甲烷氧化菌素的产生和铜捕获作用

甲烷氧化菌素(mb)是由甲烷氧化菌产生的与铜捕获和吸收有关的生物螯合剂。采用NMS/CAS-Cu劈半平板法检测发现甲基弯菌 Methylosinus trichosporium IMV3011在以甲烷和甲醇为碳源时均具有向外界分泌mb的能力。甲基弯菌 Methylosinus trichosporium IMV3011在限铜胁迫下能够在培养介质中积累mb,甲醇为碳源时mb的积累量明显高于甲烷为碳源时mb的积累量,推测mb的合成与细胞中NADH含量有关。mb的专一性研究发现从甲基弯菌 Methylosinus trichosporium IMV3011发酵上清液中分离到的mb能够提高其它3种甲烷氧化菌由无铜培养基向含铜培养基转移时的pMMO活性的表达,并明显缩短它们由无铜培养基转移到含铜培养基时生长的延滞期,提高生长速度。表明其它3种甲烷氧化菌同样能够吸收来自于甲基弯菌Methylosinus trichosporium IMV3011的mb捕获的铜。     

甲烷氧化菌及甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌是以甲烷作为唯一碳源和能源进行同化和异化代谢的微生物,其关键酶之一是甲烷单加氧酶(MMOs),可以在氧气的作用下催化甲烷等低碳烷烃或烯烃羟基化或环氧化,甲烷氧化菌在自然界碳循环和工业生物技术中具有重要的应用价值.因此,近20年来对于甲烷氧化菌和MMOs的研究一直倍受生物学家的关注.以下从现代生物技术的角度,对近年来国内外在甲烷氧化菌的分类与分布,MMOs的结构与功能、甲烷氧化菌与MMOs的基因工程等方面取得的研究成果进行了总结,全面综述了甲烷氧化菌及MMOs的应用基础研究现状,并对其今后的研究和应用方向提出了展望.     

甲烷氧化菌研究进展

甲烷氧化菌以甲烷为其唯一的碳源和能源 ,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用 ,它还可以降解卤代化合物 ,在污染治理方面具有潜在价值。本文从甲烷氧化菌的分类出发 ,对甲烷氧化菌氧化甲烷的机理及影响因素、甲烷氧化菌的生理、生态分布及检测方法、甲烷氧化菌降解有机污染物的潜在应用等作一综述 ,分析目前研究中存在的问题 ,并指出今后应加强研究的方面。     

甲烷氧化菌的研究进展

甲烷氧化菌在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用。本文从甲烷氧化菌的分类出发,对甲烷氧化菌氧化菌的生理、生态分布及最新研究进展作一综述。     

甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化细菌在转化甲烷制造新型燃料、单细胞蛋白和新功能酶生产、污水处理等方面有着潜在的应用前景,因此,甲烷单加氧酶作为其代谢过程中重要的酶系也受到人们的广泛关注。我们简要综述了近年来对甲烷单加氧酶的性质、结构、催化机理等方面的研究,特别是对颗粒性甲皖单加氧酶的相关性质进行了详细的阐述。     

好氧甲烷氧化菌生理生态特征及其在自然湿地中的群落多样性研究进展

甲烷氧化菌是一类可以利用甲烷作为唯一碳源和能源的细菌,在全球变化和整个生态系统碳循环过程中起着重要的作用。近年来,对甲烷氧化菌的生理生态特征及其在自然湿地中的群落多样性研究取得了较大进展。在分类方面,疣微菌门、NC10门及两个丝状菌属甲烷氧化菌的发现使其分类体系得到了进一步的完善;在单加氧酶方面,发现甲烷氧化菌可以利用pM MO和sM MO两种酶进行氧化甲烷的第一步反应,Ⅱ型甲烷氧化菌中pM MO2的发现证实甲烷氧化菌可以利用这种酶氧化低浓度的甲烷;在底物利用方面,已经发现了越来越多的兼性营养型甲烷氧化菌,证实它们可以利用的底物比之前认为的更广泛,其中包括乙酸等含有碳碳键的化合物;在生存环境方面,能在不同温度、酸度和盐度的环境中生存的甲烷氧化菌不断被分离出来。全球自然湿地甲烷氧化菌群落多样性的研究目前主要集中在北半球高纬度的酸性泥炭湿地,Ⅱ型甲烷氧化菌Methylocystis、Methylocella和Methylocapsa是这类湿地主要的甲烷氧化菌类群,尤其以Methylocystis类群最为广泛,而Ⅰ型甲烷氧化菌尤其是Methylobacter在北极寒冷湿地中占优势。随着高通量测序时代的到来和新的分离技术的发展,对甲烷氧化菌的现有认识将面临更多的挑战和发展。     

