砷的生物转化与代谢机制研究进展

砷广泛分布于自然界中,与人类的活动与健康息息相关.一方面,砷中毒与砷污染事件在全球范围内的频发,严重威胁人类的健康.目前的研究发现自然界中的抗砷微生物直接参与了砷的地球化学循环,在砷的生物转化以及在砷污染的生物治理中起到重要的作用.另一方面,砷作为毒物的同时亦是一种有效的中西药制剂,在治疗血液系统、恶性淋巴系统疾病及癌症中具有明显的疗效,因此砷在人体的转化过程与机制研究有待深入的探讨.有鉴于此,对砷在自然界和人体中的转化形式以及抗砷微生物的抗砷机制进行了阐述,并对砷的微生物转化在环境与医学中的应用进行了展望.     

抗砷性微生物及其抗砷分子机制研究进展

砷(Arsenic, As)是一种剧毒类金属(Metalloid), 在自然环境中主要以三价亚砷酸盐[Arsenite, AsO2-, As(III)]和五价砷酸盐[Arsenate, AsO43-, As(V)]的无机形式广泛存在。许多微生物在含砷环境的长期适应过程中, 进化了多种不同的砷解毒抗性机制。目前研究发现主要存在4种类型的砷抗性机理, 包括: As(III)氧化, 细胞质As(V)还原, 呼吸性As(V)还原, As(III)甲基化, 这些机制赋予微生物砷抗性并在砷的转化和地球化学循环中起着极     

水体硝化体系中砷的解毒机制探讨

硝化是目前废水生物脱氮中应用最为广泛的工艺之一,其功能菌为化能自养型细菌,生长缓慢,对重金属十分敏感。砷是一种剧毒的类金属元素,主要以无机形式的亚砷酸盐[AsO₂^-,As（Ⅲ）]和砷酸盐[AsO₄^3-,As（Ⅴ）]存在,尤以As（Ⅲ）毒性最强。但研究发现,在硝化体系中,高浓度As（Ⅲ）(约400mg/L)未对硝化功能微生物产生明显毒性。深入比较发现,As（Ⅲ）的生物氧化与硝化过程具有一定的关联性。化能自养型As（Ⅲ）氧化菌不仅可在有氧条件下将As（Ⅲ）氧化,还可在缺氧条件下以NO₂^–或NO₃^–为电子受体氧化As（Ⅲ）。而硝化细菌也是典型的化能自养菌,且硝化体系内存在氧气及硝化产物NO₂^–、NO₃^–等电子受体,理论上均可接受电子实现As（Ⅲ）的氧化。本文结合硝化反应特性,综述了As（Ⅲ）在硝化体系下的解毒机制,主要为胞外聚合物的...     

活性污泥中Fe(Ⅲ)还原微生物的分离、鉴定及还原特性

采用平板分离法和柠檬酸铁还原实验法相结合,从城市污水处理厂活性污泥中分离获得Fe(Ⅲ)还原菌F7,经形态观察、生理生化和16S rDNA序列分析及同源性比对鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida).在不同柠檬酸铁浓度和不同pH条件下的实验表明,柠檬酸铁浓度为0.32g/L时,菌株生长情况较好,柠檬酸铁浓度为0.16g/L时,Fe(Ⅲ)异化还原比例较高;pH6.5时,菌株生长情况较好,Fe(Ⅲ)异化还原量较多.     

紫色非硫细菌的砷代谢机制

[目的]系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系.[方法]通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式.采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响.[结果]砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC.实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(V)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(V)和As(Ⅲ)均能进入细胞 ;在胞内As(V)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(V),也未检测到甲基砷化物 ;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(V)进入细胞,降低As(V)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞.[结论]PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(V)还原,也还有砷甲基化途径.通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径.这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础.     

细菌的Fe(Ⅲ)还原

细菌Fe(Ⅲ)还原是生物进化过程中最早出现的生物能量代谢途径,多种古细菌和真细菌具有Fe(Ⅲ)还原能力。在细菌Fe(Ⅲ)还原的过程中,需要多种膜蛋白的参与,且受到多途径的调控,特别是多血红素的细胞色素在电子传递过程中发挥重要作用。细菌Fe(Ⅲ)还原在生命的进化和整个生物地球化学循环中起到重要作用,具重要的环境学意义。     

“吃”石油的微生物

在自然界中,很多微生物能降解轻油,而重油不易降解。目前全球探明储量的石油中,超过60%的部分采用现有技术无法开采,主要为粘度高、流动性差的重油。20世纪70年代,开始兴起微生物采油技术。利用一些能"吃"石油的微生物降解石油,可用于处理石油污染、帮助开     

Fe(Ⅲ)的微生物异化还原

异化Fe（Ⅲ）还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe（Ⅲ）作为末端电子受体而获能。异化Fe（Ⅲ）还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe（Ⅲ）还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe（Ⅲ）还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

靠毒性废物生活——吃砷的细菌

一项新的研究报告说,研究人员发现了一种可以完全依靠砷来生活和生长的细菌。这些发现第1次指出,有一种微生物可以用一种毒性化学物质来支持其生长和生命。     

微生物还原Cr(VI)的研究进展

随着现代工业的发展, 水环境中的重金属对人类健康和环境带来严重的危害, 其中的Cr(VI)具有强烈的毒性。微生物在代谢过程中可以将Cr(VI)还原为Cr(III), 有效降低Cr(VI)的毒性。本文从可还原Cr(VI)的微生物、微生物还原Cr(VI)的机理、还原过程中存在的问题及发展方向等方面进行了综述。     

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...     

