细菌还原氧化态硒产生红色单质硒的研究进展

硒是一种生命必需的微量元素,但高浓度时毒性较强且会造成环境污染。许多细菌可以将亚硒酸盐(SeO32-)或硒酸盐(SeO42-)等毒性较高的氧化态硒还原为毒性较小的红色单质硒(Se°),形成硒-蛋白复合物,它们对于获得最佳补硒方式和治理硒环境污染具有应用潜力。近年来,关于这一生物还原过程,人们进行了大量的研究,包括碳源、氧气、元素硫、谷胱甘肽以及一些氧化还原酶和膜转运蛋白等在内的多种物质都被发现可能影响或参与了细菌对硒的代谢。综述了细菌进行生物还原氧化态硒的影响因素及不同细菌产生红色单质硒机理的研究进展。     

微生物硒代谢机制研究进展

硒(Se)是人与动物生命必需的微量元素,在医学保健和工业制造方面有着广泛的应用。硒在环境中有四种价态,包括硒酸盐Se O42-(+6)、亚硒酸盐Se O32-(+4)、单质硒Se0(0)和硒化物Se2-(-2)。微生物在硒的形态转化中扮演了重要的角色,影响着环境中硒的生物地球化学循环。本文主要从自然界中硒的循环以及微生物与硒代谢机制两个方面阐述微生物对硒的生物地球化学循环的重要性。     

还原亚硒酸盐产生红色单质硒光合细菌菌株的筛选与鉴定

从实验室保藏的光合细菌中筛选出一株对亚硒酸钠还原效率较高的菌株S3,其亚硒酸钠还原产物通过透射电子显微镜及EDX(Electron-Dispersive X-ray)分析确定为红色单质硒。菌株S3的形态学特征、生理生化特征及光合色素扫描结果与固氮红细菌(Rhodobacter azotoformans)的特征基本一致;16S rDNA序列(GenBank登录号为DQ402051)在系统发育树中与固氮红细菌同属一个类群,序列同源性为99%。根据上述结果将菌株S3鉴定为固氮红细菌。初步研究了该菌株还原亚硒酸钠的特性,首次报道固氮红细菌具有还原亚硒酸盐产生红色单质硒的能力,为今后利用微生物方法治理环境中硒污染、利用微生物方法获得活性红色单质硒以及对微生物还原亚硒酸盐产生红色单质硒的机理研究奠定了良好的基础。     

硒代硫酸钠诱导HL60细胞凋亡——还原态硒的细胞毒性(英文)

细胞毒性研究认为Cd2+的释放是硒化镉(CdSe)纳米粒子的细胞毒性机制之一,而Se2-阴离子在纳米粒子中的毒性机制未知。作者研究了硒代硫酸钠(selenosulfate(SSeO3)2-)对HL60细胞的细胞毒性作用,发现10μmol/L的硒代硫酸钠可以显著抑制细胞活力,诱导细胞凋亡,出现了染色质凝聚、DNA ladder和G0/G1凋亡亚峰。线粒体膜电位显著降低的同时,促凋亡蛋白Bax的免疫荧光增加。结果表明还原态的Se2-阴离子有显著的细胞毒性作用,可以诱导HL60细胞凋亡。同时也暗示Se2-阴离子的释放可能是含Se2-纳米粒子(比如硒化镉的量子点)细胞毒性的机制之一。     

一株假单胞菌(Pseudomonas alcaliphila MBR)好氧还原亚硒酸钠为红色单质硒

【目的】本实验室保藏的一株异化硝酸盐还原菌(Pseudomonas alcaliphila MBR),其能够在好氧环境下以有机碳源为电子供体,把易溶解、高毒性亚硒酸钠还原成为红色单质硒,本文对该菌株还原亚硒酸盐的特征进行了研究。【结果】结果表明该菌株可以在pH为6-11环境中生长,对亚硒酸钠有较强抗性,其MIC(minimal inhibitory concentration)可高达50 mmol/L。在5天时间内,菌体以柠檬酸钠为电子供体,把2 mmol/L亚硒酸钠完全还原为红色单质硒并主要积累于胞外。硝酸盐和还原型谷胱甘肽对菌体还原亚硒酸钠具有促进作用,初步确定菌体对亚硒酸钠的还原是细胞膜或细胞质中的某些物质催化的结果。【结论】本项研究为应用Pseudomonas alcaliphila MBR于生物反应器提供了重要基础。     

