鞘氨醇杆菌的研究进展

鞘氨醇杆菌是一类革兰氏阴性非发酵杆状细菌,很少引起人类感染,它的主要特点是含有大量的细胞膜鞘磷脂。由于其广泛的生态分布与石油降解能力,已引起了环境微生物学者的重视。本综述总结分析了鞘氨醇杆菌的分类学地位及其主要成员的进化亲缘关系,重点阐述了它们的生理生化特征方面的研究进展,最后总结了8个鞘氨醇杆菌的基因组特征,以期为深入研究鞘氨醇杆菌的功能及其泛基因组提供理论指导,并进一步对鞘氨醇杆菌的深入研究进行了展望。     

LB克隆系统的构建及在鞘氨醇单胞菌基因融合表达中的应用

为摆脱限制性酶切位点不足的限制,构建可灵活改变多基因融合方向的表达载体,基于ⅡS型和ⅡT型限制性内切酶LguⅠ和BbvC Ⅰ设计开发了 LB克隆系统.该克隆系统是以广宿主质粒pBBR1MCS-3为初始载体,利用 PCR的方法,在其多克隆位点区插入LB片段(GCTCTTCCTCAGC)构建得到的.LB片段含Lgu Ⅰ和B...     

多聚磷酸激酶及其在ATP再生体系构建中的进展

构建高效的腺嘌呤核苷三磷酸(adenosinetriphosphate,ATP)再生体系可显著提高生物催化磷酸基团转移反应的效率。多聚磷酸激酶(poly phosphate kinase, PPK)能利用来源广、廉价且稳定的多聚磷酸(polyphosphate, Poly P)盐作为磷酸基供体,能够实现单磷酸腺苷(adenosine monophosphate,AMP)、二磷酸腺苷(adenosinediphosphate,ADP)、ATP、PolyP之间磷酸基的高效定向转移,已成为构建ATP再生体系的首选。本文介绍了不同类型PPK的结构特征、相关催化机制以及不同来源的PPK在酶活、催化效率、稳定性和底物偏好性的特征差异;归纳和列举了针对野生PPK酶学性质不足进行分子改造的实例,并对PPK在ATP再生体系构建的研究进展进行了总结。     

鞘氨醇激酶-磷酸鞘氨醇轴在血管生成相关性疾病中的作用

血管生成是指在原有血管的基础上形成新血管的过程.病理性血管生成是癌症、心血管类疾病和视网膜病变等一系列疾病的标志.1-磷酸鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate,S1P)是一种信号脂质,由鞘氨醇激酶(sphingosine kinases,SPHK)合成,通过5种G蛋白偶联受体(sphingosine-...     

鞘氨醇激酶活性测定方法的建立及其初步应用

目的:建立生物样品中鞘氨醇激酶(SPK)活性和1-磷酸鞘氨醇(S1P)含量的测定方法.方法:用Flag标记的SPK基因表达载体转染ECV304细胞,用Western blot方法检测转染后SPK基因的表达,用酶促反应、同住素掺入和薄层层析的方法检测SPK的活性.提取细胞或组织的S1P,碱性磷酸酶消化去除磷酸根,然后利用SPK的催化活性和同位素标记的方法对S1P进行定量.结果:转染基因后细胞的SPK表达明显升高,活性显著增强,细胞内S1P的含量也明显增多.肝细胞生长因子(HGF)刺激能增强ECV304细胞SPK的活性和细胞内S1P水平.结论:建立了SPK活性和S1P含量的测定方法.     

