嗜酸氧化亚铁硫杆菌硫氰酸酶的表达、纯化及其性质鉴定

目的:嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)硫氰酸酶是硫代谢中极其重要的酶,其作用主要包括氰化物的解毒,铁-硫蛋白的合成,以及硫胺、硫尿苷或烟碱乙酸胆碱的生物合成,硫氰酸酶的研究对揭示生物冶金机理具有重要的推动作用.方法:以A.ferrooxidans ATCC23270基因组为模板设计引物,通过PCR扩增得到编码硫氰酸酶的基因,目的基因片段与原核表达载体PLM1构建重组体,然后转入大肠杆菌(Eschcrichia coli,E.coli)DH5a感受态中,基因测序正确后,重组质粒再转入E.coli BL21感受态中,加IPTG诱导蛋白表达,用一步亲和层析法纯化出浓度和纯度都较高的硫氰酸酶.结果:SDS-PAGE分析证实蛋白分子量为21kD,紫外可见光分析,确定硫氰酸酶中含有铁硫簇,酶活测定发现重组硫氰酸酶在体外不具有酶活性,可能与酶反应条件及信号肽的切断有关.结论:体外成功克隆.表达,纯化出重组体硫氰酸酶,其基本性质也得到阐述.     

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。     

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％。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌亚铁氧化酶基因分子多态性研究

嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans, A.f）属于化能自养、革兰氏阴性细菌,好氧嗜酸,以氧化亚铁离子或还原态硫化物（S0&S2-）获得能量生长。在其Fe2+氧化系统中,亚铁氧化酶起重要作用。对不同硫化矿区分离得到的5株A.f进行生长动力学和对亚铁氧化活性的对比研究,结果显示不同菌株之间存在表型差异。提取A.f菌株的基因组DNA,设计引物,对亚铁氧化酶基因进行PCR扩增,同时对扩增产物直接进行测序,并同GenBank的参考序列进行比对分析,发现序列相似性在99%～97%之间,分析编码区域发现在第187～195位可能存在一个高变异区：在第187～189位,菌株YTW编码的氨基酸Thr→Pro;而在第193～195位,菌株TK是Met→Asn; 菌株BY则是Met→Ile。另外在位点第219位,所有菌株都是T→C,但编码的氨基酸未发生变化,属于同义密码子。对于编码区上游序列,比对后没有差异;而对于编码区下游序列,经比对发现存在一些差异位点。     

抗Cu2+嗜酸氧化亚铁硫杆菌的驯化及诱变育种

从我国三大铜矿的酸性矿坑水中富集分离出9个具有较强活性的嗜酸氧化亚铁硫杆菌菌株,经过Cu~(2 )的系列浓度梯度的培养,选出其中天然抗铜能力最强的菌株26~#,在Cu~(2 )浓度为0．20mol/L的9K培养基中能在72h内完全氧化培养基中的Fe~(2 ),在含0．22mol/L Cu2~(2 )的9K培养基中能在192h内完全氧化培养基中的Fe~(2 )。以CuSO_4·5H_2O为单变量驯化介质驯化该26~#抗铜菌株,26~#驯化菌株的Fe~(2 )氧化能力明显增强:在含0．25mol/LCu~(2 )的9K培养基中能在84h内完全氧化其中的Fe~(2 )。为了提高驯化菌的稳定性,将驯化后的26~#菌株用紫外线进行诱变。研究结果表明:驯化诱变对菌种的改良有重要的作用,诱变后菌株的生长性能稳定,氧化活性进一步提高,26~#驯化诱变菌在0．25mol/LCu~(2 )存在的条件下完全氧化9K培养基中Fe~(2 )的时间约为60h,对Fe~(2 )氧化能力明显强于驯化菌及野生菌。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长动力学方程的应用