一株Ⅱ型甲烷氧化菌中甲烷单加氧酶基因和16S rDNA的分析

[目的]利用分子生物学方法对-株甲烷氧化菌Methylosinus trichosporium IMV 3011中的16S rDNA和溶解性甲烷单加氧酶基因序列进行分析并探索其进化分类地位.[方法]利用基因数据库已有的基因序列信息,设计PCR扩增引物和基因测序引物,对溶解性甲烷单加氧酶基因和16s rDNA进行扩增和测序,并进行溶解性甲烷单加氧酶的6个基因和氨基酸序列与同类菌株的相应序列进行联配分析.[结果]获得了全长为5319 bp甲烷单加氧酶基因序列和长度为1290 bp的16S rDNA序列.该菌株与Methylosinus trichosporium OB3b中相对应基因的同一性是99.0%～82.7%,MMOX氨基酸序列的同一性为99.4%～81.8%,相似性为99.8%～89.2%.基于以上分析表明MMOX组分有很高的序列保守性,特别是在活性中心区域.[结论]菌株IMV3011属于甲基弯菌属,最近似的菌株是Methylosinus trichosporium OB3b.     

生物分子机器——甲烷单加氧酶的研究进展

甲烷氧化菌中的甲烷单加氧酶能够在生理条件下选择性地以甲烷和氧气为底物生成甲醇,麻省理工学院的Lippard教授称它为"神奇的生物分子机器"。本文重点对生物分子机器甲烷单加氧酶的结构、编码基因及调控机制、催化反应机理等进行了综述,此外也简要介绍了甲烷单加氧酶的产生菌甲烷氧化菌的研究历史及分类。生物分子机器甲烷单加氧酶可催化甲烷氧化成甲醇,不仅为甲醇的生产提供了一种新颖的生产方法,而且对生物分子机器的设计也有借鉴意义。     

水生生态系统中金属依赖型甲烷厌氧氧化过程的研究进展

甲烷是一种比CO_2更活跃的温室气体,微生物驱动的甲烷厌氧氧化(anaerobicoxidationof methane,AOM)过程对于降低全球甲烷的排放有着重要意义。参与AOM反应的最终电子受体主要分为三类,即硫酸盐、亚硝酸盐/硝酸盐以及以Fe(III)、Mn(IV)等为代表的金属离子。可溶性金属物质和不溶性金属矿物都可以被用作AOM的电子受体,这大大提高了参与金属依赖型甲烷厌氧氧化(metal-dependent anaerobic oxidation of methane,Metal-AOM)微生物的生态价值。目前研究聚焦在功能菌群、生态分布等方面。部分甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)具有直接或间接参与Metal-AOM过程的能力。但由于功能菌群纯化富集和分离具有一定难度,有关其生理生化和生态学等特征的研究受到限制。同时,随着Metal-AOM被发现存在于不同水生生境中,其在污染治理领域的应用也被广泛讨论,但是河口生境尚缺乏深入研究。本文从Metal-AOM的发现入手,阐述了参与该过程的主要微生物及其在水域环境下的生态分布,并介绍了Metal-AOM的反应机制和在实际应用中的机遇与挑战。最后,根据现有研究结果,提出对功能菌群、机制及环保应用的研究展望,包括微生物分离纯化和影响因素、菌群代谢活性和作用机制的解析以及新型生产工艺的设计和发展应用,以期为今后的环境污染治理和工业应用提供借鉴意义。     