硒蛋白的生物合成与调控

硒蛋白是硒以硒半胱氨酸(Sec)形式参入形成的蛋白质。Sec作为参入蛋白质的第21种氨基酸,由硒蛋白mRNA上的UGA编码。在原核生物中,Sec参入硒蛋白的相关因子及其参入机制已基本阐明,Sec在SELA、SELB、SELC、SELD及Sec插入序列(SECIS)等的共同作用下参入到蛋白质中。在真核生物中,Sec参入硒蛋白的可能途径是：Ser-tRNA‘^[Ser]Sec。通过磷酸丝氨酰-tRNA^[Ser]Sec。最终转变为Sec-tRNA^[Ser]Sec,并在延伸因子及相关蛋白质因子的作用下参入到硒蛋白中。硒蛋白的合成在翻译前水平、mRNA水平、供硒水平等都受到相应的调控。     

富硒产品中硒的形态分析及化学评分模式的建立

采用微波水解、HPLC-HG-AFS法测定了硒蛋白粉、硒蛋白片、肽粉、富硒原料等19种硒产品中的总硒、硒代氨基酸和亚硒酸根离子[Se(IV)],分析了硒代氨基酸、Se(IV)和其他形态硒占总硒的百分比及不同形态硒代氨基酸的组成比例。以此为依据,将硒产品分为硒蛋白型、单一硒代氨基酸型、其它形态硒型及有机无机硒混合型。根据DBS42/002-2014规定建立了富有机硒产品评分模式,其中18种为富有机硒产品;根据适硒地区母乳中硒代氨基酸的组成比例提出了硒代氨基酸的化学评分模式,评分结果显示13种以蛋白态硒为主的硒产品中硒代氨基酸的组成比例均与母乳相差甚远,不利于人体平衡吸收利用,其中10种SeMet含量远远超过人体所需,SeCys_2为限制硒代氨基酸。该评分模式的建立对硒产品的开发具有指导意义。     

硒蛋白的分子生物学研究进展

已有35种硒蛋白被分离和表征,但许多硒蛋白及其功能仍未完全阐明.硒半胱氨酸(Sec)作为参入蛋白质的第21种氨基酸,由硒蛋白mRNA上的UGA编码.在原核生物,Sec参入硒蛋白的复杂机制已经较为明确,需要四种基因产物（SELA、SELB、SELC和SELD）和一个存在于硒蛋白mRNA上的被称为Sec插入序列(SECIS)的茎环(stem loop)样二级结构.在真核生物,硒蛋白生物合成途径可能在SECIS的结构和位置、特异的延伸因子及其他RNA-RNA或RNA-蛋白质因子之间的相互作用等方面与原核生物不同.另外,哺乳动物硒蛋白mRNA上的UGA翻译为Sec的过程低效,特定位点的UGA密码子不同功能(终止密码和Sec密码)的调控可能是硒蛋白表达低效的关键.     

