油藏样本潜在核心功能微生物群的宏基因组挖掘

【背景】识别出具有驱油功能的内源性微生物群是当前设计高效微生物采油技术的迫切需求。【目的】通过宏基因组分析找出原位油藏微生物中具有产酸/产气功能的潜在核心微生物群。【方法】利用室内模拟体系,对原位油藏微生物进行有机营养(从有氧到无氧)的激活,运用生物信息、多元统计分析以及网络分析等方法,寻找潜在内源性核心功能微生物群。【结果】有机营养激活了原位油藏样本中以Bacillus licheniformis为核心的产酸菌群(包括Coprothermobacter proteolyticus、Marinobacterspp.、Anaerobaculumhydrogeniformans和Petrotogamobilis),该菌群具有以丙酮酸/乙酰辅酶A为原料发酵乳酸、乙酸以及甲酸的功能;激活了以Enterococcus faecium为核心的产气菌群(包括Shinella zoogloeoides、Paracoccus denitrificans、Paracoccus spp.和Enterobacter cloacae),该菌群具备以(亚)硝酸盐、(亚)硫酸盐、石油烃为原料生产含氮/硫/碳等气体的能力。2个核心菌群内部分菌同时具有产酸和产气通路基因,激活过程中2个菌群的丰度变化呈负相关关系。【结论】利用有机营养激活体系及宏基因组测序分析技术,筛选出了油藏样本中具备产酸、产气能力的核心功能菌群,为后续进一步的功能菌株研究提供了潜在靶标及功能指向。     

一组高效喹啉降解复合菌群的构建及其降解特性

【背景】喹啉是一种典型的含氮杂环污染物,广泛存在于焦化废水,具有致畸、致癌、致突变作用,易通过水体污染环境。微生物技术因其绿色高效的特点,被认为是喹啉废水污染最有前景的修复手段之一。【目的】筛选得到一组高效喹啉降解复合菌群,实现含喹啉废水的高效工业化处理。【方法】使用逐级递增驯化法从焦化废水厂污泥中筛选出一组高效喹啉降解复合菌群,结合形态学观察并通过酶活测定、底物广谱性研究,完成对该复合菌群的初探。然后将该复合菌群的培养pH、温度、转速、装液量、接菌量、不同浓度外加碳氮源进行单因素优化,结合优化结果以喹啉降解率为目标进行响应面优化,并通过降解动力学研究喹啉对复合菌群降解行为的影响。【结果】分离出可30 h降解1 500 mg/L喹啉的高效复合菌群,可以降解多种含氮杂环化合物;响应面优化结果表明,当pH、温度、转速分别为6.8、30 ℃、200 r/min时,降解率最高达66%;降解动力学分析发现,当喹啉浓度为1 154 mg/L时,比降解率最大高达60.0 mg/(L·h)。【结论】该复合菌群具有高效喹啉降解能力和底物降解广谱性,为微生物高效处理含喹啉废水的工业化处理提供了良好基础。     

木质纤维素的微生物降解

木质纤维素广泛存在于自然界中,因结构复杂,其高效降解需要多种微生物的协同互作,由于参与木质纤维素降解的微生物种类繁多,其协同降解机理尚不完全明确。随着微生物分子生物学和组学技术的快速发展,将为微生物协同降解木质纤维素机制的研究提供新的方法和思路。笔者前期研究发现,细菌复合菌系在50℃下表现出强大的木质纤维素降解能力,菌系由可分离培养和暂时不可分离培养细菌组成,但是可分离培养细菌没有降解能力。通过宏基因组和宏转录组研究表明,与木质纤维素降解相关的某些基因表达量发生显著变化,通过组学方法有可能更加深入解释微生物协同降解木质纤维素的微生物学和酶学机理。文中从酶、纯培养菌株和复合菌群三个方面综述了木质纤维素微生物降解研究进展,着重介绍了组学技术在解析复合菌群作用机理方面的现状和应用前景,以期为探索微生物群落协同降解木质纤维素的机理提供借鉴。     

活性污泥微生物菌群研究方法进展

活性污泥是活性污泥法处理污水系统的功能主体。人类对活性污泥微生物菌群的认识随着其研究方法的发展而逐步深入。传统培养方法只能检测到活性污泥中1％～15％的微生物。随着一系列基于免培养的分子生物学技术的出现,活性污泥中菌群的复杂性和多样性以惊人的速度被人们认识,大量依靠传统检测方法未能发现却在活性污泥中起关键作用的微生物逐渐被发现。许多模拟活性污泥菌群生存环境条件的现代培养技术开始发展,且已成功培养了一部分传统培养方法不能培养的细菌类群,这为研究基于免培养方法发现的大量新的微生物菌群的生理特性和作用机制提供了可能,也无疑将把人们对活性污泥菌群的认识推向一个新的层次．主要介绍活性污泥微生物菌群研究的一系列方法,从传统培养方法到基于免培养的现代分子生物学技术,再到现代培养技术,着重论述了现代分子生物学技术及其在活性污泥微生物菌群研究中的进展。     

