微生物降解石油烃的功能基因研究进展

微生物对石油烃的降解在自然衰减去除土壤和地下水石油烃污染的过程中发挥了重要作用。微生物通过其产生的一系列酶来利用和降解这类有机污染物,其中,编码关键降解酶的基因称为功能基因。功能基因可作为生物标志物用于分析环境中石油烃降解基因的多样性。因此,研究石油降解功能基因是分析土著微生物群落多样性、评价自然衰减潜力与构建基因工程菌的重要基础。本文主要介绍了烷烃和芳香烃在有氧和无氧条件下的微生物降解途径,重点总结了烷烃和芳香烃降解的主要功能基因及其作用,包括参与羟化作用的单加氧酶和双加氧酶基因、延胡索酸加成反应的琥珀酸合酶基因以及中心中间产物的降解酶基因等。     

一株石油烃降解菌分子鉴定及特性分析

从受污海水中分离筛选了具有石油烃降解能力的降解菌Bac1020,经PCR扩增得到1 497 bp长16S rDNA序列,通过Blast比对,与主要石油烃降解菌属16S rDNA序列构建系统发生树,鉴定其为不动杆菌(Acinetobactersp.)。降解菌(Acinetobactersp.)在72 h内生长稳定,对石油烃的降解率随时间的延长而不断增加。建立了快速筛选及鉴定石油烃降解菌的方法,应用于海洋石油烃污染的生物降解。     

铁还原菌降解石油烃的研究进展

铁还原菌是指能够利用细胞外Fe(III)作为末端电子受体,通过氧化有机物将Fe(III)还原为Fe(II)微生物的总称。铁还原作用广泛存在于土壤、河流、海洋、地表含水层以及高温高压的地下深部油藏。在厌氧或兼性厌氧条件下,Fe(III)还原耦合有机物的降解,对铁、碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文介绍了铁还原菌的多样性和铁还原作用机理,综述了铁还原菌在石油烃降解方面的研究进展。此外,还总结了铁还原菌在生物修复中的潜在作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

石油烃降解菌的筛选与鉴定

从胜利油田的石油污染土壤中经富集培养分离出50株细菌,其中33株菌在以石油为惟一碳源和能源的选择性培养基中生长良好.采用紫外分光光度法对菌株的降解能力进行测定,结果有16株菌在石油初始浓度为2 500 mg·L-1的培养液中振荡培养4 d降解率超过30%,其中PU-34、PU-15、PU-2、PU-4、PU-1降解能力较高,4 d能够使石油烃类含量分别减少58.38%、55.55%、55.17%、53.09%、52.36%,在生物修复石油污染技术中具有应用前景.结合形态特征观察、生理生化特性和16S rDNA序列分析的方法对这5株菌进行菌种鉴定,确定PU-34为假黄单胞菌(Pseudoxanthomonas sp.),PU-15和PU-2为戈登氏菌(Gordonia sp.),PU-4为红球菌(Rhodococcus sp.),PU-1为假单胞菌(Pseudomonas sp.).     

微生物修复石油烃土壤污染技术研究进展

随着人民生活水平的提高,环境保护问题愈发受到人们重视。其中石油烃的土壤污染因其持续时间长、污染去除难度大而受到广泛关注。在各类修复技术中,原位微生物修复强化技术因其成本较低、环境影响小、无二次污染、可原位修复的特点成为了当前的技术热门。文中综述了生物投加法、生物刺激法、联合修复法等原位微生物修复技术,并介绍了一些典型工程案例,为原位微生物修复强化技术的选择及工程应用提供了参考,并对未来原位微生物修复强化技术的研究重点进行了展望。     

石油烃污染及修复过程中的微生物分子生态学研究进展

针对环境中广泛存在的石油烃污染问题,从分子生态学的角度总结石油烃降解过程中的微生物生态学研究进展。着重介绍分子生态学的研究方法及与石油烃降解相关的降解基因和基因芯片的最新研究进展,同时对存在的问题和今后的研究方向进行总结。     

石油烃污染土壤的生物修复

从中原油田污染土壤中通过实验室驯化培养分离到一组能以中原原油为碳源的快速生长的石油烃降解菌.用该组降解菌接种原油污染土壤,研究其原位生物联合修复实验,接种降解菌的各区分别种植大豆、施有机肥料、施有机肥料和锯末,与空白试样作对比.经过120d的联合修复,各区石油降解菌的总数(lgcfu/g)由接种时的5.25分别变为7.79、4.96、5.15、4.67.石油烃降解率分别达到89.4%、72.5%、76.7%、49.2%.表明分离的该组石油烃降解菌是一组高效降解菌且其与植物联合修复石油污染土壤能显著提高修复效果.     