大肠杆菌tRNASec关键核苷酸位点

在原核生物中,硒蛋白合成需要tRNA~(Sec) (SelC)与硒代半胱氨酸合成(Sec synthase, SelA)、硒代半胱氨酸特异性延伸因子(Sec-specificelongationfactor,SelB)之间相互作用。【目的】基于大肠杆菌掺硒机器,寻找tRNA~(Sec)骨架上关键核苷酸位点,为解决硒蛋白目前面临的掺硒效率较低、产量低的问题提供新思路。【方法】以大鼠细胞质型硫氧还蛋白还原酶(thioredoxinreductase1,TrxR1)为掺硒模式蛋白为定点突变tRNA~(Sec),转化至BL21 (DE3) gor-获得阳性重组菌株(携带pET-TRSter/pSUABC’),用于表达大鼠硒蛋白TrxR1,然后使用2￠,5￠ADP-Sepharose亲和层析和凝胶过滤两步法分离纯化TrxR1,最后利用经典硒依赖型DTNB还原反应测定TrxR1的酶活,分析关键核苷酸位点,评价掺硒效率。【结果】在存在SECIS元件的前提下,当SelA、SelB、tRNA~(Sec)共表达时,与野生型相比,携带突变型tRNA~(Sec)所共表达的TrxR1酶活力呈现不同程度的降低,其中E.colitRNA~(Sec)的G18、G19这两个位点的所有的TrxR1酶活远低于野生型(10%);然而,a26和b7的酶活相对较高。【结论】E. coli tRNA~(Sec)骨架上G18和G19位点对于维持tRNA稳定性和灵活性发挥了关键作用,位点突变引起tRNA结构变化会影响tRNA~(Sec)与掺硒元件的互作,因此有望通过改造tRNA核苷酸位点来提高硒蛋白的掺硒效率。     

耐高盐枯草芽孢杆菌XP合成球形纳米硒及其抑制草莓病原真菌生物活性

生物方法合成纳米材料具有低能耗、高安全性以及环境友好等优良特点,因而备受人们关注。利用细菌将硒酸盐或亚硒酸盐还原为单质硒,不仅可以降低硒毒性,而且还能获得价值更高的生物纳米材料。文中选用可耐受高盐环境胁迫的枯草芽孢杆菌亚种Bacillus subtilis subspecies stercoris strain XP构建生物模型,分别以LB液体培养基和亚硒酸钠为介质和底物 (电子受体),解析菌株XP合成纳米硒的基本规律。通过扫描电镜 (Scanning electron microscope,SEM) 观察、X射线能谱分析 (X-ray energy dispersive spectral analysis,EDAX)、X射线衍射 (X-ray diffraction,XRD) 分析、傅里叶红外变换光谱 (Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR) 技术对合成的纳米硒进行物理化学表征分析,同时选用草莓枯萎、红叶、紫斑病病原真菌对其抗菌活性进行分析。结果表明,菌株XP介导合成的单质硒为球形纳米颗粒 (Selenium nanoparticles,SeNPs),其生成量与反应时间呈正相关 (0–48 h),且细胞形态未发生褶皱或破损等变化 (耐受力强);SeNPs为非晶态,粒径范围在135–165 nm,表面元素组成以Se为主,同时存在C、O、N、S等有机元素;颗粒表面包裹生物大分子物质,-OH、C=O、N-H、C-H等官能团与SeNPs稳定性和生物活性密切相关;高浓度纳米硒对枯萎、红叶、紫斑病病原真菌均有显著抑制活性 (P<0.05),其中对草莓红叶病与枯萎病病原真菌的抑制活性明显优于对紫斑病病原真菌的抑制活性。总而言之,菌株XP不仅耐受高盐胁迫能力强,同时还可介导合成生物SeNPs,其合成的纳米硒颗粒具有良好的稳定性和生物活性,在草莓病害防治以及绿色富硒草莓种植等领域具有潜在的应用价值。     

Fe(III)的微生物异化还原

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

沼泽红假单胞菌对亚硒酸盐还原脱毒的研究

主要研究沼泽红假单胞菌对亚硒酸盐还原脱毒作用及其脱毒机理。通过单因子实验、正交试验, 对影响亚硒酸盐还原脱毒的因素进行研究, 得到沼泽红假单胞菌还原亚硒酸盐的最佳条件为: 亚硒酸钠添加量是25 mg/L, 培养的第5天接种接种量15% (质量比)。在该条件下, 对亚硒酸钠去除率可达98.2%。研究发现, 亚硒酸盐还原酶主要存在于细胞质, 分子量约为182 kD, 由4个亚基组成。通过透射电子显微镜观察, 菌体表面出现粒径在5 nm?200 nm之间的高电子密度颗粒, 初步表明亚硒酸盐在沼泽红假单胞菌体内被     

