功能作图(functional mapping)分析大肠杆菌和金黄色葡萄球菌之间的竞争互作

【背景】功能作图(functionalmapping)模型是基于统计方法的分析生物体动态复杂性状发育的全基因组作图方法,旨在定位性状发育过程中的数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),将功能作图应用于微生物研究有助于解析复杂的互作过程。【目的】利用功能作图定位两种微生物在动态生长发育过程中发挥显著作用的QTL,通过基因功能注释找到影响微生物表型生长的基因。【方法】将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌各100个菌株单独培养和一一配对共同培养,将取得的各菌株生长丰度表型数据和单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)数据进行关联分析,找到同一物种在不同培养条件下对生长起作用的显著QTL。【结果】通过功能作图分析,在大肠杆菌中定位到217个QTL,金黄色葡萄球菌中定位到152个QTL;通过功能聚类和基因注释分析发现,QTL所在候选基因中金黄色葡萄球菌scdA、sdrC、sdrD、ftsA和大肠杆菌phr、nagC、eptA、ppsA、priA、flim基因对微生物的生长发挥了较大作用。【结论】本文借助功能作图定位了大肠杆菌和金黄...     

GWAS研究大肠杆菌和金黄色葡萄球菌种间互作进化机制

【目的】通过实验室培养模拟自然环境微生物相互作用,进而找到影响细菌基因型和表型的基因。【方法】将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在实验室条件下进行单独培养和两两混合培养并连续转接,通过得到的数量表型与最大生长速率表型做全基因组关联分析(GWAS),对得到的与表型相关的SNP进行注释与分析。【结果】162个SNP位点影响到大肠杆菌原始菌株与共培养菌株的生长,36个SNP位点影响大肠杆菌菌株在单独培养和共同培养的生长。总共有85个SNP位点影响金黄色葡萄球菌的原始菌株与单独培养。其中5个基因在之前文献中已有报道。对影响不同时间点细菌数量变化形状的SNP位点进行功能注释,大肠杆菌中有706个与生长性能相关。金黄色葡萄球菌中,129个和不同的生长性能相关。大肠杆菌SNP位点的13个基因在之前的研究中已有报道。【结论】混合培养和单独培养都检测到与生长相关的显著基因,本研究表明了GWAS在研究细菌互作进化机制方面的潜力。     

影响微生物互作的重要基因研究进展：以大肠杆菌为例

微生物在自然界中广泛存在,微生物间的相互作用对群落结构和功能有重要影响。目前已经对微生物相互作用的机制给予了很大的关注,通过高通量测序技术和统计学分析方法的结合可以定位获得影响菌株互作的重要基因。为了深入研究微生物相互作用的遗传机制,本文以大肠杆菌(Escherichia coli)为例,综述了与大肠杆菌运动性、耐药性、营养物质吸收和代谢调节相关的基因在互作条件下发挥的作用,并从这几个方面分别阐述了大肠杆菌互作遗传机制。总之,这些基因在大肠杆菌与其他微生物互作中发挥重要作用,同时增强了对细菌互作机制的理解,为今后研究更复杂的微生物群落互作遗传机制奠定了理论基础。     

大肠杆菌最小基因组分析和删减进展

大肠杆菌是基础研究最透彻、应用广泛的微生物,构建含减小甚至是最小基因组的大肠杆菌将为合成生物学的研究和应用提供理想的底盘生物。介绍了大肠杆菌最小基因组的生长与繁殖必需基因的生物信息学分析和实验鉴定,基因组敲除技术,以及删减基因组的大肠杆菌菌株的构建和应用等方面的研究进展。     

水体粪便污染的微生物溯源方法研究进展

畜禽粪便和生活污水是造成水体污染的主要因素之一,明确和区分水体污染的来源对污染控制和治理尤为重要.因此,利用微生物进行水体污染的溯源近年来成为国际上的研究热点.本文对两种类型微生物溯源方法的研究现状、优缺点以及应用中存在的问题进行了综述和展望.认为在培养建库微生物溯源方法中重复序列分型应用性最强,而在非培养建库方法中基于大肠杆菌特异性基因的PCR-DGGE具有广阔的应用前景.非培养建库微生物溯源是今后主要的研究方向,培养建库和非培养建库溯源方法相结合才能使溯源结果更加可信.     

