嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究进展

嗜酸性硫杆菌(Acidithiobacillus spp.)是一类重要的极端环境微生物与工业微生物。该类细菌通过氧化硫或亚铁获得电子以固定二氧化碳进行自养生长,是驱动矿山环境酸化和重金属溶出的关键菌群,也是生物冶金等微生物浸出技术中的核心菌群。群体感应(quorum sensing, QS)系统是细菌种内及种间信息交流的重要方式,广泛分布于嗜酸性硫杆菌等化能自养微生物中,比如类似于LuxI/R的AfeI/R系统。系统介绍近年来嗜酸性硫杆菌菌体感应系统研究成果,尤其是在AfeI/R种群分布、生物学功能、调节机制及其应用研究中的新发现与新理论。讨论今后嗜酸性硫杆菌群体感应系统研究的主要方向及需要解决的关键科学问题,以促进极端微生物群体感应系统理论研究的开展与产业应用技术的开发。     

极端嗜酸性专性化能自养硫细菌有机质代谢的研究进展

极端嗜酸性专性化能自养硫细菌具有独特的生理特性, 在农业、细菌冶金、含硫废水处理以及环境保护等方面发挥着重要作用, 但这类细菌在其特殊能源缺乏时不能代谢有机质, 生长缓慢, 代时长, 细胞得率低, 限制了它在实际生产中的应用效率。对其进行遗传改造, 构建能够利用有机质快速生长的基因工程菌, 将为这类细菌的工业化应用提供一条可行的途径。主要对极端嗜酸性专性化能自养硫细菌有机质代谢的研究进展进行了综述, 其中包括有机化合物的抑制作用、有机化合物的有限利用、中心代谢途径及物质的转运等, 还包括专性化能自养硫细菌有机质代谢遗传改造研究的最新进展。     

极端嗜酸硫杆菌高密度培养的研究进展

极端嗜酸硫杆菌属微生物在生物冶金、生物脱硫以及固体废弃物的处置中扮演重要作用,但该类微生物在培养过程中细胞浓度很低,限制了该类微生物的广泛应用。高密度培养是提高微生物生产效率的有效手段。高密度培养技术在嗜酸微生物中的应用能够显著减少微生物培养的生成成本,缩短生产周期,极端嗜酸硫杆菌微生物菌剂的输出速率。本文从菌种选育、培养条件、培养方式综述了极端嗜酸硫杆菌高密度培养的研究现状。     

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。     

嗜酸硫氧化细菌消解元素硫的研究进展

浸矿酸性环境下,金属硫化矿在Fe3+作用下,经过硫代硫酸盐途径或多聚硫化氢途径而分解的过程中导致大量元素硫的累积,进而可能在金属硫化矿表面形成疏水元素硫层,阻碍金属离子的进一步浸出。酸性环境下,惰性元素硫的消解必须借助嗜酸硫氧化细菌来实现。该消解过程包括嗜酸硫氧化细菌对元素硫的吸附、转运以及氧化转化等过程。本文对近年来嗜酸硫氧化细菌消解元素硫过程的相关研究进行了全面评述,认为有关嗜酸硫氧化细菌消解元素硫的分子机制的清晰阐述还有待人们通过对消解过程的各个环节的分子机制进行大量研究来实现。     

微生物硫循环网络的研究进展

硫元素是所有生物的基本组成成分,是生物体必需的营养元素之一。硫氧化还原微生物的数量多、分布广、代谢途径多样化,硫化合物之间的平衡依赖于微生物代谢网络中的各种硫转化反应与代谢过程。此外,硫循环与碳、氮循环紧密相关,对地球生态循环起到了至关重要的作用。本文综述了近期微生物硫循环网络的研究进展,包括所涉及的主要微生物、硫循环的生物化学途径、硫循环的环境意义和工业应用潜能等,深入了解自然和人工生态系统中存在的硫循环过程,可为控制工农业生产中硫元素的增减与利用提供理论基础与应用方案。     

