极端嗜酸硫杆菌高效筛选、高密度发酵及保藏方法的研究

【目的】针对嗜酸硫杆菌极端特殊的生化特性,分别建立双层平板培养高效筛选方法和补料分批高密度发酵策略,并优选最佳保藏方法,以强化对该类菌种资源的利用和储备效率。【方法】分别采用以异养型微生物Sacchromyces ellipsoideu和Rhodotorula sp.为底层培养物的双层平板培养嗜酸硫杆菌,并结合透射电子显微镜技术(TEM)考察细胞形态差异。结合硫化矿培养基设计及单质硫补料培养策略,延长Acidithiobacillus thiooxidans对数期,提高比生长速率。分析不同保藏方法对嗜酸硫杆菌细胞存活率的影响。【结果】采用异养微生物——Rhodotorula sp.作为底层培养物的双层平板培养法在缩减1/3检出周期的同时将Acidithiobacillus ferrooxidans和Acidithiobacillus thiooxidans的检出率提高了3倍左右。TEM结果表明双层培养中细胞形态更为规则。采用基于Starkey-硫化矿培养基的补料分批发酵策略提高了Acidithiobacillus thiooxidans平均比生长速率,硫对生物量转化率和生产强度分别比分批培养提高31.1%和187.9%。4°C低温保藏方式更适于嗜酸硫杆菌的保藏,有效保藏期1–3月。【结论】Rhodotorula sp.为辅助培养物的双层平板培养法可有效提高嗜酸硫杆菌的筛选效率。设计的Starkey-硫化矿培养基结合补料分批培养策略可实现Acidithiobacillus thiooxidans高密度培养。简单高效的4°C低温保藏方式更适合于嗜酸硫杆菌的中短期保藏。     

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。     

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…     

一株中度嗜热嗜酸硫氧化杆菌的分离和系统发育分析

从云南腾冲温泉酸性水样分离得到一株中度嗜热嗜酸硫氧化杆菌MTH 0 4 ,对分离菌株进行了形态、生理生化特性研究及 1 6SrDNA序列分析。该菌株为革兰氏阴性细菌 ,短杆状 ,菌体大小 (0 6～ 0 8) μm× (1～ 2 ) μm ,化能自养 ,可利用硫磺、四硫酸盐、硫代硫酸盐为能源生长 ,不能利用蛋白胨、葡萄糖、酵母粉 ,也不能进行混合型生长。最适生长温度在 4 0℃～ 4 5℃之间 ,最适生长pH 2 0～ 3 0 ,代时 8h。以 1 6SrDNA序列同源性为基础构建了包括 1 3株相关种属在内的系统发育树 ,结果表明 ,MTH 0 4与喜温硫杆菌 (Thiobacilluscaldus)处于同一进化树分支中 ,相似性达 99 5 %以上     

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。     

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.     

喜温嗜酸硫杆菌SM-1在不同温度下基因组的可塑性

【目的】驯化得到喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus)SM-1在低于最适生长温度下具有较高生长活力的突变菌株,并认知喜温嗜酸硫杆菌在不同温度下的基因组可塑性。【方法】利用实验室长期进化实验对菌株进行3个温度的驯化:37、40、45°C。运用454测序技术对驯化获得的菌株进行基因组重测序,通过比较基因组分析驯化株基因组单核苷酸位点变化(SNPs),对包含位点变化的基因从功能上进行分类,在此基础上,分析可能与温度适应性相关的基因。【结果】通过不同温度下的长期驯化,得到了在低于最适生长温度下具有较高活力的菌株;重测序结果发现,SM-1基因组具有较好的可塑性,不同温度(37、40、45°C)生长的菌株中,基因组中分别有418、384和347个核苷酸位点发生累计变化,其中3个温度下有20个相同的非同义突变位点,分别分布于编码重金属和毒性抗性系统、DNA甲基化和蛋白乙酰化酶、核酸代谢相关酶类等相关基因上;相比而言,在低于最适生长温度(37、40°C)下生长菌株特有的位点变化涉及能量代谢、信号转导以及DNA/RNA稳定性相关基因;其中,2个低温菌株共同发生位点变化的基因有3个,其中两个编码转座相关的蛋白Atc_1031与Atc_1623,另一个编码假想蛋白Atc_1130,该蛋白分别与外膜蛋白组装因子B和二硫键形成蛋白具有23%和35%的相似性。另外,不同生长温度下相关蛋白中氨基酸的组成也发生变化。【结论】喜温嗜酸硫杆菌SM-1基因组具有较好的可塑性,对于其基因组变化的研究结果为认识微生物温度适应性提供了组学数据。本研究揭示喜温嗜酸硫杆菌(At.caldus)SM-1可能通过多种途径适应向低温过渡生长,既包括微生物通用的环境适应机制,也存在菌株特有的温度适应途径。     

