嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学研究进展

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidan,A.ferrooxidans)广泛存在于酸性矿物废水中,与生物冶金和环境净化紧密相关。不同来源嗜酸氧化亚铁硫杆菌全基因组的测序,为我们利用比较基因组学和功能基因组学的方法去洞察嗜酸氧化亚铁硫杆菌功能基因,提供了坚实的研究基础和丰富的科研信息。简述了嗜酸氧化亚铁硫杆菌基因组学的基本特征;从比较基因组学和功能基因组学发现了嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株基因组水平的差异;通过生物信息学概述了该菌的铁和硫代谢机制,并从细菌的功能基因组学对其在生物冶金与环境治理等应用进行了展望。     

紫外线和60Co辐照诱变选育高效嗜酸氧化亚铁硫杆菌

依次利用紫外线和60Co-γ射线辐照诱变的方法对嗜酸氧化亚铁硫杆菌进行诱变,选育高效嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株.结果表明,紫外诱变可以有效提高嗜酸氧化亚铁硫杆菌的Fe2+氧化速率,最佳紫外线诱变时间为240 s.诱变后菌株的Fe2+氧化速率从0.273 g/L/h提高到了0.312 g/L/h.继续利用60Co-γ射线进行...     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌的高效培养及浸出黄铜矿初探

采用向硫化矿培养基中补加FeSO4的方式以维持Fe2+ 浓度为4～8 g/L,可使嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌浓在培养39 h时达到6.25×108 cells/mL,并在比生长速率几乎不降低的前提下提高了转化率和生产强度.然后对低氧化还原电位下低品位黄铜矿的浸出进行初步研究,结果表明经过30 d浸出,铜的浸出率可达28.5%...     

硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铁代谢基因表达的影响

目的:探讨硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长及铁代谢基因表达的影响.方法:用血细胞计数板和重铬酸钾滴定法研究了不同浓度硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长的影响,采用实时荧光定量PCR技术研究了硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌铁代谢基因表达的影响.结果:硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长有抑制作用,随着培养基中硫酸铁浓度的增加,抑制作用也越来越明显.实时定量PCR结果表明,用0.15 M硫酸铁刺激细菌后,实验中所涉及的铁代谢相关基因表现出相似的表达趋势.刺激10 min后,基因均发生明显的的表达上调,且表现为最大值.刺激时间延长,上调幅度逐渐减小.不同的操纵子基因表现出不同的上调幅度.结论:硫酸铁对嗜酸氧化亚铁硫杆菌的生长有明显的抑制作用,铁代谢相关基因对硫酸铁的刺激有积极的反应.     

氧化亚铁硫杆菌在琼脂平板上的生长及其计数

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)是一类专性嗜酸自养细菌,在细菌浸矿中起着重要的作用,它已被广泛应用于有用金属的浸出,特别是铜和铀。由于该菌处理矿石时浸出效果与其     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌亚硫酸还原酶的α亚基黄素蛋白(cysJ)的表达、纯化及活性测定

亚硫酸还原酶是嗜酸氧化亚铁硫杆菌硫氧化还原系统电子传递链的重要组分之一.本文以嗜酸氧化亚铁硫杆菌ATCC23270基因组为模板,通过基因重组技术在大肠杆菌中表达,用一步亲和层析法纯化出浓度和纯度都较高的亚硫酸还原酶的a亚基黄素蛋白(cysJ).通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、紫外可见分光光度法等方法确定其性质并成功测定了活性,为进一步研究亚硫酸还原酶的功能及其应用提供了条件.     

嗜酸硫杆菌在工农业中的应用

嗜酸硫杆菌(属)(Acidithiobacillus spp.)能够氧化亚铁、硫或还原性无机硫化合物(reduced inorganic sulfur compounds,RISCs)获得能量,固定二氧化碳,是一类典型的嗜酸性化能自养微生物。嗜酸硫杆菌广泛分布于酸性矿水、热泉等酸性环境中,是地球生态系统硫和铁元素循环的主要推动者。嗜酸硫杆菌独特的生理代谢特征和极端环境适应性,使其广泛应用于生物浸出领域。本文综述了嗜酸硫杆菌的生理代谢特征和极端环境下的适应机制,阐述了嗜酸硫杆菌在工农业中的应用,讨论了面向国家重大需求,嗜酸硫杆菌在今后的主要研究方向和需要解决的关键科学问题,为嗜酸硫杆菌在生理代谢、环境适应和工农业应用的研究提供重要的线索和启示。     