甲烷氧化菌素的生物活性研究进展

甲烷氧化菌素是具有生物活性的小分子肽,相对分子质量约为1217,对铜具有较强的亲和性。目前研究发现甲烷氧化菌素的生物活性主要包括抗氧化性、抗菌性及金属螯合性。这些特性表明甲烷氧化菌素在食品医药甚至工业等领域都有很好的应用前景。     

Trichloroethylene oxidation by the membrane-associated methane monooxygenase in type I,type II and type X methanotrophs

Trichloroethylene (TCE) oxidation was examined in 9 different methanotrophs grown under conditions favoring expression of the membrane associated methane monooxygenase. Depending on the strain, TCE oxidation rates varied from 1 to 677 pmol/min/mg cell protein. Levels of TCE in the reaction mixture were reduced to below 40 nmolar in some strains. Cells incubated in the presence of acetylene, a selective methane monooxygenase inhibitor, did not oxidize TCE.Cultures actively oxidizing TCE were monitored for the presence of the soluble methane monooxygenase (sMMO) and membrane associated enzyme (pMMO). Transmission electron micrographs revealed the cultures always contained the internal membrane systems characteristic of cells expressing the pMMO. Naphthalene oxidation by whole cells, or by the cell free, soluble or membrane fractions was never observed. SDS denaturing gels of the membrane fraction showed the polypeptides associated with the pMMO. Cells exposed to ¹⁴C-acetylene showed one labeled band at 26 kDa, and this protein was observed in the membrane fraction. In the one strain examined by EPR spectroscopy, the membrane fraction of TCE oxidizing cells showed the copper complexes characteristic of the pMMO. Lastly, most of the strains tested showed no hybridization to sMMO gene probes. These findings show that the pMMO is capable of TCE oxidation; although the rates are lower than those observed for the sMMO.     

Potential activity of methane and ammonium oxidation by methanotrophic communities from the soda lakes of southern Transbaikal

Radioisotopic measurements of the methane consumption by mud samples taken from nine Southern Transbaikal soda lakes (pH 9.5–10.6) showed an intense oxidation of methane in the muds of Lakes Khuzhirta, Bulamai Nur, Gorbunka, and Suduntuiskii Torom, with the maximum oxidation rate in the mud of Lake Khuzhirta (33.2 nmol/(ml day)). The incorporation rate of the radioactive label from¹⁴CH₄ into¹⁴CO₂ was higher than into acid-stable metabolites. Optimum pH values for methane oxidation in water samples were 7–8, whereas mud samples exhibited two peaks of methane oxidation activity (at pH 8.15–9.4 and 5.8–6.0). The majority of samples could oxidize ammonium to nitrites; the oxidation was inhibited by methane. The PCR amplification analysis of samples revealed the presence of genes encoding soluble and paniculate methane monooxygenase and methanol dehydrogenase. Three alkaliphilic methanotrophic bacteria of morphotype I were isolated from mud samples in pure cultures, one of which, B5, was able to oxidize ammonium to nitrites at pH 7–11. The data obtained suggest that methanotrophs are widely spread in the soda lakes of Southern Transbaikal, where they can actively oxidize methane and ammonium.     

Diversity of soluble methane monooxygenase-containing methanotrophs isolated from polluted environments

Methanotrophs were enriched and isolated from polluted environments in Canada and Germany. Enrichments in low copper media were designed to specifically encourage growth of soluble methane monooxygenase (sMMO) containing organisms. The 10 isolates were characterized physiologically and genetically with one type I and nine type II methanotrophs being identified. Three key genes: 16S rRNA; pmoA and mmoX, encoding for the particulate and soluble methane monooxygenases respectively, were cloned from the isolates and sequenced. Phylogenetic analysis of these sequences identified strains, which were closely related to Methylococcus capsulatus, Methylocystis sp., Methylosinus sporium and Methylosinus trichosporium. Diversity of sMMO-containing methanotrophs detected in this and previous studies was rather narrow, both genetically and physiologically, suggesting possible constraints on genetic diversity of sMMO due to essential conservation of enzyme function.     

