Ⅳ型限制酶ScoMcrA中SRA结构域介导的二聚体化对硫结合结构域功能的影响机制

【背景】部分细菌的DNA骨架会发生磷硫酰化修饰,硫结合结构域(Sulfur Binding Domain,SBD)可以特异性识别这种生理修饰。与绝大多数SBD-HNH双结构域核酸酶不同,ScoMcrA的SBD和HNH结构域中间插入了一个特异性识别5-甲基胞嘧啶(5m C)修饰DNA的SET and RING-Associated(SRA)结构域。晶体结构显示,单独的SBD是单体,而SBD-SRA是双体。【目的】探究ScoMcrA中SRA结构域的存在对SBD识别硫修饰DNA的影响及影响方式。【方法】凝胶迁移实验(Electrophoresis Mobility Shift Assay,EMSA)比较SBD、SBD-SRA对硫修饰DNA结合力的差异;对参与SBD-SRA二聚体化的关键氨基酸残基突变,并检测点突变对SBD-SRA蛋白二聚体化及结合硫修饰DNA的影响。【结果】相较于SBD结构域,SBD-SRA双结构域对磷硫酰化修饰DNA的结合能力明显增强。对SBD-SRA双体互作界面进行单点突变基本不影响其对硫修饰DNA的结合,当二聚体化界面连续的L261LGET265突变成A261AAAA265时,突变体对硫修饰DNA的结合力下降到与SBD相似的水平。【结论】根据EMSA实验结果可以初步判断,SRA结构域介导的SBD-SRA双体化能增强SBD对硫修饰DNA的结合力;L261LGET265是SRA结构域上影响SBD对硫修饰DNA结合力的关键氨基酸位点。     

假单胞菌Pseudomonas fluorescens Pf0-1中转录调控因子SpfB负调控DNA磷硫酰化修饰

[目的]DNA磷硫酰化修饰是DNA骨架上非桥接的氧原子以序列选择性和R-构型被硫取代的一种新型DNA修饰。目前,磷硫酰化修饰在多种细菌、古生菌以及人类致病菌中多有发现,但其分子调控机制尚不清楚。为了全面解析磷硫酰化修饰的调控机制,本文选择荧光假单胞菌Pf0-1为研究对象,开展了其DNA磷硫酰化修饰的调控机制研究。[方法]首先,构建了spfB基因缺失和回补菌株,使用碘能特异性断裂磷硫酰化修饰DNA的方法,研究了该基因缺失对修饰表型的影响。利用cDNA在相邻同方向的基因间隔区进行PCR,确定了磷硫酰化修饰基因簇spfBCDE内的共转录单元。通过荧光定量RT-PCR,分析了spfB基因缺失突变株中磷硫酰化修饰基因的转录量。利用异源表达并纯化得到的重组蛋白SpfB进行了体外功能研究。通过EMSA实验,验证了SpfB蛋白具有与spfB启动子序列结合活性。通过DNase I footprinting实验,精确定位了SpfB蛋白与DNA结合序列。[结果]spfB基因的缺失加剧了磷硫酰化修饰DNA断裂所致电泳条带弥散的表型,spfB基因的回补能够恢复该表型,证明spfB基因负调控磷硫酰化修饰。鉴定了spf基因簇中只含有1个共转录单元,且该共转录单元在△spfB突变株中转录水平明显上升。通过EMSA和DNase I footprint实验,检测了SpfB蛋白与磷硫酰化修饰基因spfBCDE的启动子区域5''-TGTTTGT-3''相结合。[结论]SpfB作为转录调控因子负调控磷硫酰化修饰基因spfBCDE的表达,为解析磷硫酰化修饰的调控机制和全面理解基因组上的部分修饰特征奠定了基础。     

