²⁺) stress especially at Hg²⁺ concentrations ranging from 2.0 to 4.5 μg/ml.     

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。     

接合转移质粒pUCP24T的构建与性能研究

目的 构建能在大肠埃希菌(E.coli)和铜绿假单胞菌(PA)间高效接合转移的质粒.方法 通过NCBI blastn程序分析质粒pCVD442接合反应起始序列oriT,PCR扩增oriT后插入pMD18-T,再将pMD1 8-oriT转化E.coli DH5α,经酶切、测序验证后用SmaI和HindIIII双酶切亚克隆至质粒pUCP24,获得质粒pUCP24T,将pUCP24T转化E.coli后研究pUCP24T从E.coli到PA的接合效率和质粒稳定性等.结果 成功构建pUCP24T重组质粒,在E.coli和PA的接合实验中,E.coli(pUCP24T)-PA共培养2h的接合效率平均为3.588×10-2,按12 h一代连续9代继代培养108 h,抗生素压力下质粒保存率为98.29％,无抗生素的培养基中质粒保存率为21.76％.结论 成功构建高接合效率的接合转移质粒pUCP24T.     

Co-transfer of vancomycin and other resistance genes from Enterococcus faecalis NCTC 12201 to Staphylococcus aureus

Conjugative transfer, in the apparent absence of plasmid DNA, of high-level vancomycin resistance from Enterococcus faecalis NCTC 12201 to Staphylococcus aureus B111 has been demonstrated in vivo and in vitro. Selection of transconjugants on media containing erythromycin or chloramphenicol may result in the transfer of resistance to erythromycin, chloramphenicol, gentamicin, streptomycin and vancomycin though these are capable of separate transfer. Vancomycin resistance has not been transmitted from staphylococcus to staphylococcus though transfer of erythromycin and of chloramphenicol resistance has been achieved.