“实践十号”搭载大肠杆菌代谢组学分析

【背景】随着载人飞行时间的延长,微生物安全问题越来越凸显。载人航天疾病谱显示感染性疾病是航天员在轨常发的疾病之一,影响航天员健康。大肠杆菌是人体肠道存在的正常菌群,也是条件性致病菌,可引起感染性疾病,因此有必要分析研究太空环境对大肠杆菌代谢的影响。【目的】通过"实践十号"返回式科学实验卫星搭载大肠杆菌近地轨道飞行12 d后,分析鉴定大肠杆菌在太空环境下代谢水平的变化。【方法】应用非靶向代谢组学技术对卫星搭载的大肠杆菌K12及地面同种对照组进行质谱分析,通过主成分分析(PCA分析)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA分析)找出组间潜在的差异生物标志物。【结果】通过分析鉴定,共发现12种显著差异生物标志物,其中搭载组11种参与能量代谢和甘油磷脂代谢的生物标志物含量上调,1种脂肪酸含量下调。【结论】太空飞行可提高大肠杆菌能量代谢与甘油磷脂代谢水平,相关代谢产物的变化提示太空飞行可能会促进大肠杆菌增殖。     

《自然-遗传学》：新设备可检测药物抗性演变

大肠杆菌在抗生素治疗过程中获得了药物抗性。研究人员对抗药性获得过程的大肠杆菌菌株进行了全基因组测序。新成果发表在日前在线出版的《自然一遗传学》期刊上。这些实验是在一种新开发的实验室微生物培养设备中进行的。可实时监测细菌种群内药物抗性的基因组演变。     

乌梢蛇粪便微生物群组成和特征的种群间差异

肠道微生物能够协助寄主维持体内稳态、增强营养吸收和能量代谢,对寄主适应环境和维持生存具有重要的意义.本研究以乌梢蛇(Ptyas dhumnades)桂林(n=3)和襄阳(n=3)种群的为研究对象,收集动物的粪便提取微生物总DNA,进行16S rRNA基因V1～V3区域扩增子测序,分析两个种群乌梢蛇粪便微生物群组成、丰度...     

微重力诱变大肠杆菌快速生长突变株特性

利用旋转培养装置处理大肠杆菌,筛选生长曲线发生变化、提前进入对数期的突变菌株,对菌株进行基因芯片的表达谱分析和质谱分析,研究微重力条件下微生物的生理代谢变化和对微重力条件的适应机制。结果发现突变菌株有114个差异表达基因,其中99个基因表达上调。表达上调基因主要集中在ABC转运系统、糖代谢、三羧酸代谢、磷酸转移酶系统、核酸代谢、脂类代谢等方面。质谱分析从蛋白水平上验证了这个结果。表明经过微重力处理可以筛选到生长加快的菌株,生长加快是菌株相关代谢水平上调的结果。空间微重力通过对微生物生长代谢相关基因的影响来使菌株适应空间环境。     

产电微生物基因调控网络的构建和特异性通路分析

研究产电微生物胞外电子传递过程和机制,发现与产电效率相关的关键基因、通路和代谢物,是微生物燃料电池研究中的关键技术。为了发现在胞外电子传递过程中起到关键作用的基因以及通路,首先利用比较基因组学的方法,以模式微生物大肠杆菌和同属希瓦氏菌的其他菌株为参考,构建了Shewanella.onedensis MR-1的全基因组基因转录调控网络,大大扩展了目前已知的基因调控关系。然后以此网络为基础,结合基于蛋白质相互作用分析得到的胞外电子传递通路,构建了与胞外电子传递直接传递密切相关的细胞色素C编码基因及其相关调控基因构成的子网络,结合全基因组基因表达数据,研究了特异性条件下胞外电子传递的可能通路和基因调控过程。     