正交法优化嗜酸氧化亚铁硫杆菌冷冻干燥保护剂

利用正交实验方法,以甘油、海藻糖、蔗糖和牛血清蛋白为因素,对嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acididfiobacillus ferrooxidans,A．ferrooxidans）冷冻干燥保护剂的最优化配比进行了研究。直观分析、因素指标分析和方差分析的结果表明：由甘油、海藻糖、蔗糖和牛血清蛋白组成的冷冻干燥保护剂中,对存活率影响的主次顺序依次为：甘油〉海藻糖〉牛血清蛋白〉蔗糖。保护剂的最优化组合为甘油5％、海藻糖15％、蔗糖18％、牛血清蛋白10％。经过验证,该组合的保护剂可使冷冻干燥嗜酸氧化亚铁硫杆菌的存活率达到94％。     

金属离子对中等嗜热混合菌活性的影响

通过金属耐受试验,测定了金属离子Mo~(6+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)对中等嗜热混合菌(喜温嗜酸硫杆菌和氧化亚铁微螺菌共培养体系)活性的影响。结果表明,随着金属离子浓度的提高,细菌的活性降低,受试菌对上述3种金属离子的耐受浓度分别为0.6g/L、10 g/L和30 g/L,3种金属离子的毒性顺序为:Mo~(6+)Cu~(2+)Zn~(2+)。喜温嗜酸硫杆菌对金属离子的耐受能力高于氧化亚铁微螺菌。结果说明喜温嗜酸硫杆菌和氧化亚铁微螺菌共培养体系具有较强的金属离子耐受能力,特别是耐受钼的能力很强,适于含钼硫化矿、含钼废料以及含钼污泥等的生物浸出。     

生物淋洗修复钒污染土壤的性能与机理研究

【目的】土壤重金属污染问题日益受到关注,其中钒污染逐渐成为研究热点。淋洗是土壤修复的重要手段,但存在污染大、成本高的缺点。生物淋洗技术因其经济高效且环保的特点能够应用于土壤的修复,但其对钒污染土壤的修复,认识仍非常有限。【方法】本研究采用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌对钒污染土壤进行了生物淋洗试验,通过影响因素试验探究了钒的最佳浸出条件,并应用扫描电子显微镜-能量色散X射线谱分析了钒在淋洗过程中的变化,最后对代谢产物进行了解析。【结果】微生物次生代谢产物能促进土壤中钒的溶出。氧化亚铁硫杆菌对土壤钒的浸出效率较高,生物淋洗20 d后土壤中钒的浸出率达到27.4%,进一步的影响因素试验表明,在固体浓度为3%、接种体积为10%、初始pH值为1.8、初始Fe²⁺的浓度为3.0 g/L的条件下,土壤中钒的浸出效果最佳。SEM-EDS分析证实生物淋洗后土壤中钒含量减少,其中以非残渣态形式存在的钒更容易被浸出。代谢组学分析显示氧化亚铁硫杆菌在浸出过程中产生了大量代谢产物来应对重金属胁迫。【结论】生物淋洗技术能够有效地实现土壤钒污染的修复,本研究为钒污染土壤提供了一种环境友好的修复方式。     

固体平板磁泳分离细菌新方法的研究

氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）能够在胞内形成电子致密的磁性颗粒,它的这种特性使利用氧化亚铁硫杆菌合成生物纳米磁性材料成为了可能。本课题组为了筛选出合成磁性颗粒能力强的菌株,对原有的液体磁泳进行了改进,采用了新的固体平板磁泳方法来筛选纯化目的菌株。经过磁泳分离后,细菌中含磁性颗粒的细胞比例由原始菌群的30％上升到90％,胞内含有的磁颗粒数目也由1~2颗增加至2~5颗,筛选得到的细菌在人工磁场下会进行趋磁运动。实验结果表明,氧化亚铁硫杆菌具有较弱的趋磁性,在人工磁场下会进行趋磁运动,但仅在地磁场作用下不能定向运动,利用固体平板磁泳筛选纯化含有磁性颗粒的氧化亚铁硫杆菌的方法是切实可行的,磁泳分离技术的进一步完善和改进为传统的微生物菌种分离提供了新的途径,为研究纯氧化亚铁硫杆菌菌株胞内磁性颗粒的形成条件及机理提供了前提条件,也为今后从浸矿细菌中分离筛选更多的含有磁性颗粒的菌株打下基础。     