新鞘氨醇杆菌属9-1的纤维素酶基因Nspcel8A的克隆表达与酶学特性

木质纤维素转化成燃料酒精是缓解能源和环境危机的途径之一.降低将木质纤维素转化成生物燃料的生产成本,需要提高纤维素酶产量或筛选到具更高酶活性的纤维素酶.新鞘氨醇杆菌(Genus Novosphin-gobium)属于鞘氨醇杆菌科(Sphingomonads),该科的细菌新陈代谢多样化,能够降解有机化合物,也可应用于木质素的降解,但目前新鞘氨醇杆菌属细菌的纤维素酶基因的研究未见报道.本研究对新鞘氨醇杆菌属细菌菌株9-1的纤维素酶基因Nspcel8A进行了克隆表达和酶学特性鉴定.Nspcel8A含有属于糖基水解酶家族8的催化结构域.该酶在大肠杆菌中实现了异源表达并获得了表达产物.Nspcel8A对羧甲基纤维素(car-boxymethylcellulose,CMC)的最适作用pH值和温度分别为4.0和40℃,Nspcel8A具有良好的pH值稳定性,在pH值3.5～11.0范围内放置24 h后能够保持60％以上的酶活力.Nspcel8A对CMC的Km值为10 mg/mL,Vmax为14 μmol·min-1·mg-1.底物特异性测试显示Nspcel8A对CMC有最高的酶活力(8.40 U/mg),但对不可溶纤维维如磷酸膨胀纤维素和Avicel只有较低的酶活力或没有酶活.高效液相色谱法分析显示Nsp-ce18A 不能降解纤维二糖、纤维三糖、纤维四糖,能把纤维五糖部分降解成纤维二糖和纤维三糖,能把纤维六糖降解为纤维二糖、纤维三糖和纤维四糖,并以纤维三糖为主.以上结果显示Nspcel8A是一个内切葡聚糖酶,由于它不能水解结晶纤维素,说明它不是Novosphingobium sp.9-1主要的纤维素降解酶.     

一株鞘氨醇杆菌LF-16的基因组测序与分析

鞘氨醇杆菌属(Sphingobium)是一类具有很强的烷烃、杂环芳香烃降解能力的革兰氏阴性细菌。在NCBI公共数据库报道的95株已测序的鞘氨醇杆菌属基因组中,鲜有和纤维素降解相关。Sphingobium sp.LF-16是在以甘蔗渣为碳源的筛选培养基中筛选得到一株具有纤维素降解能力的菌株。通过对LF-16的基因组测序,得到了一条大小为4.57 Mb,GC含量为64.57%的环状染色体序列,经过基因预测发现该基因组序列共有4340个编码基因,61个转运RNA。使用常用数据库对预测的基因集进行功能注释,获得了4067个编码基因的功能描述信息。通过dbCAN数据库对其编码基因进行分析发现,LF-16共有242个基因的编码产物属于碳水化合物活性酶,其中属于糖苷水解酶家族的有143个,AA家族的辅助蛋白有20个。经分泌组预测,共有488个基因能够分泌到胞外,其中有87个是碳水化合物活性酶。通过与鞘氨醇杆菌属的其他8个菌株的基因组序列进行比较基因组学分析发现LF-16与Sphingobium yanoikuyae SHJ的亲缘关系最近,比除S.yanoikuyae SHJ之外的其他菌株的碳水化合物活性酶的编码基因数量要多20%~30%。     

石油降解菌多食鞘氨醇杆菌的发酵条件优化

多食鞘氨醇杆菌SWH-2是一株对石油具有较高降解活性的细菌,笔者对其产菌的发酵条件进行了初步的优化.通过单因素筛选和均匀设计优化得到发酵的最适培养基为:MgSO4.·7H20 0.5%,NaCl 0.5%,3%豆粕粉.最佳发酵条件为:初始pH7.0～7.2,发酵温度25℃,摇床转速220r/min,发酵时间21～22h.按此优化条件进行试验,获得了635X 108cfu/mL的活菌体数.图4、表5、参10.     

鞘胺醇杆菌肝素酶的产生

肝素类分子是一类结构异常复杂的高度硫酸化的糖胺聚糖,是临床上的一种主要的抗凝剂。除了抗凝血及其相关的抗栓活性以外,肝素还具有多种其他生物学功能,如抗平滑肌细胞及肾小球系膜细胞的增殖^[1]、抗炎症^[2]和阻止肿瘤生长及转移的作用^[3]等。因而肝素可用于防治球囊扩充血管成型术后的血管再狭窄、肾小球系膜细胞增生性肾炎、病理性炎症及肿瘤。但由于完整肝素的抗凝血活性,会引起出血及血小板减少综合症等负作用,限制了肝素在这些方面的临床应用。研究表明,肝素的抗凝血活性依赖于一种独特的肝素五糖序列,约占完整肝素链的1／3,除了五糖序列以外,还需要附近的至少13糖残基,因而不含五糖序列或含五糖序列小于18糖的肝素其抗凝活性大大降低^[4]。而六糖以上的肝素片段就具有抗平滑肌细胞增生、抗炎症及抗肿瘤的活性,并且这些活性与抗凝活性无关。因此,可利用特异性的肝素酶降解肝素长链,产生一系列不同结构及大小的肝素片段,并从中筛选出具有不同生物活性的片段。     