构建一种检测水中As3+的敏感型大肠杆菌

为构建一种敏感性强、特异性好的检测砷离子的大肠杆菌荧光报告菌株,本研究利用基因敲除技术,敲除了大肠杆菌中负责向胞外转运砷离子的ars B基因,构建对As~(3+)敏感的菌株;利用egfp基因作为报告基因,构建融合检测载体p ET28b-Pars-ars R-egfp。然后将检测载体p ET28b-Pars-ars R-egfp转化至ars B基因敲除菌中完成敏感型As~(3+)检测菌株的构建。接着对此微生物传感器进行了检测条件的优化,以及线性检测范围、最低检出限、特异性等性能的确定。研究结果表明,与利用野生大肠杆菌作为检测宿主相比,此敏感型砷检测菌株对检测As~(3+)的灵敏度有显著提高,最适检测As~(3+)浓度范围为0.013-42.71μmol/L,最低检出下限为5.13 nmol/L。因此,本研究利用基因敲除技术对大肠杆菌进行改造,成功地提高了砷检测微生物传感器的灵敏度,为重金属微生物传感器的优化研究工作提供了有用方案。     

外源CdS纳米粒子对大肠杆菌生长的影响

半导体纳米材料在光激发下产生光电子和空穴,会影响微生物生长,其中空穴的氧化性将对菌体造成损伤,而光电子的作用可能会促进微生物代谢。本研究以大肠杆菌(Escherichia coli)作为研究对象,通过OD₆₀₀和菌落形成单位(colony forming unit,CFU)的测定,评价添加外源硫化镉(cadmium sulfide,CdS)纳米粒子后大肠杆菌的生长变化;结合对胞内氧化酶活力、丙酮酸和丙二醛浓度的测定,及相关基因的实时荧光定量PCR分析,说明CdS对大肠杆菌代谢的影响。结果表明,在光照条件下,CdS的加入使大肠杆菌OD₆₀₀提升了32.4%,丙酮酸积累量提高了34.6%;分裂蛋白基因ftsZ上调,并维持在50%以上,三羧酸循环关键酶基因icdA和gltA相对表达量上调86%和103%。这表明微生物可利用半导体光电子,促进自身生长代谢。研究结果有助于加深对纳米粒子与微生物相互作用的认识。     

未培养微生物研究:方法、机遇与挑战

自然界中绝大部分的微生物仍是未培养的,称之为未培养微生物或微生物"暗物质"。对其进行研究不仅有助于认识微生物多样性及其代谢特征,加深对环境中微生物参与的生态学过程的理解,还有利于重构生命之树,揭示微生物的进化历程,具有重要的科学意义。同时未培养微生物是发现新基因资源和新活性物质的巨大宝库。随着现代分子生物学研究方法和培养技术的成熟和完善,从环境中直接破译未培养微生物的遗传信息,并实现培养逐渐成为可能。本文主要介绍了基于宏基因组技术和单细胞基因组技术或两者结合运用,研究环境中未培养微生物的主要方法和挑战,总结分析了目前已经解析的未培养微生物的主要类群,并对未来研究的机遇进行了展望。     

大肠杆菌基因组图谱研究进展

大肠杆菌分布广泛,是微生物遗传学和分子遗传学重要的研究对象,对大肠杆菌遗传学研究的许多重要发现,加学了我们在分子水平上对生物遗传机制的理解;同时由于我们对大肠杆菌遗传背景有较深的了解,大肠杆菌在基因工程研究中占据着不可替代的重要地位。本文拟将大肠杆菌基因组图谱研究方向的进展作一简要综述。 大肠杆菌基因组是由超螺旋的环状DNA分子所组成,其长度为4710.4千碱基对(kb)。大肠杆菌基因组图谱有下列三种表现形式。     

大豆异黄酮代谢途径在大肠杆菌中的构建及表达

自然界异黄酮合成途径主要存在于豆科植物中。以微生物为宿主研究异黄酮代谢,则需要将整个相关代谢途径的多酶体系组装到工程菌种,从而进行表达及代谢研究,这就需要用到多基因的转化和共表达技术。综合应用了多基因单载体和多基因多载体方法,将大豆异黄酮代谢途径中的五个关键酶基因导入到大肠杆菌中,对异黄酮代谢途径在大肠杆菌中的构建和表达进行了研究和探索,获得了含有五个外源基因的重组大肠杆菌;重组菌经IPTG诱导,以L-酪氨酸为底物进行发酵,发酵产物经过HPLC测定,结果表明和空白对照相比有新的代谢产物生成,初步断定为异黄酮类化合物。     