螺旋藻转化纳米元素硒的制备及其体外清除自由基活性的初步研究

研究利用高密度富硒螺旋藻(Se-SP)细胞通过生物转化制备纳米元素硒(Nano-Se)的可行性,观察Nano-Se在体外对氧自由基的清除作用。用梯度离心分选Nano-Se,原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)及X-射线能谱(EDX)联用表征纳米粒中的元素硒形态,电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定Nano-Se中的硒含量,化学发光方法检测Nano-Se在体外对超氧自由基和羟自由基的清除作用。结果发现,Nano-Se主要由元素硒构成,形态呈球形,73%的纳米粒子直径大小分布在(61±17)nm范围。Nano-Se在体外对两种氧自由基的最大清除率分别为:30.1%和27.6%,相应的EC50分别为:0.8 μg/ml和2.2 μg/ml。相同剂量时,Nano-Se对氧自由基的清除作用比硒代蛋氨酸(Se-Met)及Se-SP中其它含硒活性成分更强。结果提示,利用高密度Se-SP可诱导Nano-Se的大量生成,Se-SP转化的Nano-Se可能是一种新的抗氧化硒形态,其作用机制和体内生物活性有待深入研究。     

硒预暴露对夹杂带丝蚓铜累积及毒性的影响

为研究不同摄入途径下不同形态的硒(Se)预暴露对铜(Cu)在夹杂带丝蚓(Lumbriculus variegatus)体内的累积及Cu暴露导致的脂质过氧化的影响,本实验将夹杂带丝蚓分别预暴露在含亚硒酸盐(Se(Ⅳ))、硒酸盐(Se(Ⅵ))、L-硒甲硫氨酸(Se-L-Met)的沉积物(食物相,20μg·g~(-1)干重)和水溶液(15μg·L~(-1))中,再将Se预暴露的带丝蚓暴露于15μg·L~(-1)的Cu 7天,检测其体内Cu累积及硫代巴比妥酸反应产物水平。结果显示:除水相Se(Ⅵ)预暴露组外,食物相及水相预暴露摄入的Se均显著降低了Cu在带丝蚓体内的累积;Se预暴露降低了Cu对带丝蚓造成的过氧化损伤,但不同暴露途径可能对不同形态Se的这种保护能力也有影响。结果表明,环境相关浓度的Se预暴露能够降低Cu的累积及对Cu暴露在夹杂带丝蚓所产生的毒性提供保护作用,但这种保护作用的机制有待进一步的研究。     

Fe(III)的微生物异化还原*

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特片是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能;可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污酒女环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类、代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人同对此的了解和重视,通过学科和交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

希瓦氏菌Shewallena oneidensis MR-1合成硒纳米棒

摘要:【目的】探索采用希瓦氏菌合成硒(Se)纳米棒,并阐明合成底物Se(IV)的浓度与细菌培养时间对生物合成的影响。【方法】将希瓦氏菌Shewallena oneidensis MR-1 接种至Luria-Bertani(LB)液体培养基,分别以Se(IV)浓度0.1、1、10和100 mmol/L的Na2 SO3作为电子受体,厌氧培养并绘制生长曲线。再将希瓦氏菌接种到含最适Se( IV)浓度的LB 培养基中,在厌氧培养后第24和72 h离心获取沉淀。采用扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射对沉淀进行分析。【结果】在Se(IV)浓度1 mmol/L的培养基中培养24 h形成的纳米棒沉淀截面直径约80 nm,长度2－3 μm。而培养72 h形成的沉淀较大,超出纳米物质范畴。采用X射线能谱和X射线衍射确定纳米棒组成为单质Se。【结论】本研究为生物合成Se纳米棒提供了一种可行的方法。希瓦氏菌最适宜在1 mmol/L Se(IV)浓度下以及在对数生长期大量合成Se纳米棒,具有潜在应用价值。     