深海多环芳烃降解菌新鞘氨醇杆菌H25的降解特性及降解基因

[目的]为了从深海环境中筛选新的多环芳烃降解菌,了解其降解基因及降解特性.[方法]以原油作为碳源从印度洋深海海水样品中富集筛选出降解能力较强的多环芳烃降解菌,并根据已报道的相关菌属的多环芳烃起始双加氧酶大亚基序列及侧翼序列设计兼并引物进行扩增.[结果]获得了1株能够高效降解原油、柴油及多种多环芳烃的菌株H25.经16S rDNA序列系统发育分析表明它属于新鞘氨醇杆菌属(Novosphingobium)(96%).并从该菌株中扩增获得2条相似度为91.0%双加氧酶基因片段.2条序列在NCBI上Blastn分析表明均与菌株N.aromaticivorans DSM12444T的降解质粒pNL1上的双加氧酶大亚基具有最高相似度,分别为99.6%和91.0%.根据pNL1上的双加氧酶序列设计引物获得了包含H25双加氧酶大亚基及上下游序列的2个基因片段H25 Ⅰ(2.9kb)和H25Ⅱ(4.5kb).另外,单碳降解实验表明H25对联苯、2-甲基萘、2,6-二甲基萘、菲、二苯并噻吩、二苯并呋喃等均有较好的降解能力.[结论]H25菌株是Novosphingobium属可能的新种.深海细菌在大洋环境多环芳烃污染的自然净化中起到一定作用,并在环境生物修复中有较大的应用前景.     

广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究

广藿香是重要的芳香药用植物,利用基因工程技术对广藿香进行品种改良,需要建立一个高效的广藿香植株再生体系。该研究以广藿香无菌苗叶片为材料,将叶盘外植体分别置于不同条件下培养,观察、统计其再生植株的数量及生长状况。通过研究15~50 d的苗龄、第2~4节上的叶及培养基中2,4-D、NAA、BA和KT的浓度和配比等因素对广藿香叶盘再生植株的影响,在此基础上优化培养条件,建立广藿香高效再生体系。结果表明:广藿香无菌苗的苗龄、叶片在茎上的着生位置以及培养基中的植物生长调节物质浓度和配比都对广藿香的植株再生有显著影响;优化培养条件为以培养30 d的广藿香无菌苗顶芽下第2对展开叶片切割的叶盘为外植体,在含0.1 mg·L-1NAA和0.5 mg·L-1BA的MS培养基中培养28 d,叶盘的不定芽发生频率达到100%,单个叶盘的平均再生芽数为96.5个,经生根培养及温室炼苗,再生植株的移栽成活率达到96%。广藿香叶盘植株再生体系的建立为其基因转化研究及优良品种的快速繁育奠定了基础。     

多聚磷酸盐激酶双底物通道腔的理性设计及其在无细胞催化生产谷胱甘肽中的应用

三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)是一种重要的辅助因子,参与许多需能的生物催化反应。多聚磷酸盐激酶(polyphosphate kinases,PPK)由于其底物聚磷酸盐廉价易得,可以为消耗ATP的反应提供能量。本研究选择哈氏噬纤维菌(Cytophaga hutchinsonii)来源的ChPPK,进行了底物谱和耐受性分析,通过分子对接和定点突变,理性改造多聚磷酸盐激酶的双底物通道腔来提高PPK酶的催化活性。与野生型相比,筛选得到突变体ChPPK_K81H-K103V的相对酶活提高了326.7%,同时,双突变扩大了ChPPK的底物利用范围与耐受性,提高了该酶的耐热性与耐碱性。基于该ATP再生系统,本研究偶联谷胱甘肽双功能酶GshAB和ChPPK_K81H-K103V,破细胞后采用无细胞催化生产谷胱甘肽,加入5 mmol/L ATP后,该体系6 h可以生产(25.4±1.9) mmol/L的谷胱甘肽,比突变前的催化体系提高了41.9%。优化无细胞催化体系的缓冲液、裂解液菌体量、补料时间后,无细胞体系可产生(45.2±1.8) mmol/L谷胱甘肽,底物l-半胱氨酸的转化率达到90.4%。提高ChPPK生产ATP的能力,可有效增强底物的转化率,降低催化成本,实现了无细胞催化生产谷胱甘肽的高产量、高转化率与高经济价值的统一。本研究提供了一种绿色高效的ATP再生系统,可为消耗ATP的生物催化反应平台提供可持续动力。     