不同养殖场林麝肠道微生物组成和功能的差异

肠道疾病是养殖林麝(Moschus berezovskii)常见疾病。动物肠道微生物伴随宿主进化并与胃肠道构成了复杂的微生态系统。为探究不同饲养环境对圈养林麝肠道微生物组成和功能的影响,本研究对采自国内5个不同养殖场的215份粪便样品进行了16S rRNA基因高通量测序,对比分析不同养殖场林麝肠道微生物组成、多样性和功能的差异。结果显示,厚壁菌门和拟杆菌门是未喂食复合益生菌的祁连县养殖场林麝肠道菌群的绝对优势菌门,而喂食复合益生菌的甘肃两当县和陕西凤县的4家养殖场林麝肠道菌群的绝对优势菌门为厚壁菌门和变形菌门。不同养殖场林麝肠道菌群组成、优势菌门、优势菌属、潜在致病菌、代谢及疾病相关功能均有显著差异。祁连县养殖场林麝肠道微生物的α多样性和疾病相关功能表达量显著低于其他养殖场,并以肠型2为主,其主导菌为厚壁菌门、UCG-005和拟杆菌属;两当县和凤县的4家养殖场林麝肠道菌群潜在致病菌相对丰度较低。本研究推测食物组成差异可能是导致不同养殖场林麝肠道微生物差异的主要因素,复合益生菌的使用可能是导致α多样性和潜在致病菌下降的重要因素。该结果可为林麝的人工养殖和有效管理提供科学依据,也对人工饲养...     

高矿浆浓度下黄铜矿浸出过程中微生物群落结构变化规律

目的：为阐明微生物群落演替及功能与浸出效率之间关系奠定基础,以及如何提高黄铜矿生物浸出效率和铜回收率提供理 论依据。方法：通过连续传代培养进行驯化,使得复合菌群的矿浆浓度耐受能力达到25 %（w/v）。采用该复合菌群在25 %矿浆浓 度下浸出黄铜矿,同时利用变性梯度凝胶电泳和克隆文库技术分析浸出过程中的微生物多样性。最后,采用实时荧光定量PCR 对 浸出过程中微生物群落结构进行定量解析。结果：28天内黄铜矿浸出率能够达到95.1 %,而驯化前的浸出率只有51.5%。该复合 菌群主要由Acidithiobacillus caldus, Sulfobacillus acidophilus,和Fereoplasma theroplasma thermophilum组成,其中Acidithbacillus caldus是浸出前期和后期的优势种群,而Sulfobacillus acidophilus在浸出中期均有竞争优势, Ferroplasma thermophilum在整个浸出过程中占 据整个群落的比例均较低。结论：本研究获得的复合菌群具有较强的浸出黄铜矿能力, Acidithiobacillus caldus和Sulfobacillus acidophilus在浸出过程中起着重要的作用,pH 值和铜浸出率与群落结构相关性较高。     

微生物菌群发酵生产化学品的研究进展

廉价生物质资源的利用是工业生物技术领域研究的热点,复杂的成分和较多的杂质使传统的单菌发酵方式难以应对,成为产业化的关键问题。文中从微生物菌群的工业应用、微生物菌群发酵与纯种发酵的比较、微生物细胞间的相互作用等方面综述了微生物菌群发酵技术的最新研究进展,并对微生物菌群的设计和应用进行了展望。微生物菌群发酵可以充分利用廉价生物质基质、生产多个产品或减少副产物的生成,在生物基化学品和燃料的生产中将是一种有前景的发酵技术。     

黏附侵袭性大肠杆菌在炎症性肠道疾病中的作用

哺乳动物肠道中定植有数以亿计的微生物菌群,这些菌群大多和宿主共生共演化,其中一部分在与其他微生物菌群竞争中,利用自身生存策略,促进自身的增殖复制。近期研究表明,微生物菌群平衡的破坏更有利于条件致病菌发挥作用。以宿主黏附侵袭性大肠杆菌(AIEC)为例,在肠道菌群失衡的情况下,AIEC不仅能够提高肠道炎症的发病率,还能诱发更为严重的炎症性肠炎。我们简要综述了AIEC在炎症性肠道疾病中的作用,并对炎症性肠道疾病的治疗新策略做相关展望。     