植物乳杆菌Lp-2的高密度发酵

高密度培养植物乳杆菌是制作其发酵剂的重要环节。首先,研究了不同的溶氧和pH对植物乳杆菌的分批发酵的影响。在分批发酵的基础上,为进一步提高发酵液中的菌体浓度,进行了补料分批发酵实验。最终通过对蔗糖反馈补料发酵试验对比改造获得了pH反馈补料发酵工艺。此发酵补料工艺可以控制蔗糖残糖量始终处于较低的水平,因此获得了最高的菌体产量。菌体干重达到13.56g/L,较分批培养提高90.05%。     

肥大细胞增生症研究进展

肥大细胞增生症(mastocytosis)是由多种临床表现组成的一组疾病谱,其特征表现以肥大细胞在一个或多个器官异常浸润和积聚为主,常累及皮肤、消化道、骨髓、肝脾以及淋巴结,临床表现为皮肤瘙痒、潮红、恶心、呕吐、腹泻、腹痛等改变。针对存在以下情况需考虑本病:不明原因的溃疡或吸收不良;影像学检查发现骨骼扫描异常、肝脾肿大、淋巴结肿大;外周血异常;速发型过敏反应;或原因不明的低血压;一旦确定为肥大细胞增生症引起,应对疾病活动性、亚型和预后进行评估,并进行适当治疗;肥大细胞增多症根据临床表现、病理改变和预后分为7种不同类型,皮肤性及惰性系统性肥大细胞增多症预后较好,肥大细胞肉瘤预后最差。本文对肥大细胞增生症发病机制、临床特征、诊断、治疗及预后等方面的研究现状进行综述。     

高迁移率族蛋白成员HMG20a/b的研究进展

高迁移率族(HMG)蛋白是一类广泛存在的非组蛋白型染色体蛋白,能通过诱导染色质结构的变化影响DNA表达。HMG20a和HMG20b是一对高度同源的HMG家族蛋白,均含有一个结构保守的HMG-box结构域和一个coiled-coil结构域,在生物体内广泛表达。HMG20a/b在细胞核内参与组蛋白去甲基酶复合物LSD1-Co REST的形成及一系列与细胞分裂分化相关的生理进程,如神经细胞核红细胞的分化、细胞质分裂以及EMT过程。研究发现,HMG20a/b一些功能的发挥是通过LSD1-Co REST复合物来实现的;在神经分化过程中,HMG20a、HMG20b具有相互拮抗的作用;而HMG20a促进EMT过程反映它很可能是一个促癌因子。本文对HMG20a/b的结构和体内分布及生物学功能进行综述。     

蛋白质纯化技术研究进展

蛋白质组学研究的基础就是蛋白质的分离。对于天然蛋白来说,可能需要一系列的纯化步骤才能获得纯度满足研究要求的蛋白质,但是蛋白质在分离过程中常常由于溶液环境变化或外力作用造成构象变化而引起失活。本文首先介绍了常用的蛋白质分离纯化技术及其研究进展,包括膜分离技术、沉淀分离技术、电泳分离技术以及层析分离技术等常用的蛋白质纯化技术,总结了现有技术存在的问题,并对近年来发展的新型蛋白质分离技术--非对称流场流分离技术进行了介绍和展望。     

糖原检测方法研究进展

糖原是由葡萄糖分子通过糖苷键聚合而成的高分子物质,作为重要的能源物质储存于肝脏、肌肉和脑等重要器官。糖原的储存或代谢异常可引起多种疾病。一方面,作为一种动态能量底物,准确检测糖原的质与量有一定难度,另一方面,目前随着对糖原研究的深入,出现了越来越多的糖原检测方法和手段。因此,选择恰当的糖原检测方法以促进对糖原的研究显得尤为重要。本文对几种常用的糖原定性与定量检测方法的实验原理,操作步骤及影响因素和改进进行总结,比较其优缺点,为研究者选择最适合的方法对糖原代谢及相关疾病进行研究提供参考。     