双孢蘑菇酪氨酸酶基因在酿酒酵母中的异源表达及其酶学特性

【目的】在酿酒酵母中异源表达双孢蘑菇来源的酪氨酸酶基因PPO2,并研究酪氨酸酶在酿酒酵母胞内及胞外的酶学特性。【方法】提取双孢蘑菇总RNA,通过RT-PCR克隆酪氨酸酶基因PPO2,构建表达载体pSP-G1-PPO2,并转化至酿酒酵母进行表达,采用镍亲和层析纯化蛋白并研究其酶学性质。【结果】在酿酒酵母中正确表达了大小为65 kDa的酪氨酸酶蛋白。重组酶能催化底物酪氨酸产生黑色素。体外活性测定表明,酪氨酸酶催化最适温度为45°C,以酪氨酸和多巴为底物时最适pH分别为7.0和8.0。在酿酒酵母中测得底物酪氨酸浓度低于2.5 mg/mL时,黑色素的产量与底物浓度呈现正相关性。【结论】来源于双孢蘑菇的酪氨酸酶基因PPO2在酿酒酵母中成功表达,重组酶具有良好的酶学特性。利用酪氨酸酶产物黑色素的产量与底物浓度呈现正相关性这一特性,可将其作为细胞酪氨酸产量的传感器,为高通量筛选酪氨酸高产菌株提供了思路。     

多年生黑麦草再生体系的建立

以多年生黑麦草‘高帽2号’(Lolium perenne‘Top Hat 2’)颖果为外植体,分别研究了胚端半粒颖果、纵切的胚端半粒颖果、胚端颖果小块、颖果小块这四种外植体处理方式与氯化汞、次氯酸钠两种表面灭菌方法对其愈伤组诱导的影响;利用两因素(2,4-D和6-BA)随机区组试验设计研究了不同植物生长调节物质及其浓度配比对外植体愈伤组织诱导的影响;利用三因素(NAA,6-BA和ZT)四水平正交试验设计研究了不同植物生长调节物质及其浓度配比对不定芽诱导的影响;研究了0.10 mg·L-1的NAA和IBA分别对不定根诱导的影响。结果表明:相同条件下,以饱满胚端半粒颖果为外植体,75%酒精表面灭菌1 min后,再用含1 m L·L-1Tween 20的次氯酸钠溶液(有效氯含量10%)处理30 min,愈伤组织诱导率最高;适宜的愈伤组织诱导培养基为MS+5 mg·L-12,4-D+0.03 mg·L-16-BA(p H=5.8),诱导率达68.7%,获得的高质量愈伤组织;不定芽诱导培养基为MS+0.5 mg·L-1NAA、0.5 mg·L-16-BA+0.9 mg·L-1ZT,不定芽诱导率最高,为56%;不定根诱导培养基为1/2MS+IBA培养基时,根系粗壮,诱导生根率为90%。该研究建立了多年生黑麦草高效组培再生体系,为高效基因工程育种的开展奠定了良好基础。     

ATP production from polyphosphate in Acinetobacter strain 210A

In cell-free extracts of Acinetobacter strain 210A polyphosphate: AMP phosphotransferase and adenylate kinase activity was measured. Polyphosphate glucokinase and polyphosphate dependent NAD kinase were not detected. The specific activity of polyphosphate: AMP phosphotransferase was found to be 43 nmol · min^-1 · mg^-1 protein in presence of 1 mmol · l^-1 AMP. The adenylate kinase reaction had an equilibrium constant ([ATP] [AMP] [ADP]^-2) of 0.7, an activity of 54 nmol · min^-1 · mg^-1 protein, and was almost completely inhibited by 0.3 mM P¹,P⁵-di(adenosine-5)-pentaphosphate. ATP was formed through the combined action of polyphosphate: AMP phosphotransferase and adenylate kinase in cell-free extracts from bacterial polyphosphate and from chemically prepared polyphosphate (Graham's salt). A spectrophotometric method for the continuous monitoring of polyphosphate: AMP phosphotransferase is also presented.Abbreviations Ap₅A P¹,P⁵-di(adenosine-5)-pentaphosphate - G6P-DH D-glucose-6-phosphate dehydrogenase - HK hexokinase - AEC adenylate energy charge - U units (converting 1 mol · min^-1)     