基于Monod模型推导出了A．f的生长动力学方程模型,采用Gauss-Newton算法确定了在不同初始条件下细菌生长的动力学参数,即最大比生长速率‰、Monod常数K及R0。通过在不同初始条件下细菌生长特性的研究,得到了相应初始生长条件下以限制性底物亚铁离子浓度为表征的生长动力学方程,理论上揭示了动力学参数变化对细菌生长的影响规律,其中生长动力学方程的数值模拟与实验数据相吻合。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌启动子探针载体的构建

目的：为了研究嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）启动子结构与功能。方法：以pSV-β-galactosidase质粒为骨架,通过定点突变的方法引入一个新的BstBⅠ单酶切位点,构建能在大肠杆菌（Escherichia coli）中正常复制的启动子探针载体。利用PCR的方法将A.ferrooxidans菌cycA2基因上游5＇段上游DNA片段克隆到探针载体β-半乳糖苷酶基因上游以替代其原有启动子（gpt启动子）,并将重组的质粒转化E.coliDH5α菌株。通过检测宿主细胞的β-半乳糖苷酶活性,来鉴定启动子片段,并分析了启动子探针质粒载体的功能及启动子的强度。结果：pSV-β-galactosidase质粒被正确突变,成功构建了启动子探针载体pSVB。来源于A. ferrooxidans菌的启动子片段可驱动β-半乳糖苷酶基因在E.coli细胞中表达,转化子酶活性约为gpt 启动子驱动下活性的70 %。结论：启动子探针载体（pSVB）可用于A. ferrooxidans菌或者其它原核生物启动子的分离及进一步的分析研究。酶活性分析结果表明,来源于A. ferrooxidans菌cycA2基因上游5＇段上游DNA片段具有显著启动子活性。     

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.     

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%...     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌APS还原酶的表达、纯化及其性质鉴定

嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)中APS还原酶是硫同化途径的一个关键酶,其对硫酸盐的还原及硫化物的氧化具有重要调节作用.本文以A.ferrooxidans ATCC23270基因组为模板.通过PCR扩增得到编码APS还原酶的cysH基因,与原核表达载体pLM l构建重组体,转化入大肠杆茵(Escherichia coli,E.coli)DH5a中,测序正确后,加IPTG诱导表达,用一步亲和层析法纯化出浓度和纯度都较高的APS还原酶.由蛋白颜色和紫外分析,确定其含有一个[Fe4S4]簇作为活性中心.表达产物进行SDS-PAGE分析,证实分子量为28 kD.酶活测定表明其具有将APS还原为亚硫酸盐跟AMP的功能.     

Sulfur Species Investigation in Extra- and Intracellular Sulfur Globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus

The sulfur chemical speciation in extracellular and intracellular sulfur globules of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus caldus were investigated with an integrated approach including scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectroscopy and sulfur K-edge X-ray absorption near edge structure spectroscopy (XANES). The results indicated that both strains can accumulate extracellular sulfur globules when grown on thiosulfate, and the major sulfur chemical speciation of which were S₈ for A. ferrooxidans and mixture of ring sulfur and polythionate for A. caldus, respectively. In contrast, A. ferrooxidans can accumulate both linear sulfur and S₈ internally when grown with sulfur powder and thiosulfate, whereas A. caldus did not accumulate intracellular sulfur globules. In addition, the fitted results of sulfur K-edge XANES spectra indicated that the reduced glutathione (containing thiols groups) were involved in sulfur bio-oxidation of both strains and the tetrathionate were the intermediate products during thiosulfate metabolism by two strains.     