生物原料高效转化机制以及调控规律研究进展

非粮原料预处理过程易产生对发酵微生物有毒害作用的副产物,其对微生物生长以及目标产物的生产均产生显著抑制作用。从"生物原料高效转化过程中微生物对抑制物‘应激’机制"、"生物质高效转化过程调控体系构建"以及"多菌群混合培养过程细胞群体协同效应及调控机制"三个方面出发,揭示微生物对生物原料高效转化机制以及调控规律,为理性调控以及构建生物原料高效转化体系提供依据。     

肠道微生物菌群对脑及行为的影响

肠道微生物菌群组成的变化对正常生理的影响及其在疾病中的作用逐渐成为研究热点。肠道微生物菌群通过脑肠轴影响宿主生理学的各个方面,包括脑-肠交流、脑功能甚至行为。对无菌动物、被致病细菌感染的、使用益生菌或用抗生素药物的动物研究表明,肠道微生物菌群可以调节宿主焦虑样症状及行为。研究表明对肠道微生物菌群的调节可能是治疗复杂中枢神经系统失调症的新策略。     

城市生活垃圾堆肥发酵中微生物菌群变化规律的研究

通过对垃圾处理厂静态堆肥不同区域的微生物菌群与数量的分析,表明了城市生活垃圾堆肥发酵中微生物菌群的变化规律,温度与微生物菌群的相关性,指出了高温微生物菌群数量影响堆肥的效率。建议在静态一次堆肥发酵周期中,增加通气量和翻堆频率,有利于增强微生物菌群的活力和提高堆肥质量。     

一种产甲烷优势菌群的筛选方法

目的:用简便易行的产甲烷优势菌群的筛选方法,筛选出能够人工培养的且高效产甲烷的复合微生物.方法:用乙酸钠除氧培养基驯化富含产甲烷菌的厌氧活性污泥,逐渐增加驯化体系中培养基和菌液的比率,使驯化体系中微生物菌群适应人工培养条件.结果:筛选出4个产甲烷优势菌群.筛选出的1号、2号、3号、5号菌群在培养7d后均产甲烷量分别达到46mL、38mL、51mL、38mL,在短时间内4个菌群产甲烷量能持续稳定上升.结论:验证表明建立的方法筛选高效产甲烷菌群简便易行,为沼气工作者提供了一定的参考.     

粪便菌群移植的研究与应用

粪便菌群移植早在半个世纪前就有报道应用于临床治疗,但一直没有受到人们的重视。过去的几年间,粪便菌群移植又在针对Clostridium difficile(艰难梭状芽胞杆菌)感染的治疗中逐渐兴起,并且有非常良好的治疗效果,对Clostridium difficile感染性肠炎的病症完全消失。因此,越来越多的患者开始尝试粪便菌群移植的治疗方法,以代替传统的药物治疗方法。肠道菌群的研究逐渐深入我们意识到,肠道菌群已经不仅仅是人体肠道共生微生物而已,而是可以视为人体一个独立且密不可分的人体器官,承担着免疫系统与代谢系统中重要的生理活动。这些关于肠道菌群的研究对粪便菌群移植有着强有力的推动。许多疾病的发病根源,尤其是与微生物紊乱有直接联系的代谢疾病,都可以从微生物与人体的互作模式中寻找答案。本课题综述了国内外近年来粪便菌群移植在人体疾病研究中的应用研究。     

口腔菌群与肠道健康

人类口腔栖息着细菌、古生菌和病毒等多种微生物,口腔菌群是人体微生物组的重要组成部分。口腔中的条件致病菌,尤其是牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌等,不仅充当着牙周病原体的传统角色,还可以通过各种方式进入肠道。越来越多的研究表明,口腔菌群与肠道菌群主要以协同或合作的方式致病,这些微生物群与人体的生理状态密切相关。本文就口腔菌群与肠道菌群的相互作用及其在炎症性疾病和结肠癌等肠道疾病发病中的作用进行综述。     

兼性厌氧复合菌群H纤维素降解和产乙醇能力及生态组成初探

通过限制性培养条件和连续继代培养,筛选获得了一组具有高效稳定降解纤维素能力的复合菌群H。该菌群在传代30代以上仍能保持各项性状稳定,其工作pH为6～9,3 d可以完全降解置于100 mL PCS缓冲液培养基中的滤纸,发酵液中能够检出1.54 g/L乙醇。通过16S rDNA扩增和DGGE的方法,对菌群在不同阶段的微生物组成进行了研究,确定了琥珀酸嗜热梭菌Clostridium thermo succinogene、产气荚膜梭菌Clostridium straminisolvens和紫色板蓝根梭菌Clostridium isatidis等多种可直接实现纤维素到乙醇转化的菌株。菌群通过菌种之间的协同作用,共同维持了体系的稳定及降解能力的稳定。明确菌系的组成,对于进一步研究菌群降解机理、优化菌群和提高乙醇产率意义重大。     