具核梭杆菌CarRS双组分系统组氨酸激酶CarS的表达、纯化及生化活性测定

具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)是一种条件致病菌,能够在结直肠癌组织中富集,影响结直肠癌发生发展的多个阶段。双组分系统在病原菌耐药性、致病性相关基因的调控和表达中起重要作用。本文以具核梭杆菌CarRS双组分系统为研究对象,重点对其组氨酸激酶蛋白CarS进行重组表达和性质研究。利用在线软件SMART、CCTOP和AlphaFold2对CarS二级结构和三级结构进行预测,其结果表明CarS蛋白具有2个跨膜螺旋区,包含9个α螺旋和12个β折叠结构;由两个结构域构成,一是位于N末端的跨膜域(氨基酸1–170),另一个是位于C末端的胞内域,胞内域由信号接收域(histidine kinases,adenylyl cyclases,methyl-accepting proteins,prokaryotic signaling proteins,HAMP)、磷酸受体结构域(histidine kinase domain,HisKA)和组氨酸激酶催化结构域(histidine kinase-like ATPase catalytic domain,HATPase_c)组成。由于全长的CarS蛋白未能在宿主细胞中表达,因此根据其二级、三级结构特点,构建了CarS胞内蛋白的融合表达载体pET-28a(+)-MBP-TEV-CarScyto,并在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21-CodonPlus(DE3)-RIL中进行过表达。经亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析,最终获得纯度较高的CarScyto-MBP蛋白,终浓度达20 mg/mL。活性实验结果表明,CarScyto-MBP具有蛋白激酶和磷酸转移酶双活性,麦芽糖结合蛋白(maltose binding protein,MBP)标签对CarScyto蛋白的生物活性无影响。上述结果为深入解析CarRS双组分系统在具核梭杆菌中的生物学功能提供了一定的理论基础。     

香鳞毛蕨DfGNOM基因的克隆及其表达分析

GNOM是一种ADP核糖基化因子(ARF)的鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF),为探索GNOM在香鳞毛蕨(Dryopteris fragrans)中的抗逆功能,该研究克隆了DfGNOM并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法分析了DfGNOM基因在不同植物激素及逆境胁迫处理下的表达模式,为进一步探索该基因的功能以及香鳞毛蕨的抗逆机制奠定基础。结果表明:(1)成功获得DfGNOM全长4 338 bp,蛋白质多序列比对以及进化树分析表明,DfGNOM与江南卷柏(Selaginella moellendorffii) SmGNOM亲缘较近,motif分析表明该蛋白含有sec7保守结构域。(2) qRT-PCR分析显示,DfGNOM在香鳞毛蕨的根、叶柄和叶中均有表达,但在叶中表达量最高;DfGNOM的相对表达量在生长素(IAA)处理后总体上调,在脱落酸(ABA)处理后总体下调;在NaCl处理下呈"降-升-降"的变化趋势,高温和低温处理下呈"升-降-升"变化趋势;在茉莉酸甲酯(MeJA)、乙烯利(ETH)以及PEG处理下,DfGNOM的相对表达也表现出不同的模式。研究认为,DfGNOM在香鳞毛蕨非生物胁迫响应过程中发挥调控作用。     

Biochemical and structural characterization of polyphosphate kinase 2 from the intracellular pathogen Francisella tularensis

The metabolism of polyphosphate is important for the virulence of a wide range of pathogenic bacteria and the enzymes of polyphosphate metabolism have been proposed as an anti-bacterial target. In the intracellular pathogen Francisella tularensis, the product of the gene FTT1564 has been identified as a polyphosphate kinase from the polyphosphate kinase 2 (PPK2) family. The isogenic deletion mutant was defective for intracellular growth in macrophages and was attenuated in mice, indicating an important role for polyphosphate in the virulence of Francisella. Herein, we report the biochemical and structural characterization of F. tularensis polyphosphate kinase (FtPPK2) with a view to characterizing the enzyme as a novel target for inhibitors. Using an HPLC-based activity assay, the substrate specificity of FtPPK2 was found to include purine but not pyrimidine nts. The activity was also measured using ³¹P-NMR. FtPPK2 has been crystallized and the structure determined to 2.23 Å (1 Å=0.1 nm) resolution. The structure consists of a six-stranded parallel β-sheet surrounded by 12 α-helices, with a high degree of similarity to other members of the PPK2 family and the thymidylate kinase superfamily. Residues proposed to be important for substrate binding and catalysis have been identified in the structure, including a lid-loop and the conserved Walker A and B motifs. The ΔFTT1564 strain showed significantly increased sensitivity to a range of antibiotics in a manner independent of the mode of action of the antibiotic. This combination of biochemical, structural and microbiological data provide a sound foundation for future studies targeting the development of PPK2 small molecule inhibitors.