固定化Acidithiobacillus ferrooxidans对Fe2+氧化及其生物反应器研究进展

Acidithiobacillus ferrooxidans 对Fe2+的生物氧化是一个非常重要的反应过程, 在生物浸矿、H2S等废气的脱硫、含重金属污泥和酸性矿坑废水的处理等领域有着重要的应用。近些年来,大量的研究主要集中A. ferrooxidans及其反应过程等方面,然而,A. ferrooxidans对Fe2+的催化氧化速率缓慢和稳定性欠佳等问题仍然限制了其商业应用。因此,对A. ferrooxidans的固定化及其生物反应器研究是该技术进一步发展的关键。本文评述了A. ferrooxidans最新应用、存在的问题和解决办法,重点比较了目前文献中报道的各种A. ferrooxidans固定材料、方法,并对目前采用的各种固定化A. ferrooxidans生物反应系统的效率和结构等方面进行了讨论和分析。     

Kinetic studies on elemental sulfur oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans: sulfur limitation and activity of free and adsorbed bacteria

The kinetics of sulfur oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans in shaking flasks and a 10-L reactor was studied. The observed linearity of growth and sulfur oxidation was explained by sulfur limitation. Total cell yield was not significantly different for exponential growth as compared to growth during the sulfur-limiting phase. Kinetic studies of sulfur oxidation by growing and nongrowing bacteria indicated that both free and adsorbed bacteria oxidize sulfur. Changes in the number of free bacteria rather than cells adsorbed on sulfur were better predictors of the kinetics of sulfur oxidation, indicating that the free bacteria were performing sulfur oxidation. The active growth phase always followed adsorption of bacteria on sulfur; however, the special metabolic role of adsorbed bacteria was unclear. Their activity in sulfur solubilization was considered.     

The IscA from Acidithiobacillus ferrooxidans is an iron-sulfur protein which assemble the [Fe4S4] cluster with intracellular iron and sulfur

IscA was proposed to be involved in the iron-sulfur cluster assembly in Acidithiobacillus ferrooxidans encoded by the iscSUA operon, but the role of IscA in the iron-sulfur cluster assembly still remains controversial. In this study, the IscA from A. ferrooxidans ATCC 23270 was successfully expressed in Escherichia coli, and purified by affinity chromatography to homogeneity. To our surprise, the purified IscA was observed to be an iron-sulfur protein according to MALDI-TOF-MS and spectra results, which was capable of recruiting intracellular iron and sulfur and hosted a stable [Fe4S4] cluster. Site-directed mutagenesis for the protein revealed that Cys35, Cys99 and Cys101 were in ligating with the [Fe4S4] cluster. The [Fe4S4] cluster could be assembled in apoIscA with Fe2+ and sulfide in vitro. The IscA from A. ferrooxidans may function as a scaffold protein for the pre-assembly of Fe-S cluster and then transfer it to target proteins in A. ferrooxidans.     

铜蓝精矿的生物浸出

采用两种嗜酸硫杆菌(嗜酸氧化亚铁硫杆菌和喜温硫杆菌)对铜蓝进行生物浸出,实验在有或没有4 g/L硫酸亚铁pH 2．0、150转/分、35℃的三角瓶中进行。实验结果表明:用两种菌混合浸出的铜几乎等于嗜酸氧化亚铁硫杆菌单独浸出的铜;另外,亚铁的加入能提高铜的浸出。     

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。     

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.     

与硫氧化相关的嗜酸硫氧化亚铁硫杆菌doxDA操纵元的分析

用传统的选冶工艺很难对低品位及伴生硫化矿进行有效的提取,而硫化矿生物浸出技术特别适用于处理这类矿物资源;相对于传统选冶工艺,它具有流程短、能耗小、成本低、污染少等优点,具有广阔的工业应用前景.     

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.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌ATP硫酸化酶的表达、纯化及性质鉴定

ATP硫酸化酶是一种催化ATP和SO42-反应生成腺嘌呤-5’-磷酸硫酸(APS)和焦磷酸盐(PPi)的酶,它是硫酸根同化反应第一步的关键酶。以嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidansATCC 23270)基因组为模板,用PCR扩增得到ATPS基因,并克隆到表达载体pLM1上。加入IPTG的诱导表达,用AKTA蛋白纯化仪的镍柱亲和层析纯化得到浓度和纯度都较高的ATPS蛋白。SDS-PAGE分析,证实其分子量大小为33 kD,并成功的测出了其活性,比活达3.0×103U/mg。