氧化亚铁硫杆菌中磁小体形成相关基因在不同亚铁浓度刺激下的差异表达

氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)的生物控制矿化作用可以使其在胞内形成黑色电子致密颗粒—磁小体。本研究利用生物信息学方法对氧化亚铁硫杆菌标准菌株ATCC 23270的全基因组进行分析, 并通过Real-time PCR技术研究氧化亚铁硫杆菌中与磁小体形成相关的mpsA、magA、thy和mamB四个基因在不同亚铁浓度刺激下的差异表达, 结果发现它们在转录层面的表达量受亚铁浓度的影响, 当亚铁浓度达到150~200 mmol/L范围内达到最高表达,这对进一步深入研究氧化亚铁硫杆菌中磁小体的形成机理有积极的意义。     

Inter- and intraspecific genomic variability of the 16S-23S intergenic spacer regions (ISR) in representatives of Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans

The complete sequences of 32 intergenic spacer regions (ISR) from Acidithiobacillus strains, including 29 field strains isolated from coal, copper, molybdenum mine wastes or sediment of different geoclimatic regions in China, reference strain ATCC19859 and the type strains of the two species were determined. These data, together with other sequences available in the GenBank database, were used to carry out the first detailed assessment of the inter- and intraspecific genomic variability of the ISR sequences and to infer phylogenetic relationships within the genus. The total length of the 16S-23S rRNA intergenic spacer regions of the Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans strains ranged from 451 to 490 bp, and from 434 to 456 bp, respectively. The degree of intrageneric ISR sequence similarity was higher than the degree of intergeneric similarity, and the overall similarity values of the ISRs varied from 60.49% to 84.71% between representatives of different species of the genus Acidithiobacillus. Sequences from the spacer of the A. thiooxidans and A. ferrooxidans strains ranged from 86.71% to 99.56% and 92.36% to 100% similarity, respectively. All Acidithiobacillus strains were separated into three phylogenetic major clusters and seven phylogenetic groups. ISR may be a potential target for the development of in situ hybridization probe aimed at accurately detecting acidithiobacilli in the various acidic environments.     

氧化亚铁硫杆菌亚铁氧化活性与其对低品位铜矿浸矿速率关系的研究

氧化亚铁硫杆菌是一个具有很强生物浸矿能力的细菌,本文对3株分离得到的氧化亚铁硫杆菌及一株来自菌种中心(Acidithiobacillus ferrooxidans A．f)的铁氧化活性及其这些菌株对低品位黄铜矿浸出速率进行了研究。结果显示,在所有的4株A．f菌中,菌株CMS—F1和F10—ATCCC23270的铁氧化活性较高,其对黄铜矿生物浸出速率也高。进一步分析亚铁氧化活性对生物浸矿效率的影响时发现,在A．f菌中,氧化活性高的菌株,其对低品位黄铜矿的生物浸出效果也高。     

Cytochromes c of Acidithiobacillus ferrooxidans

The chemolithoautotrophic Gram-negative bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans is versatile and can grow on a number of electron donors and acceptors. In the A. ferrooxidans ATCC 23270 genome, computer analysis identified 11 genes encoding putative cytochromes c. At least eight putative cytochromes c were differentiated on gels in ATCC 33020 cells grown on ferrous iron or sulfur. All these cytochromes were associated with the inner or the outer membranes. Lower levels of total cytochromes c were observed in sulfur- than in ferrous iron-grown cells. One cytochrome c was specific for sulfur conditions while three were specific for iron conditions, suggesting that cytochrome c synthesis is modulated depending on the electron donor.     

Genomic and phenotypic heterogeneity of Acidithiobacillus spp. strains isolated from diverse habitats in China

The genetic variability among 32 Chinese Acidithiobacillus spp. environmental isolates and four reference strains representing three recognized species of the genus Acidithiobacillus was characterized by using a combination of molecular methods, namely restriction fragment length polymorphisms of PCR-amplified 16S rRNA genes and 16S-23S rRNA gene intergenic spacers, repetitive element PCR, arbitrarily primed PCR and 16S rRNA gene sequence analyses. 16S rRNA gene sequences revealed that all Acidithiobacillus spp. strains could be assigned to seven groups, three of which encompassed the Acidithiobacillus ferrooxidans strains from various parts of the world. A comparative analysis of the phylogenetic Group 1 and 2 was undertaken. Restriction fragment length polymorphism results allowed us to separate the 35 Acidithiobacillus strains into 15 different genotypes. An integrated phenotypic and genotypic analysis indicated that the distribution of A. ferrooxidans strains among the physiological groups were in agreement with their distribution among the genomic groups, and that no clear correlation was found between the genetic polymorphism of the Acidithiobacillus spp. strains and either the geographic location or type of habitats from which the strains were isolated. In addition, five unidentified sulfur-oxidizing isolates may represent one or two novel species of the genus Acidithiobacillus. The results showed that the Chinese Acidithiobacillus spp. isolates exhibited a high degree of genomic and phenotypic heterogeneity.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌doxDA操纵元的鉴定与分析

本文利用RT-PCR方法从转录水平上分别对A.ferrooxidans ATCC 23270基因组中可能编码硫酸盐-硫代硫酸盐结合蛋白基因sbp、膜结合硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶基因doxDA以及类硫氰酸酶基因p21等开放阅读框所在的基因座之间的联系进行了鉴定和分析,结果表明它们分别从属于预测的doxDA-1操纵元和doxDA-2操纵元.在此基础上,本文对doxDA操纵元的可能启动子序列也进行了预测和分析.     