羊水菌群的研究进展

传统观念认为胎儿在宫内发育的过程是无菌的。随着研究方法的快速发展,针对于微生物的研究方法从传统的培养到现代分子生物学检测的进步,研究者已经认识到胎盘、羊水中具有微生物的存在。目前的研究尚不能明确胎儿宫内胎盘、羊水的菌群来源及菌群转移的具体途径,但已有的研究提示羊水菌群最可能来源为母亲肠道、生殖道以及口腔。本文综述了研究者对羊水菌群认识的转变、羊水菌群的来源以及羊水菌群与早产的相关性。     

神农洁蜣螂两性成虫肠道微生物多样性分析

昆虫肠道微生物多样性对宿主的生长发育以及营养物质的消化和吸收等起着非常重要的作用。本研究利用16S rRNA基因序列构建神农洁蜣螂Catharsius molossus雌性成虫和雄性成虫肠道微生物的克隆文库,旨在探究其菌群的结构并加以对比和分析,采用Illumina NovaSeq高通量测序的方法揭示两种菌群组成方面的相似性和差异性。结果表明：神农洁蜣螂雌性成虫和雄性成虫肠道微生物在结构和组成方面存在着一定的差异。雌性成虫肠道菌群的物种丰富度和物种多样性都高于雄性成虫。雌性成虫、雄性成虫体内肠道菌群共有1 253个ASVs,归属于20个门、35个纲、54个目、134个科、253个属,其中雌性成虫肠道菌群的ASVs有1 024个,而雄性成虫肠道菌群的ASVs有410个,二者优势菌群虽然都为阴道球菌属Vagococcus,但二者所占的比例不同。本研究分析了神农洁蜣螂雌雄成虫肠道微生物多样性及群落在结构和组成方面的差异,为探究神农洁蜣螂雌雄成虫的肠道微生物的潜在功能,以及其肠道菌群的开发应用提供了理论支持。     

人工电活性微生物菌群的设计与应用

包括产电菌群和噬电菌群的人工电活性微生物菌群(synthetic electroactive microbial consortia)通过菌种间的物质能量级联反应介导化学能与(光)电能间的相互转化，其可利用底物来源广泛、双向电子传递速率快、环境稳定性强，在清洁电能开发、废水处理、环境修复、生物固碳固氮以及生物燃料、无机纳米材料、高聚物等高值化学品合成等多个领域具有广泛的应用前景。针对人工电活性微生物菌群设计、构建与应用，本文总结电活性微生物菌群界面电子传递和种间电子传递机制，概括基于“劳力分工”原理设计构建人工电活性微生物菌群物质能量级联反应基本架构，总结菌群关系与菌群生态位优化等人工电活性微生物菌群工程化策略，分类列举人工电活性微生物菌群在利用廉价生物质产电、生物光伏固碳产电，光驱噬电生物菌群固氮等相关应用。最后对人工电活性微生物菌群未来研究方向进行了展望。     

三元(碱-表面活性剂-聚合物)复合驱油藏采出水微生物群落特征

与水驱技术相比,向油藏中注入碱、表面活性剂和聚合物(简称三元复合驱,ASP)能大幅提高石油采收率,但这些驱油剂对油藏中微生物多样性与群落结构的影响尚亟待阐明,这对油田水质管理与腐蚀控制均具有的重要意义. 本研究采用高通量测序技术解析了大庆油田ASP油藏4口油井采出水中的微生物多样性与群落结构. 结果表明: ASP油藏采出水的pH高达9.65. 采出水中微生物Shannon多样性指数为2.00～3.56,采出井间菌群多样性存在差异. 在门、纲、属分类水平上,变形菌门(85.5%～98.3%)、γ-变形菌纲(83.7%～97.8%)、栖碱菌属(51.8%～82.5%)是绝对优势菌群. 共检测到12个属的潜在硫化氢产生菌,以硫磺单胞菌属丰度最高(0.4%～7.4%). 与已发表的水驱油藏研究结果相比,三元复合驱油藏采出水微生物群落组成独特,呈嗜/耐碱趋势,其多样性偏低,群落结构更单一.     

五氯苯酚厌氧生物降解及降解体系中细菌种群结构分析

研究了不同外加碳源作为共代谢基质及氢气作为电子供体条件下PCP的厌氧生物降解特性,并借助末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP)分析了PCP降解菌群的微生物群落结构.结果表明,添加外加碳源及以氢气作为电子供体均对PCP降解有显著促进作用.添加葡萄糖、丙酮酸、酵母膏和氢气时的降解率分别为71%、56%、51%和74%.微生物群落结构分析表明,不同处理条件下PCP降解菌群微生物群落结构不同.PCP降解菌群中可能存在Clostridium.Frankia和Desulfitobacterium等属的微生物.