印度洋深海沉积物石油烃降解菌分离、鉴定与多样性分析

烃类物质在海洋环境中广泛分布,深海可能含有特殊的烃降解微生物。本研究通过对西南印度洋中脊与印度洋中部深海沉积物中石油降解菌的富集培养和分离鉴定,从6个站点的样品中共分离得到800株菌,通过BOX-PCR去重复菌株后,对其中183株菌进行了16S rRNA基因序列分析,发现这些菌分属于23个属;其中,γ-变形菌纲的食烷菌属(Alcanivorax)和放线菌纲的微杆菌属(Microbacterium)占优势。此外,还发现了食烷菌属2个潜在的新种、假海栖菌属(Pseudooceanicola)1个潜在新种。高通量测序结果证明,富集菌群中γ-变形菌纲是优势菌,主要包括食烷菌属、盐单胞菌属(Halomonas)、海杆菌属(Marinobacter)等。结合可培养菌与高通量测序结果,食烷菌属、盐单胞菌属、海杆菌属、交替假单胞菌(Pseudoalteromonas)、海源菌属(Idiomarina)与微杆菌属(Microbacterium)是沉积物样品中常见的石油烃降解菌,迪茨氏菌属(Dietzia)、红球菌属(Rhodococcus),假单胞菌属(Pseudomonas)、赤杆菌属(Erythrobacter)与副球菌属(Paracoccus)等可能也参与了烃的降解。     

石油烃和酚类物质在土中的生物降解与土壤酶活性

本文通过模拟实验,研究了不同条件下石油烃和酚类物质在土中的降解进程及其与土壤酶活性的关系,并在此基础上,对所述污染物的土地处理提出了若干建议。     

采用酶液活性测定法快速筛选及构建石油烃高效降解菌系

快速筛选复杂有机物降解微生物混合菌系,在污染物治理过程中具有重要的实践意义.本研究首次尝试利用MicroResp^TM技术分析微生物酶液活性的方法,快速标定高效降解菌及混合菌系的石油烃降解能力,并采用传统的摇瓶培养检测法予以验证.通过微生物胞内、胞外及混合酶液的活性分析,考察了不同酶系(胞外、胞内及混合酶液)、菌系对石油烃分子的降解情况.结果表明: 结合MicroResp^TM技术的酶液活性测定法能够快速检测石油烃代谢酶系的降解能力,其灵敏度好、通量高,与传统的菌株摇瓶培养方法的检测结果基本一致.其中,7株菌株的120种全组合菌系活性测定试验在12 h周期内1次完成.筛选周期由传统摇瓶培养所需的7 d缩短10倍以上.以酶活性测定结果为指导设计的复配菌系具有较高的降解效率,最高石油烃降解率达(56.1±1.6)%.表明本筛选方法精度高、通量高,可用于石油烃降解功能菌系的构建.     

植物源二萜类化合物微生物合成研究进展

植物源二萜类天然产物结构复杂且功能多样,具有抗癌、抗炎和抗菌等多种药理活性,在药品、化妆品和食品添加剂等方面广泛应用。近年来,基于植物源二萜类化合物(diterpenoids)生物合成途径中功能基因的逐步揭示和合成生物技术的发展,科研人员采用代谢工程技术构建了多种二萜类化合物的微生物细胞工厂,且多个化合物达到克级产量。本文对植物源二萜类化合物微生物细胞工厂的构建情况进行综述,介绍并探讨植物源二萜类化合物微生物合成的研究进展和改造策略,为高产二萜类化合物细胞工厂构建和工业化生产提供参考。     

Thermodynamic analysis of biodegradation pathways

Microorganisms provide a wealth of biodegradative potential in the reduction and elimination of xenobiotic compounds in the environment. One useful metric to evaluate potential biodegradation pathways is thermodynamic feasibility. However, experimental data for the thermodynamic properties of xenobiotics is scarce. The present work uses a group contribution method to study the thermodynamic properties of the University of Minnesota Biocatalysis/Biodegradation Database. The Gibbs free energies of formation and reaction are estimated for 914 compounds (81%) and 902 reactions (75%), respectively, in the database. The reactions are classified based on the minimum and maximum Gibbs free energy values, which accounts for uncertainty in the free energy estimates and a feasible concentration range relevant to biodegradation. Using the free energy estimates, the cumulative free energy change of 89 biodegradation pathways (51%) in the database could be estimated. A comparison of the likelihood of the biotransformation rules in the Pathway Prediction System and their thermodynamic feasibility was then carried out. This analysis revealed that when evaluating the feasibility of biodegradation pathways, it is important to consider the thermodynamic topology of the reactions in the context of the complete pathway. Group contribution is shown to be a viable tool for estimating, a priori, the thermodynamic feasibility and the relative likelihood of alternative biodegradation reactions. This work offers a useful tool to a broad range of researchers interested in estimating the feasibility of the reactions in existing or novel biodegradation pathways. Biotechnol. Bioeng. 2009;103: 532–541. © 2009 Wiley Periodicals, Inc.     