DNA末端硫修饰依赖的体外大片段DNA连接法

【背景】DNA组装技术是基因组合成中的一个关键技术。探索低成本、高效率的基因组合成技术一直是合成生物学的重要研究领域。在某些细菌如变铅青链霉菌中,DNA上有磷硫酰化修饰(简称硫修饰),而在另一些细菌如天蓝色链霉菌中存在一种含有硫修饰识别结构域(sulfur-binding domain, SBD)的识别蛋白,可以特异性识别DNA上的硫修饰,这启发了我们发展出一种新的DNA组装技术。【目的】探究在DNA末端硫修饰的连接中,T4 DNA连接酶与SBD相融合蛋白和单独的T4 DNA连接酶相比,是否有更高的连接效率。【方法】根据同源重组原理,设计硫修饰引物,扩增硫修饰的DNA片段。构建T4 DNA连接酶与SBD融合蛋白的3种表达载体T4-linker-SBD(Hga)、T4-linker-SBD(Spr)和T4-linker-SBD(Mmo),表达纯化以上3种融合蛋白。比较3组浓度梯度(2.4、0.24、0.024 mg/mL) T4 DNA连接酶与融合蛋白在2.5 kb和8.0 kb DNA片段连接上的差异。【结果】DNA末端硫修饰的2.5kb和8.0kb的两端片段均能扩增,而且3种融合蛋白...     

MBD结构域和SRA结构域识别甲基化DNA的结构机理

DNA胞嘧啶5-甲基化修饰是表观遗传重要的修饰之一,其对基因表达的调控依赖下游的识别蛋白识别和传递甲基化信号.本文围绕两种主要的甲基化DNA识别结构域——MBD结构域和SRA结构域,综述了它们识别不同修饰形式DNA的结构基础以及发挥功能的分子机理.     

响应面分析法优化沙雷氏菌(Serratia sp.) AXJ-M对己烯雌酚的降解

[背景] 环境雌激素已成为目前干扰人类和动物内分泌系统而影响健康和生殖的一类新型环境污染物,利用微生物的降解作用修复被其污染的环境具有重要的现实意义。[目的] 以实验室保藏的一株己烯雌酚（Diethylstilbestrol,DES）降解菌沙雷氏菌（Serratia sp.） AXJ-M为对象,开展其对DES的降解特性及降解条件优化的实验研究。[方法] 利用单因素试验、Plackett-Burman因素筛选、最陡爬坡试验和Box-Behnken设计相结合的方法优化Serratia sp.AXJ-M对DES的降解条件。[结果] （NH₄）₂SO₄、ZnCl₂、胰蛋白胨被分别选做无机氮源、额外金属离子和外加营养物质时,对DES降解有明显的促进作用。利用Plackett-Burman实验确定（NH₄）₂SO₄浓度、DES浓度、pH值为影响菌株AXJ-M降解DES的主要因素。在此基础上,采用最陡爬坡试验和Box-Behnken设计,确定菌株AXJ-M在（NH₄）₂SO₄浓度1.48 g/L、ZnCl₂浓度0.02 g/L、温度30℃、pH 7.19、DES浓度119.5 mg/L、接种量3%（体积分数）下培养7 d,菌株AXJ-M对DES的降解率达到76.89%,较未优化前提高了17.38%。[结论] Serratia sp.AXJ-M具有较高的DES降解能力,该菌可为生物修复受DES或其他人工合成雌激素污染的环境提供优良的微生物资源。     

灭癌素链霉菌中磷硫酰化修饰DNA结合结构域的功能分析

[目的]DNA磷硫酰化(phosphorothioation,PT)是由硫原子取代DNA骨架磷原子上的非桥联氧原子形成的一种新型DNA修饰.PT修饰除参与组成限制修饰系统外,其更为广泛的生物学功能仍有待揭示.PT修饰现有的检测方法操作复杂、成本高、耗时长,而具有操作简便、成本低、耗时短等特点的酶联免疫检测(enzyme...     