嗜酸菌及其应用

自然界大多数环境的pH值为5～9,它适合多数微生物生长。嗜酸菌是一种能在低pH条件下生长和繁殖的极端环境微生物［‘－’］,通常在pHZ～5生长很好,pHS．5以上生长不好。有些嗜酸菌在中性pH条件下根本不生长,如氧化硫硫杆菌（Thiobacillusthiootidans）,酸热硫化叶菌（deghlobusacidocaldarius）,酸热芽抱杆菌O沏ciousacidoca儿brius）等,最佳生长pH是2．0～3．0,这些都是专性嗜酸菌。一些真菌也能在pHS．0或更低条件下生长,实际上是耐酸菌。l嗜酸菌生态分布及其对环境适应机制嗜酸菌生长在酸性环境,这主要与硫或硫化物的存在…     

喜温嗜酸硫杆菌SM-1的ROS防护机制

【目的】从基因组水平探讨生物冶金微生物——喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)的活性氧类物质(Reactive oxygen species,ROS)防护机制。【方法】采用罗氏454 GS FLX测序平台对喜温嗜酸硫杆菌SM-1进行全基因组测序,利用NCBI非冗余蛋白数据库、Uniport蛋白数据库对全基因组序列进行功能注释,并采用基因组百科全书数据库(KEGG)进行基因组代谢途径重构,通过比较基因组学方法分析SM-1基因组中参与ROS防护相关的基因及可能的分子机制。【结果】SM-1细胞内的酶促抗氧化系统可用于清除细胞内产生的ROS物质,而非酶促抗氧化系统可用于维持细胞内的还原性内环境;细胞内的DNA损伤修复系统可用于修复DNA的氧化损伤从而保持个体遗传物质的稳定性。此外,SM-1基因组中大量的转座元件可能会增加基因组的可塑性以适应极端冶金环境。【结论】SM-1基因组序列的获得为从整体水平揭示喜温嗜酸硫杆菌适应生物冶金环境ROS氧化损伤的防护机制提供了帮助,对于SM-1的ROS防护机制的认知也为进一步通过遗传改造、提升其在高浓度重金属离子冶金环境中的抗性、提高冶金效率提供了理论指导。     

嗜酸菌研究进展

极端环境微生物是当今生命科学领域的研究热点。嗜酸菌是极端环境微生物的重要类群,在人们生活生产中发挥着巨大的作用。介绍了嗜酸菌的主要类群及特征,阐述了它们在自然界的主要行为、适应酸和重金属的生理机制以及分子遗传学研究进展,最后介绍了嗜酸菌在实际生产中的主要应用。     

嗜酸产甲烷菌及其在厌氧处理中的应用

产甲烷菌在自然界碳素循环过程中发挥着重要作用.酸性泥炭沼泽环境中存在着多种未知的产甲烷古菌,其中嗜酸产甲烷菌因其特殊的生长代谢特征近年来引起学者的广泛关注.若将嗜酸产甲烷菌应用于高浓度有机废物或废水的厌氧消化过程中,可从本质上克服因酸积累造成的产甲烷抑制,减少运行成本,扩展厌氧消化处理技术的应用范围.本文综述了嗜酸产甲烷菌的富集分离培养方法、生理生化特性、代谢特征及相关分子生物学研究等内容,并对其在厌氧处理中的应用前景进行了分析和展望,提出了未来研究的方向.     

嗜酸硫杆菌属物种的比较基因组学分析

[目的]对喜温嗜酸硫杆菌和氧化亚铁嗜酸硫杆菌菌株的基因组数据进行比较分析和数据挖掘。[方法]采用Blast程序、MUMmer软件以及Artemis比对软件对4株嗜酸硫杆菌的基因组序列和蛋白质组序列进行同源比对分析以及可视化呈现,并通过RT-PCR对缺失基因进行验证。[结果]与喜温嗜酸硫杆菌相比,氧化亚铁嗜酸硫杆菌不含有鞭毛编码基因,并且含有较少的转座元件(26和41个);喜温嗜酸硫杆菌主要采用SOX系统(clusterⅠ和clusterⅡ)进行无机硫化合物的氧化;除硝酸盐还原外,氧化亚铁嗜酸硫杆菌还可以通过固氮酶(AFE1522-1515和Lferr_1240-1233)固定氮气获得氮源。此外,插入序列造成硫氧化还原酶基因的缺失以及7个功能基因失活等现象表明冶金微生物基因组存在不稳定性。[结论]比较基因组学为更好地挖掘嗜酸硫杆菌属物种的基因组数据信息、揭示其基因组结构特征以及冶金性状等差异提供了重要支持。     