颗粒状角膜营养不良的研究进展

颗粒状角膜营养不良是一种临床少见的常染色体显性遗传病,由于5q31染色体上的TGFBI突变使TGFBIp在角膜前弹力层和基质层异常聚集以及代谢的障碍,导致患者双侧角膜进行性出现不同程度的的浑浊,造成视力的进行性损害。目前报道的TGFBI突变至少有66种,其中至少有10种与颗粒状角膜营养不良有关,由于基因型的差异、纯合子以及杂合子的区别,患者表现型也有很大的差别。随着人们对该病认识的提高,共聚焦显微镜、基因诊疗等方法的应用,越来越多的患者得到了正确诊断,目前的治疗的方法主要有角膜移植和激光消融治疗,但由于术后复发甚至加重的原因,并不能使患者满意。由于颗粒状角膜营养不良动物模型的建立,锂或者基因治疗等方法将会有良好的应用前景。     

ASPH在肿瘤中的研究进展

ASPH是哺乳动物胚胎期即存在于细胞内的一种高度保守的脱氧酶。近些年被发现在大多数正常组织中相对低表达或不表达,而在胎盘滋养层细胞和肾上腺细胞中高表达。并且ASPH在多种恶性肿瘤组织中过表达,其催化结构域可羟化某些蛋白质EGF-样结构域中天冬氨酸或天冬酰胺残基,从而介导细胞运动和分化,参与并调节了恶性肿瘤细胞的侵袭及转移,并在免疫调节中可介导抗肿瘤免疫反应。本文简要综述了近些年在肿瘤及其他领域中对ASPH的研究进展。     

外泌体在淋巴瘤中的研究进展

摘要：病毒感染和环境污染等使得淋巴瘤的发病率逐年升高,早期诊断和精准治疗具有十分重要的临床意义。外泌体是一种脂质双层膜结构的微小囊泡,介导了细胞间交流和信息交换。近几年许多研究证实外泌体是淋巴瘤的发生、进展和耐药的重要机制。外泌体内核酸和小分子可用于淋巴瘤的早期诊断和预测患者预后。材料学修饰可显著增强外泌体治疗的靶向性和治疗效能。本文总结了外泌体生物学特性、分离和鉴定方法、与肿瘤相关性、及其在淋巴瘤中的研究进展,为淋巴瘤的预警和治疗提供参考。     

血管生成抑制素基因工程大肠杆菌的高密度发酵研究

用5L发酵罐研究了E.coli TG1/pBVA2和E.coli TG1/pBVK13的高密度培养工艺,确定了诱导及补料策略,在不降低外源基因表达量的前提下,工程菌TG1/pBVA2高密度发酵菌体干重为16.8g/L,hAGN(K1-4)的表达量为菌体总蛋白的24.1%,相当于1.39 g/L;同样的方法, 工程菌TG1/pBVK13菌体干重可达16g/L, hAGN(K1-3)占菌体总蛋白25.8%,相当于1.45 g/L。     

JS-K抗肿瘤效果机制的研究进展

研究显示一氧化氮(NO)在体内参与多种信号通路的传导,在机体的肿瘤形成等多种病理和生理过程中发挥着重要作用。谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)在很多肿瘤的表达都是升高的,在肿瘤细胞中发挥着维持氧化还原平衡、解毒和促使肿瘤细胞发生耐药等方面的的作用;而JS-K是近年来新合成的一种一氧化氮(NO)前体药,其可以在体内被谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)酶解生成NO,进而发挥抗肿瘤效应。研究显示JS-K对机体的多种肿瘤都表现出明显的抑制作用,而对正常的组织则没有明显的损伤作用。由于肿瘤的组织来源不同,JS-K表现出的杀伤肿瘤的机制也不尽相同。本课题组通过广泛的文献阅读,系统地综述JS-K杀伤各系统肿瘤的作用机制,为JS-K杀伤肿瘤的进一步的机制研究提供一些有益的思路,和为将来JS-K的临床应用提供理论基础。