N-糖链加工影响里氏木霉形态发生并提高木质纤维素降解能力

[背景] 烟曲霉α-1,2-甘露糖苷酶MsdS在高尔基体中将N-糖链Man₈GlcNAc₂加工为成熟分泌糖蛋白的糖型Man₆GlcNAc₂,有研究表明MsdS与烟曲霉的形态发生、细胞壁合成及蛋白质分泌密切相关;与烟曲霉不同的是,里氏木霉的成熟分泌糖蛋白上的N-糖链结构为Man₈GlcNAc₂,细胞却能正常生长,说明丝状真菌N-糖链的加工具有物种特异性,但其生物学意义不明。[目的] 为研究N-糖链加工对里氏木霉细胞生长及蛋白质分泌的影响,本研究将烟曲霉MsdS转入里氏木霉中以改变其成熟分泌糖蛋白的糖型。[方法] 构建带有烟曲霉msdS基因的重组质粒并转入里氏木霉中,获得msdS表达菌株Tr-MsdS,分析Tr-MsdS菌株的生长表型、N-糖组、蛋白质分泌途径和纤维素酶活性的变化。[结果] 在里氏木霉msdS表达菌株Tr-MsdS中,分泌糖蛋白的主要糖型由出发株的Man₈GlcNAc₂转变为Man₆GlcNAc₂,细胞壁组分发生变化,但细胞壁完整性未受影响;与出发株相比,Tr-MsdS菌株产孢、出芽及分枝增多;另外,MsdS的表达还影响蛋白质分泌,在50℃时降解纤维素和β-葡聚糖的能力分别提高9.9%和32.2%。[结论] 研究结果表明,N-糖链的加工可影响里氏木霉蛋白质,尤其是纤维素酶的分泌,干扰N-糖链加工可能是提高里氏木酶纤维素酶产量的新策略。     

基于铁氧化/还原菌改善黄铁矿-水草酸解液体系下低品位辉铜矿生物浸出过程

[背景] 高效的生物浸出与微生物介导活跃的铁硫代谢紧密关联,低品位辉铜矿（Cu₂S）铁代谢匮乏严重制约其效能。[目的] 强化铁硫代谢及“接触”机制改善低品位辉铜矿生物浸出。[方法] 基于自主筛选的嗜酸杆菌属（Acidiphilium sp.）及双层平板筛选的嗜铁钩端螺旋菌（Leptospirillum ferriphilum）,与硫氧化菌喜温嗜酸硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）协作,加以Fe²⁺/Fe³⁺-黄铁矿-纤维质废弃物酸解液（废-废资源利用）干预,系统分析浸出生化参数差异性。[结果] 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）结果表明矿渣表面大量微孔及坑壑,表明活跃的菌体作用;傅立叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR）揭示N-H、C=O、O-H等键与胞外聚合物（Extracelluler Polymer Substance,EPS）紧密相关,S=O、C-O-S等吸收峰波动表明更剧烈的硫代谢;激光共聚焦扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM）结果表明优化体系呈现更多附着细胞及EPS,为“接触”机制奠定基础,浸出40 d游离/附着细胞量分别提高2.51倍及5.73倍,最大比生长速率（μ_max）出现时间提前1.5-5.3 d,最高浸出率达67.6%。[结论] 铁氧化/还原菌及外源含铁物质干预强化浸出体系铁硫代谢加速矿物溶解,酸解液促进铁元素循环及菌体生长,附着细胞及EPS分泌增多强化“接触”机制从而有效改善浸出微环境和效能。     

腺相关病毒载体工程毒株精细化纯化

[背景] 大量制备高纯度的重组腺相关病毒（Recombinant Adeno-Associated Virus,rAAV）,是以腺相关病毒（AAV）为投递载体的基因靶向治疗或基因工程药物研发过程中需要解决的重要问题。[目的] 利用层析柱法大量纯化质粒和rAAV细胞培养液,以获得高纯度的rAAV颗粒。[方法] 对组装rAAV的3种质粒用HiPrep^TM10 Sepharose 6FF和HiTrap PlasmidSelect Xtra凝胶层析柱纯化,目的是得到组装AAV的超螺旋质粒DNA,然后对组装rAAV过程中的AAV-293细胞培养方法进行优化,组装成功病毒后,再对收集到的细胞提取液用HiLoad^TM10Q和HiLoad^TM10SP阴阳离子交换层析柱纯化,最后用纯化浓缩后的rAAV感染HT1080细胞,通过流式细胞仪检测荧光表达细胞数,计算浓缩后活病毒感染滴度。[结果] HiPrep和HiTrap层析柱纯化后得到大量高纯度的超螺旋质粒DNA,组装病毒后,用HiLoad柱纯化获得大量高纯度的rAAV颗粒,通过测定,rAAV基因组滴度达到（2.46±0.37）×10¹² TCID₅₀/mL （MOI=1.0×10⁴）。[结论] 通过一系列精细化组装纯化制备出高纯度、高滴度rAAV病毒颗粒。     