好客嗜酸两面菌W1寡营养酸性热泉环境的适应机制

【目的】从基因组水平揭示好客嗜酸两面菌(Acidianus hospitalis)W1对寡营养酸性热泉环境的适应机制。【方法】使用NCBI非冗余蛋白数据库、Uniport蛋白数据库以及Sulfolobus数据库对好客嗜酸两面菌W1基因组序列进行功能注释,使用KEGG数据库对基因组进行In slico代谢途径重构,在此基础之上,采用比较基因组学方法对代谢途径进行鉴定和完善。【结果】好客嗜酸两面菌W1具备多样化的代谢方式以适应寡营养酸性热泉环境。W1菌株通过3-羟基丙酸/4-羟基丁酸和乙二酸-4-羟基丁酸循环进行CO2固定、通过氧化还原型无机硫化物(Reduced inorganic sulfur compounds,RISCs)获取能量营自养型生长。但W1菌株与模式菌株Acidianus ambivalens的硫代谢方式不同,W1基因组中缺少编码亚硫酸-受体氧化还原酶(SAOR)、腺苷硫酸(APS)还原酶、硫酸腺苷酰转移酶(SAT)和腺苷硫酸:磷酸腺苷转移酶(APAT)的基因。此外,W1菌株可以通过非磷酸化的分支的ED途径和TCA循环进行葡萄糖代谢,糖类和氨基酸转运蛋白以及相应水解酶的存在表明W1能够利用部分有机物营兼性自养型生长。与A.ambivalens不同,W1菌株不能利用H2作为电子供体。【结论】多样化的代谢方式为好客嗜酸两面菌W1更好地适应寡营养酸性热泉环境提供了重要保障,对于W1菌株特有代谢方式的揭示也丰富了对于嗜酸两面菌(Acidianus)属物种代谢多样性的认知。     

极端嗜酸微生物

一般认为,极端嗜酸微生物指那些生长ｐＨ上限为３．０最适生长ｐＨ在１．０～２．５之间的微生物。它们一般分布于金属硫矿床酸性矿水、生物滤沥堆、煤矿床酸性矿水以及合硫温泉和土壤中,包括原核和真核两大类。其中原核嗜酸微生物依生长的温度范围不同又可划分成常温型、中温型和高温型３个类群。由于嗜酸微生物在低品位矿生物滤沥及煤的脱硫等方面有重要应用前景,因此受到广泛重视。１极端嗜酸微生物的多样性及主要类群在极端酸性环境中的真核生命几乎完全限于微生物。在黄石公园的温泉水体中已分离到光合作用的藻类。从其它一些地方金…     

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.     

云南省蒙自酸性矿山排水微生物群落结构和功能

为探究酸性矿山排水生态系统不同环境中的微生物群落和功能,全面了解酸性矿山排水的形成和发展规律,采用高通量测序技术研究云南省蒙自某矿区酸矿水坑和周边溪水中的原核微生物群落组成,并结合样本理化特征分析影响群落结构的主要因素,进而解析菌群的环境功能。研究发现酸矿水坑中主要有广古菌门、变形菌门(包括α、γ和δ变形菌纲)、硝化螺菌门、厚壁菌门、放线菌门和酸杆菌门等类群,与周边溪水的群落结构具有明显差异。群落多样性与pH呈显著正相关,而热原体纲(Thermoplasmata)与pH呈负相关,可对群落结构起主导作用。酸矿水坑不同样本中均具有高丰度的亚铁原体属Ferroplasma (6.60%–86.34%),酸硫杆菌属Acidithiobacillus是酸矿水和沉积泥中主要的铁、硫氧化细菌,而专性铁氧化的钩端螺旋菌属Leptospirillum的丰度较低,铁卵形菌属Ferrovum几乎只存在于酸矿水中;此外,嗜酸或耐酸的异养菌广泛分布于酸矿水和沉积泥中,它们可促进铁、硫氧化菌的生长及催化矿石溶解。结果表明,pH通过影响微生物多样性和菌群分布而对酸性矿山排水环境微生物群落结构造成重大影响。     