代谢工程在维生素生产中的应用及研究进展

维生素是维持人体生命活动必需的一类有机物质,机体本身一般不能合成或合成量不足,因此需经食物或其他强化产品获取。目前,维生素产品已广泛应用于医药、食品添加剂、饲料添加剂、化妆品等领域,而且全球对维生素的需求也是呈逐年增长态势。维生素的生产方法主要包括化学合成法和生物合成法。化学合成法通常安全隐患大、反应条件严苛、废物污染严重,相比之下,代谢工程生产维生素绿色环保安全、能耗低,因此建立微生物细胞工厂具有重大的科学意义和应用需求。文中回顾了近30年来代谢工程在维生素生产领域的研究进展,详细阐述了水溶性维生素(维生素B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12和维生素C的前体)和脂溶性维生素(维生素A、维生素D的前体、维生素E和维生素K)的生物合成研究现状,并对其发酵生产的瓶颈进行了探讨,最后对合成生物技术创建维生素生产菌种进行了展望。     

Microbial consortia involved in the anaerobicdegradation of hydrocarbons

In this review, we examine the energetics of well-characterized biodegradation pathways and explore the possibilities for these to support growth of multiple organisms interacting in consortia. The relevant phenotypic and/or phylogenetic characteristics of isolates and consortia mediating hydrocarbon degradation coupled with different terminal electron-acceptingprocesses (TEAP) are also reviewed. While the information on metabolic pathways has been gained from the analysis of individual isolates, the energetic framework presented here demonstrates that microbial consortia could be readily postulated for hydrocarbon degradation coupled to any TEAP. Several specialized reactions occur within these pathways, and the organisms mediating these are likely to play a key role in defining the hydrocarbon degradation characteristics of the community under a given TEAP. Comparing these processes within and between TEAPs reveals biological unity in that divergent phylotypes display similar degradation mechanisms and biological diversity in that hydrocarbon-degraders closely related as phylotypes differ in the type and variety of hydrocarbon degradation pathways they possess. Analysis of microcosms and of field samples suggests that we have only begun to reveal the diversity of organisms mediating anaerobic hydrocarbon degradation. Advancements in the understanding of how hydrocarbon-degrading communities function will be significantly affected by the extent to which organisms mediating specialized reactions can be identified, and tools developed to allow their study in situ.     

大环内酯类抗生素代谢工程的研究进展

14-16元环的大环内酯类抗生素(Macrolide antibiotics,MA)是临床上重要的抗感染药物.随着细菌耐药性的不断增加,迫切需要研发出新型MA来应对耐药菌.通过MA与核糖体靶点的相互作用可以指导MA的定向优化,结合快速发展的代谢工程方法可以高效获得所需的MA衍生物.近30年来,代谢工程在改造MA的生物合...     

异养同化降解氯代烃的研究现状、微生物代谢特性及展望

氯代烃(Chlorinated hydrocarbons,CAHs)污染遍布全球,其三致效应和遗传毒性对人类健康和生态环境构成重大威胁。CAHs异养同化具有降解彻底、无二次污染和降解效率高的特点,全面认识CAHs异养同化过程,对于强化和应用异养同化降解,扩大CAHs的修复途径具有重要的推动作用。文中首先分析了微生物细胞异养同化降解CAHs主要方式,阐述了异养同化的两大优势;针对CAHs异养同化的研究现状进行了系统性的总结,明确了可发生异养同化作用的CAHs种类及特征;基于氯代烷烃、氯代烯烃和氯代芳烃分类,概述了异养同化微生物的主要菌属及代谢特征;针对典型氯代烃,系统分析了参与代谢过程关键酶及特征基因,归纳了异养同化代谢途径;最后,根据当前研究现状对异养同化研究存在的问题进行了综述并对未来的发展方向进行了展望。     

甲醇酵母代谢工程研究进展

甲醇酵母由于独特优点被认为是绿色生物制造的潜在宿主.特别是其天然甲醇利用性能有望建立甲醇生物转化路线,拓展生物炼制底物,具有重要经济价值和环保意义.文中综述了代谢工程改造甲醇酵母合成蛋白质和化学品的最新研究进展,并比较了其与模式生物酿酒酵母作为细胞工厂的优缺点.随后,分析了甲醇酵母代谢工程改造面临的挑战,并展望了潜在解...