摇瓶的体积氧传递系数和氧通透率的测定

通过设计特殊摇瓶,用亚硫酸钠法测出摇瓶的体积氧传递系数和氧透过纱布层的通透率。以氧电极测其内外氧的分压降后,可以算出摇瓶表观体积氧传递系数(k_La)app及真实体积氧传递系数k_La,并进一步求出氧通透率。由实验得出：氧分压降低6．1％,氧传递系数增加一倍;在37c、220r／min、500m1摇瓶(内盛液50m1)8层纱布的氧通透率Pm=43．7moI／m²·h·arm;并且关联出摇瓶容积V、装液量VL、转速n、摄氏温度t之间的模型式：(k_La)_app=1．84×10^-7[t]1.8479·[n]2.3906.(VLV]-0.6360(kLa)=2．02×10^-7[t]1.8525·[n]2.39441·[VLV]-0.6370     

化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp.LS2介导的以乙炔为电子受体的硫氧化反应

【目的】探究化能自养硫氧化细菌Halothiobacillus sp. LS2介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应。【方法】稀释涂布法测定细胞生长情况,离子色谱仪测试硫氧化动力学中SO_4~(2–)和S_2O_3~(2–)以及基于相对荧光定量法的基因表达分析。【结果】尽管菌株LS2在以氧气为电子受体时的最大反应速率V_(max)更高,但在厌氧条件下且以乙炔为电子受体时,菌株LS2的生长量是氧气为电子受体时的2倍,且硫氧化酶基因soxB的表达量显著高于氧气作为电子受体时。【结论】菌株LS2不仅可以以乙炔为电子受体完成厌氧硫氧化反应,且这一代谢过程的产能效率较有氧硫氧化过程更高。本研究首次发现了微生物介导的以乙炔为电子受体的厌氧硫氧化反应,对丰富硫的生物地球化学循环理论有积极意义。     

精氨酸代谢调控蛋白ArgR调控嗜热链球菌胞外多糖合成

[目的] 研究精氨酸代谢调控蛋白ArgR对嗜热链球菌胞外多糖（EPS）合成的调控作用。[方法] 利用大肠杆菌异源表达嗜热链球菌ArgR蛋白,通过尿素变性-复性和Ni²⁺亲和层析纯化。采用凝胶电泳迁移（EMSA）和生物膜层干涉（BLI）分析ArgR和eps基因簇中P_epsA启动子的相互作用和动力学信息。构建过表达和弱化argR基因菌株,利用苯酚-硫酸法测定其合成EPS差异。[结果] 大肠杆菌异源表达的ArgR为包涵体,使用尿素变性-复性纯化可获得2.95 mg/mL可溶性蛋白;EMSA和BLI结果显示ArgR和启动子P_epsA有特异性结合,且结合因解离水平低而稳定;过表达argR基因可显著降低嗜热链球菌EPS合成,而弱化argR基因则提高EPS合成。[结论] 本研究表明ArgR能特异性结合嗜热链球菌eps基因簇启动子,并负调控EPS生物合成。     

深海热液生物共附生可培养硫氧化细菌的多样性及硫氧化特性

[背景]深海热液环境中存在大量H2S及含硫化合物,许多微生物与大型生物形成了紧密的共生体系,例如硫氧化细菌,它们利用其独特的代谢体系协助宿主更好地适应极端环境,但目前尚未对热液底栖生物共附生的硫氧化细菌进行培养鉴定和功能分析.[目的]了解深海热液生物共附生硫氧化细菌的种群特征和功能特征,筛选出深海热液生物共附生微生物中...     