大豆异黄酮代谢途径在大肠杆菌中的构建及表达

自然界异黄酮合成途径主要存在于豆科植物中。以微生物为宿主研究异黄酮代谢,则需要将整个相关代谢途径的多酶体系组装到工程菌种,从而进行表达及代谢研究,这就需要用到多基因的转化和共表达技术。综合应用了多基因单载体和多基因多载体方法,将大豆异黄酮代谢途径中的五个关键酶基因导入到大肠杆菌中,对异黄酮代谢途径在大肠杆菌中的构建和表达进行了研究和探索,获得了含有五个外源基因的重组大肠杆菌;重组菌经IPTG诱导,以L-酪氨酸为底物进行发酵,发酵产物经过HPLC测定,结果表明和空白对照相比有新的代谢产物生成,初步断定为异黄酮类化合物。     

宏基因组学在发现新基因方面的应用

现代分子微生物生态学研究表明,自然环境中约99%的微生物不能用传统的分离培养方法获得其纯培养,使得环境微生物中的多样性基因资源难以得到充分的开发和应用.宏基因组学是近年来发展起来的,通过直接提取特定环境中全部微生物的总基因组DNA并克隆到合适的可培养微生物宿主中,来筛选目的基因的方法.它已在微生物新功能基因筛选、活性物质开发和微生物多样性研究等方面取得了显著成果.该文旨在介绍宏基因组学在新功能基因发现方面的应用概况并结合我们的研究情况,对这一崭新领域中的最近研究进展进行简要综述.     

应用DNA芯片技术对禽致病性大肠杆菌可能致病基因体外表达水平的研究

应用DNA芯片研究禽致病性大肠杆菌可能致病基因的表达.构建禽致病性大肠杆菌毒力基因、潜在毒力基因的DNA芯片,应用基因芯片技术对同属O2血清型的禽高致病性大肠杆菌E058株和低致病性大肠杆菌E526株在体外LB培养基和鸡血清培养状态下进行差异表达分析.结果:在体外LB静置培养状态下,低致病株E526与高致病株E058相比共有16个差异基因,均为下调基因.在鸡血清静置培养中,E526与E058相比共有15个差异基因,均为下调基因.应用基因芯片成功筛选了禽致病性大肠杆菌在体外不同条件下的毒力基因及可能毒力基因中差异表达基因,表明一些铁摄取系统相关基因对APEC的毒力较重要,同时也筛选出了一些新的可能致病基因aes-1,aes-2,aes-3,aes-4,aes-6,aes-8,aes-10,aes-13,aes-15,aes-31等.     

未培养微生物研究策略概述

基于未培养微生物数量巨大、种类繁多、基因资源丰富等特点。扼要介绍了未培养微生物的纯培养分离策略和分子生物学研究方法。随着新型培养策略如原位仿生境培养、限制性培养、单细胞微操作等的出现,使未培养微生物的纯培养成为可能。同时由于宏基因组学和高通量DNA测序等现代分子生物学方法技术的逐渐成熟,使来源于未培养微生物的新基因和新活性物质的分离筛选出现了新的机遇与挑战。     

整合型碱性蛋白酶基因工程菌中抗性基因的敲除*

要：利用大肠杆菌载体pET—韶a和穿梭载体PHY3肋队构建了敲除载体p10c,通过DP4A变性技术和同源重组技术成功地敲除了整合型碱性蛋白酶基因工程茵BP旧1中的卡那霉素抗性基因(M),得到11株敲除卡那霉素抗性基因的阳性克隆,并使产酶水平保持稳定。该方法的建立为基因敲除技术在工业微生物研究中应用提供了经验,并为微生物来源的转基因产品安全性的研究提供了模型。