嗜酸异养菌对自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans金属离子抗性和生物浸出的影响

【目的】了解嗜酸异养菌在诸如酸性矿坑水(AMD)和生物浸出体系等极端酸性环境中对浸矿微生物产生的影响。【方法】研究由嗜酸异养菌Acidiphilium acidophilum和自养菌Acidithiobacillus ferrooxidans经长期驯化后形成的共培养体系分别在Cd2+、Cu2+、Ni2+和Mg2+胁迫下的稳定性;并将此共培养体系应用于黄铁矿和低品位黄铜矿的生物浸出实验。【结果】在上述4种金属离子分别存在的条件下,异养菌Aph.acidophilum均能促进At.ferrooxidans对亚铁的氧化,提高其对能源利用的效率。共培养体系中的异养菌Aph.acidophilum使At.ferrooxidans对Cu2+的最大耐受浓度(MTC)由2.0 g/L提高到5.0 g/L,而且共培养的细胞数量与2.0 g/L Cu2+条件下生长的At.ferrooxidans纯培养相似。另外,共培养中的At.ferrooxidans对Mg2+的MTC也由12.0 g/L提高到17.0 g/L。生物浸出实验中嗜酸异养菌Aph.acidophilum促进了At.ferrooxidans对黄铁矿样品的浸出,浸出率较其纯培养提高了22.7%;但在含铁量较低的低品位黄铜矿浸出体系中共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均低于33%。在加入2.0 g/L Fe2+的低品位黄铜矿浸出体系中,共培养和At.ferrooxidans纯培养的浸出率均得到提高,分别达到52.22%和41.27%。【结论】以上结果表明,Aph.acidophilum与At.ferrooxidans共培养在一定的环境胁迫下仍能保持其稳定性并完成各自的生态功能,并且嗜酸异养菌Aph.acidophilum适合在含铁量较高的浸出体系中与铁氧化细菌共同作用来提高生物浸出的效率。     

Adaptive responses of chemolithoautotrophic acidophilic Acidithiobacillus ferrooxidans to sewage sludge

AIM: The aim of the present study was to investigate the phenotypic and genotypic variability of two strains of Acidithiobacillus ferrooxidans genus during growth in sewage sludge. METHODS AND RESULTS: Compared with A. ferrooxidans cells grown in mineral medium, those grown in sewage sludge demonstrated remarkable changes in ultrastructure (transmission electron microscopy) and significantly elongated lag phases. These latter cells also lacked carboxysomes and rusticyanin, showed lower level of cytochromes and exhibited modifications to their outer membrane proteins (SDS-PAGE). Restriction fragment length polymorphism analysis using pulsed-field gel electrophoresis showed that most restriction fragments were highly conserved and shared by strains grown under different conditions. However, in relation to cells grown in mineral medium, sludge-grown A. ferrooxidans lacked a number of restriction fragments, clearly indicating structural changes to the chromosomal DNA of the organism. CONCLUSIONS: In combination, the results of this study provide evidence of adaptive responses by chemolithoautotrophic acidophilic A. ferrooxidans to facilitate growth in sewage sludge. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The obtained results are important from scientific as well as industrial application point of view, because they confirmed that A. ferrooxidans highly sensitive to organic compounds bacteria is useful in biotechnologies of heavy metal removal from shale ore, polluted soils and sewage sludge containing organic hazardous compounds.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长动力学

在确定二价铁离子为A.f生长过程中惟一限制性底物条件下,通过考察初始亚铁离子浓度、初始pH值两种影响亚铁离子氧化代谢的主要因素来研究细菌的生长特性,得到以限制性底物亚铁离子浓度为表征的细菌生长曲线。利用基于Monod方程建立的细菌生长动力学方程模型,采用Matlab软件中的Gauss-Newton算法确定了在不同条件下细菌生长动力学参数,包括最大比生长速率μm、Monod常数K及Ro,推导出了不同条件下A.f对数期以底物Fe(Ⅱ)浓度为表征的生长动力学方程。