不同磷、硫及二氧化碳浓度对标志链带藻生长和碳水化合物积累的影响

【目的】为了研究不同磷、硫及二氧化碳浓度对标志链带藻(Desmodesmus insignis)生长与碳水化合物积累的影响,本实验以改良BG11培养基为基础,设计了8种不同初始K_2HPO_4浓度、8种不同初始MgSO_4浓度及4种二氧化碳浓度培养标志链带藻。【方法】采用干重法和苯酚-硫酸法分别测定其生物质浓度与总碳水化合物的含量。【结果】实验结果显示,在高磷浓度(0.460 mmol/L)下生物量达到最高为6.37 g/L,磷浓度为0.230 mmol/L (对照组)时总碳水化合物含量及单位体积产率达到最高,分别为45.40%(%干重)和0.20 g/(L·d)。不同初始MgSO_4浓度实验结果显示,高硫浓度有利于标志链带藻生长及碳水化合物的积累,生物量、总碳水化合物含量及单位体积产率分别在硫浓度为1.217 mmol/L、0.609 mmol/L和1.824 mmol/L时达到最高,分别为7.02 g/L、51.6%(%干重)及0.26 g/(L·d)。当二氧化碳浓度为3%(V/V)时,标志链带藻生物量、总碳水化合物含量及单位体积产率均达到最高,分别为6.81 g/L、44.03%和0.20 g/(L·d)。【结论】因此,磷浓度为0.230 mmol/L、硫浓度为1.824 mmol/L和二氧化碳浓度为3%时最有利于标志链带藻生长及碳水化合物的积累。     

冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌多样性及其硫氧化特性

冲绳海槽热液区独特的地质环境孕育了特殊的生物群落,硫氧化细菌作为生物地球化学循环的重要参与者在热液生态系统中发挥着至关重要的作用。【目的】通过硫氧化菌株的分离培养揭示冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌的多样性和硫氧化活性。【方法】采用多种培养基对冲绳海槽热液区不同沉积物样品中的硫氧化细菌进行富集培养和分离纯化;利用16S rRNA基因序列确定硫氧化细菌的分类地位并进行系统发育分析;采用碘量法对典型硫氧化菌株硫氧化活性进行检测。【结果】本研究从冲绳海槽热液区样品中共分离鉴定85株硫氧化细菌,分属于α-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌门和厚壁菌门,优势属为氢弧菌属(Hydrogenovibrio)、拉布伦氏菌属(Labrenzia)、深海海旋菌属(Thalassospira)和海杆状菌属(Marinobacter)。硫氧化活性检测结果表明,7株典型硫氧化菌株对硫代硫酸钠的降解活性介于31%–100%之间,其中泰坦尼克号盐单胞菌SOB56 (Halomonas titanicae SOB56)、南极海杆状菌SOB93(Marinobacter antarcticus SOB93)、印度硫氧化粗杆菌SOB107 (Thioclava indica SOB107)和嗜温氢弧菌CJG136 (Hydrogenovibrio thermophiles CJG136)可以完全降解硫代硫酸钠。【结论】冲绳海槽热液区可培养硫氧化细菌的多样性丰富,为研究该热液区的硫循环过程提供了实验材料和理论基础,多种硫氧化活性菌株的获得极大地丰富了菌种资源,为探究深海热液区硫循环的能量代谢途径和分子机制奠定基础。     