铁、锰等金属元素的微生物还原及其在环境生物修复中的意义

讨论了土壤及水体环境中Fe、Mn、U、Se等金属元素的还原,并对还原不同金属的微生物及其对各金属的酶促和非酶促还原机制进行了综述,同时就不同微生物还原各金属在治理环境污染方面的意义进行了概述。     

富硒螺旋藻中硒别藻蓝蛋白的纯化及其特性

从富硒螺旋藻(Se richSpirulina platensis,Se-SP)中分离纯化高纯度的含硒别藻蓝蛋白(Se-containingallophycocyanin,Se-APC)并观察其生化特性。羟基磷灰石和DEAE-52柱层析方法结合制备电泳技术纯化Se-APC;光谱扫描、Native-PAGE、SDS-PAGE和IEF方法鉴定Se-APC生化特性;2,3-DAN荧光光度法检测蛋白质中Se含量。结果发现3种高纯度Se-APC的光谱特征分别与APCI、APCII、APCIII吻合;电泳鉴定它们可能都是(αβ)3,α、β亚基分别为18.3和15.7 kDa,其pI值分别为:4.76、4.85和5.02;3种Se-APC中Se含量分别为316、273和408μg/g,Se-APC经0.5mol/L NaSCN解聚和β-巯基乙醇变性处理后,蛋白质中Se含量依次减低并趋于稳定。结果提示Se-SP中APC可结合Se,APC中Se含量与其分子聚态有关,亚基中含Se量稳定,可能是以共价键方式结合,Se-APC生物活性及硒在蛋白质中的结合位点值得深入研究。     

亚硒酸钠和硒酸钠对小白菜生长生理特性的影响

以小白菜品种'秦白2号'为材料,采用盆栽试验研究了不同浓度亚硒酸钠[Se(IV)]和硒酸钠[Se(VI)]胁迫对小白菜生长生理特性的影响及其生理机制,为土壤硒污染修复及其合理开发利用提供理论依据.结果表明,Se(IV)≤10.0 mg·kg-1时,小白菜的叶长、叶宽显著下降,而生物量没有受到显著影响;Se(VI)≤1.0 mg·kg-1时,叶长、叶宽、生物量没有显著变化;更高浓度处理时,叶长、叶宽、生物量均随外源Se(IV)和Se(VI)处理浓度的增大而急速下降.Se(IV)≤40.0 mg·kg-1和Se(VI)≤20.0 mg·kg-1处理均对小白菜叶片叶绿素含量无显著影响,但更高浓度外源Se(IV)和Se(VI)却显著抑制了叶绿素合成.低浓度外源Se(IV)和Se(VI)均使小白菜叶片谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性上升,膜质过氧化物(MDA)含量下降,对超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性及脯氨酸含量无显著影响;高浓度硒使MDA含量、脯氨酸含量及SOD活性上升,而使GSH-Px活性和CAT活性下降;外源Se(IV)和Se(VI)均使过氧化物酶(POD)活性降低.研究发现,低浓度外源Se(IV)和Se(VI)均提高了小白菜的抗氧化作用,从而促进小白菜叶片叶绿素的合成和生长,高浓度时则相反;低浓度硒的抗氧化作用和高浓度硒的过氧化作用均以Se(VI)大于Se(IV).说明硒酸钠的有效性和毒害作用均大于亚硒酸钠.     

Fe(Ⅲ)的微生物异化还原

异化Fe（Ⅲ）还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe（Ⅲ）作为末端电子受体而获能。异化Fe（Ⅲ）还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe（Ⅲ）还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe（Ⅲ）还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。