Biphasic kinetics of a methanotrophic community is a combination of growth and increased activity per cell

Because methane-oxidizing bacteria (MOB) are the only biological sink for the greenhouse gas methane, knowledge of the functioning of these bacteria in various ecosystems is needed to understand the dynamics observed in global methane emission. The activity of MOB is commonly assessed by methane oxidation assays. The resulting methane depletion curves often follow a biphasic pattern of initial and induced methane oxidation activity, often interpreted as representing the in situ active and total MOB community, respectively. The application of quantitative-PCR on soil incubations, which were stopped before, at and after the transition point in the methane-depletion curve, demonstrated that both pmoA -mRNA was produced as well as substantial cell growth took place already in the initial phase. In addition, type Ia and II MOB displayed markedly different behaviour, which can be interpreted as ecologically different strategies. For the correct interpretation of methane oxidation assays, the use of small time windows is recommended to calculate methane oxidation activities to avoid substantial cell growth.     

微生物甲烷氧化反硝化耦合反应研究进展

甲烷氧化反硝化耦合过程是连接碳循环和氮循环的重要桥梁.该过程的深入研究有助于完善人们对全球碳氮生物化学循环的认识.甲烷作为反硝化外加气体碳源,既能调控大气甲烷平衡,有效减缓由甲烷引起的温室效应,又能降低反硝化工艺中因投入外加碳源带来的成本.因此近年来甲烷氧化反硝化耦合反应及其机理研究倍受关注.本文主要讨论了好氧和厌氧两种类型的甲烷氧化反硝化过程,重点对其微生物耦合反应机理及其影响因素进行了综述,同时指出了其工程化应用存在的问题,并对其应用前景提出展望.
     

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化及其功能微生物研究进展

亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO）是耦合氮循环和碳循环的关键环节,主要是由亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌（Candidatus Methylomirabilis oxyfera）介导完成,对于研究全球氮和碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文首先总结了国内外N-DAMO的影响因素和在不同自然生态系统中的分布;然后阐述了N-DAMO菌的生理生化特性及其富集培养优化实验和检测技术,最后探讨了N-DAMO技术的应用现状。本综述不仅有助于揭示全球碳氮循环的耦合作用机制,也为N-DAMO反应耦合其他厌氧生物处理过程应用到污水的除碳脱氮上提供了理论依据。     

盐分对湿地甲烷排放影响的研究进展

当前在全球气候变化和人类活动双重作用下,湿地正在或者将要面临着显著的盐分变化形势,尤其是内陆和滨海咸化湿地。湿地是大气甲烷的重要排放源。甲烷排放是甲烷产生、氧化和传输过程综合作用的结果。盐分变化将影响湿地水-土环境,降低植物群落初级生产力和有机物积累速率,改变微生物主导的有机物矿化速率和途径等,进而改变湿地生态系统的结构和功能,影响湿地甲烷产生、氧化、传输和排放系列过程。本文综述了盐分(浓度与组成)对湿地甲烷产生与排放的影响结果,从底物供给、微生物(产甲烷菌和甲烷氧化菌等)数量、活性与群落组成、酶活性、植物、电子受体、p H和氧化还原电位等几个关键方面分析了盐分影响湿地甲烷排放过程的内在机制。在此基础上提出了今后需重点关注的5个方面:1)加强盐分浓度与组成对湿地甲烷产生、氧化、传输与排放影响的系统性、框架性研究;2)深入探讨盐分背景、变化幅度与速率的耦合如何影响湿地甲烷系列过程;3)不同离子组成及其交互效应如何影响湿地甲烷动态过程;4)结合生物学、基因组学及同位素技术等,加强湿地产甲烷菌与甲烷氧化菌与盐分的关系及其响应研究;5)湿地甲烷对盐分变化响应的时空分异规律。