FtsZ(236-245)区域的两性螺旋特性对大肠埃希氏菌FtsZ组装和功能的影响

【目的】探索大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)FtsZ(236-245)结构域两性螺旋特性对FtsZ组装和FtsZ-FtsA相互作用的影响。【方法】利用分子克隆和定点突变技术,构建FtsZ及其突变体表达载体,亲和纯化获得相应目标蛋白;通过同源重组和Pl转导构建QN23-QN29菌株;利用活细胞成像观察FtsZ及其突变体的胞内定位特点;膜蛋白分离和Western blot分析FtsZ突变体的膜结合特性变化;非变性胶分离和体外聚合分析检测定点突变对FtsZ单体组装特性的影响;免疫沉淀和Far Western blot实验检测FtsZ/FtsZ~*-FtsA间的相互作用。【结果】FtsZ~(E234A/K)和FtsZ~(E241A/K)突变体的功能活性降低、备突变体在E.coli内不能正确定位和形成功能性Z环;E237A/K和E241A/K位点突变致备突变体聚合能力降低、FtsZ*-FtsA的相互作用减弱和FtsZ的膜结合特性变化。【结论】E237和E241是影响FtsZ(236-245)区域两性螺旋特性和FtsZ组装及FtsZ-FtsA相互作用的重要氨基酸。     

双阳极室甲烷微生物燃料电池同步脱氮除硫性能及微生物群落分析

【背景】甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane, AOM)包含反硝化型甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化。目前,人们向水体中排放过量的含氮及含硫污染物,引起了严重的环境污染和生态破坏。【目的】利用甲烷厌氧氧化微生物燃料电池(microbial fuel cell, MFC)研究同步脱氮除硫耦合反应机理及反应过程中微生物的多样性信息。【方法】构建了3个微生物燃料电池(N-S-MFC、N-MFC、S-MFC),以甲烷作为唯一碳源,探究其同步脱氮除硫性能,并采用16S rRNA基因高通量测序技术对微生物群落结构进行分析。【结果】N-S-MFC中硝酸盐和硫酸盐的去除率分别为90.91%和18.46%。阳极室中微生物的相对丰度提高,与反硝化及硫酸盐还原菌相关的微生物大量富集,如门水平上拟杆菌门(Bacteroidota)、厚壁菌门(Firmicutes)和脱硫杆菌门(Desulfobacterota),同时属水平上Methylobacterium＿Methylorubrum、Methylocaldum、Methylomonas等常见的甲烷氧化菌增多。【结论...     

谷氨酸棒杆菌anti-σ因子CseE及其突变体与σ因子SigE的相互作用分析

[目的]谷氨酸棒杆菌是重要的氨基酸生产菌株,本研究针对SigE与ZAS家族蛋白CseE相互作用机制进行探索研究,重点分析CseE突变体影响与SigE结合能力的机制。[方法]本研究选择谷氨酸棒杆菌ATCC 13032来源的SigE和CseE蛋白为研究目标,利用遗传学方法获得过表达的重组谷氨酸棒杆菌,通过RT-qPCR研究SigE调控sigE和cseE的转录情况。同时,利用ITC和His pull-down实验验证ZAS家族的CseE蛋白与Zn²⁺及SigE的结合情况。之后对CseE蛋白进行功能域分析、多序列比对,研究功能域关键氨基酸位点对SigE结合能力的影响。其次对SigE和CseE蛋白进行分子对接和动力学模拟,分析关键氨基酸影响其结合的机制。[结果]谷氨酸棒杆菌SigE调控基因sigE和cseE的转录并且其活性受CseE蛋白控制。CseE蛋白为ZAS家族蛋白,具有Zn²⁺结合能力。CseE_His83A、CseE_cys87A和CseE_cys90A突变体不会影响与SigE的结合能力,而CseE_C87A-C90A和CseE_{His83A-C87A-C90A}突变体与SigE的结合能力略有下降。分子动力学模拟发现SigE-CseE_C87A-C90A和SigE-CseE_{His83A-C87A-C90A}之间的结合能量为-17.23 kcal/mol和-14.06 kcal/mol,分别比未突变体系结合能量降低22.8%及36.9%。[结论]谷氨酸棒杆菌SigE通过聚集RNA聚合酶来调控基因sigE和cseE的表达。CseE蛋白属于ZAS家族,具有Zn²⁺结合能力同时通过与SigE蛋白互作来抑制SigE活性。CseE_C87A-C90A及CseE_{His83A-C87A-C90A}突变体能影响与SigE结合的能力,减弱对SigE活性的控制。本研究产生的三维结构和确定的氨基酸关键位点为后续探索谷氨酸棒杆菌SigE和CseE响应环境压力机制提供了理论基础。