酸微菌纲(Acidimicrobiia)的研究概况

酸微菌是酸微菌纲(Acidimicrobiia)下所有菌的统称,广泛存在于酸性矿废水和海洋、湖泊、土壤、沙漠等环境,因其难培养、特殊的生理特性而受到特别的关注。酸微菌在酸性、中性和弱碱性环境中均有分布,一部分种属嗜酸、中度嗜热、可进行Fe2+氧化和Fe3+还原反应,具有矿石氧化和合成新型活性物质的能力,在生物浸矿与化学合成有潜在的应用价值;一部分种属存在于中性或弱碱性的土壤、沙漠和水体中,是该类环境中放线菌的优势种类。本文概述了酸微菌纲的建立和发展、酸微菌的系统发育、生物多样性与地理分布、主要生理特性、代谢途径、基因组研究等情况,并对酸微菌的应用前景和未来研究方向进行展望。     

嗜酸热硫球菌的一些古细菌特征

本文报道了一株专性化能无机自养菌——嗜酸热硫球菌(Sulfosphaerellus thermoacido-philum)S-5菌株的某些生理生化和代谢特性。通过电子显微镜技术及其它分析方法研究发现,s一层代表了该菌细悃外被的唯一组成,并由规则排列的六边形亚单位构成,亚单位之间的中心距离为1;．3 nm。s一层的初步电泳染色分析表明,它主要由蛋白质组成,但不含糖蛋白。液相色谱分析查明,细胞外被中不含胞壁酸成份,即没有囊状的肽聚糖层。细胞脂类的红外光谱分析显示出醚键组份而不含酯键。在无细胞提取液中,没有河出卡尔文循环的关键酶——l,5一二磷酸核酮糖羧化酶。可见嗜酸热硫球菌固定coz的途径是不同于其它的硫氧化自养真细菌如氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans K)的。这些试验结果充分体现了嗜酸热硫球菌的古细菌特征。     

极端嗜热微生物及其高温适应机制的研究进展

极端嗜热微生物在高温条件下生长繁殖,其必然具有适应高温环境的特殊细胞结构、基因类型以及生理生化机制。极端嗜热微生物的研究对探索生命的起源以及极端嗜热微生物的开发和应用具有重要意义。对极端嗜热微生物中细胞膜、核酸分子、蛋白质分子、代谢产物和辅酶的高温适应机制的研究进展进行了概述,旨为极端嗜热微生物以及来源于极端嗜热微生物的各种生物分子的开发和应用提供理论依据。     

万座嗜酸两面菌硫代谢相关膜蛋白基因的筛选

活性巯基在浸矿微生物硫代谢的过程中起着重要的作用,半胱氨酸残基作为蛋白质中活性巯基的提供者,为筛选硫代谢相关蛋白质基因提供了依据。本研究以极端嗜酸热古菌万座嗜酸两面菌Acidianus manzaensis为研究对象,基于其全基因组注释信息,筛选出编码富半胱氨酸残基的潜在硫代谢相关膜蛋白基因,并通过RT-qPCR实验对筛选出来的基因进行表达水平验证,同时利用生物信息学方法对其进一步分析。研究表明,与在亚铁中生长的细胞相比,单质硫培养下的细菌中与能量代谢相关的β-葡糖苷酶,与电子传递相关的ATP合成酶、NADH-辅酶Q氧化还原酶基因均表达上调,说明硫代谢途径可能与能量代谢和电子传递有着重要的联系。此外,还有三个假定蛋白基因表达上调,这三个假定膜蛋白中,ARM75161.1、ARM75436.1中的半胱氨酸都位于保守区域,且均有一个半胱氨酸残基暴露于膜外,而ARM75580.1中的半光氨酸不位于保守区域。其中ARM75436.1具有CXXXC结构域,且该结构域中半胱氨酸残基处于同一个β-折叠中。这些假定蛋白可能参与A. manzaensis中硫代谢途径。     

嗜酸性硫杆菌抗铜机制研究进展

嗜酸性硫杆菌是一类重要的浸矿微生物,其抗铜机制研究备受人们关注.本文在分析相关文献的基础上,从嗜酸性硫杆菌对铜的耐受能力、细胞质中铜的外排、细胞周质中铜浓度的控制、无机多聚磷酸盐参与铜的解毒、新发现的基因组岛和氧化压力应激反应等方面对当前的研究进展进行综述,并对未来相关研究方向做出展望,旨在为嗜酸性硫杆菌抗铜机制的深入研究提供参考.