微生物铁呼吸机制研究进展

铁呼吸是厌氧环境中普遍存在的一种微生物代谢形式,多种古生菌和细菌都能进行铁呼吸.Fe(Ⅲ)的地球化学丰度比较高,为Fe(Ⅲ)还原菌提供了充足的电子受体,但自然中Fe(Ⅲ)多以不溶形式存在,使电子传递受阻.本文介绍了Fe(Ⅲ)还原菌的多样性,总结了4种铁呼吸机制:直接接触机制、螯合促溶机制、电子穿梭机制、纳米导线辅助机制,并对铁呼吸机制未来的研究方向进行了展望.     

铬还原菌的分离筛选及其在微生物燃料电池生物阴极中的应用

【目的】水溶性的Cr(Ⅵ)对环境及人类造成的危害是社会亟待解决的问题。Cr(Ⅵ)还原菌株的分离筛选、还原特性的分析和在微生物燃料电池中的应用为六价铬污染水体的微生物修复提供科学依据和新的方法。【方法】从黄河兰州段排污口采集样本,用平板法分离筛选获得具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,并将Cr(Ⅵ)还原能力最强的LZU-26菌株应用到微生物燃料电池中,检测其产电能力和Cr(Ⅵ)还原特性。【结果】共分离得到21株具有Cr(Ⅵ)还原能力的菌株,其中LZU-26菌株Cr(Ⅵ)还原能力最强,属于Cellulosimicrobium cellilans。0.4 mmol/L初始Cr(Ⅵ)在LZU-26的作用下24 h铬还原率可达到95.89%,在48 h后达99.97%。将LZU-26运用在微生物燃料电池生物阴极,所获得的最大电压和最大功率密度分别为68 mV和6.8 W/cm~2。生物阴极Cr(Ⅵ)还原率(68.9%)也远高于化学阴极(14.7%)和对照组(2.7%)。【结论】利用Cr(Ⅵ)还原菌作为微生物燃料电池生物阴极处理含铬废水,将会是一种高效、节能和环境友好的方法。     

厌氧氨氧化菌的代谢途径及其关键酶的研究进展

作为新型生物脱氮工艺的代表,厌氧氨氧化反应的代谢功能菌——厌氧氨氧化(Anammox)菌也逐渐成为研究的热点。本文介绍了10种Anammox菌的发现过程,阐述了Anammox菌的关键酶的研究进展。通过对Candidatus"Brocadia anammoxidans"和Candidatus"Kuenenia stuttgartiensis"菌的代谢途径的分析和推理,综述了化学计量模型、生化反应模型和能量代谢模型,并提出了一种可能存在的基于关键酶的厌氧氨氧化菌微界面代谢新途径。     

生命的本质和特例--“极端微生物专刊”序言北大核心CSCD

所谓极端微生物（extremophile）是站在人类的角度,对栖居于地球上所有＂非宜居＂空间中的微生物的统称。这些微生物包括嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐、嗜压,以及仍然有待发现的其他嗜＂极＂微生物。沧海桑田,大千世界,微生物一直在地球和生命的协同演化过程中扮演着重要角色。     

微生物降解硝基芳烃及其卤代衍生物的研究进展

硝基芳烃化合物作为一种重要的化工原料,广泛应用于医药、染料、农药等化工产品的合成。在给人类社会带来空前的物质繁荣的同时,其造成的环境污染问题也成为人类社会面临的重要挑战之一。微生物在这些环境污染物的降解中起着重要的作用。近几十年,环境微生物工作者对微生物降解硝基芳香污染物的各个步骤,包括趋化感应、分解代谢及生物修复进行了大量的研究工作,获得了丰富的知识。本文综述了硝基芳烃及其卤代衍生物的微生物代谢途径、代谢机理、趋化及修复研究进展,并对本领域的研究进行了展望,有助于全面认知硝基芳烃污染物的微生物降解过程,为污染环境修复提供理论基础。     

厌氧消化微生物氢代谢活性的研究I．产甲烷菌的“MV”氢化酶活性

本文介绍了产甲烷菌纯培养物H一13、CB—12及几种消化污汜中产甲烷菌的“MV”氢化酶话性。对利用H,,co,、甲酸、自然基质等不同营养类型的产甲烷菌的“MV”氢化酶活性进行了测定。试验结果表明,产甲烷菌的“MV”氢化酶活性与试样的产甲烷能力及产甲烷菌纯培养物的旅度呈现明显的正相关。研究中所使用的氢化酶分析方法不受底物浓度的影响。这些现象的揭示,对微生物厌氧消化的研究有着重要的意义。     

一株嗜酸化能异养菌Acidiphilium sp.的分离鉴定及其对Fe(Ⅲ)代谢的研究

从云南省腾冲热泉酸性泥土样品中分离得到一株好氧嗜酸异养细菌Teng-A。菌株Teng-A细胞大小0.6～0.8μm×1.0～1.5μm,单生或成链状排列,革兰氏染色反应为阴性,有周生鞭毛,不产芽孢,该菌适宜的生长温度为29～33℃、pH为3.0～4.0,可以利用许多有机物生长,但不能利用Fe(Ⅱ)、S、Na2S2O3、K2S4O6等为能源生长。菌株Teng-A基因组DNA的(G C)mol%为69.6mol%,其16S rRNA基因与Acidiphilium属菌种的16S rRNA基因的最高相似性大于99%。根据形态学、生理生化特点及系统发育分析表明,菌株Teng-A是Acidiphilium属的一个新成员,崭定名为Acidiphilium sp.strainTeng-A。厌氧条件下,菌株Teng-A可以葡萄糖或H2为电子供体,将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),还原速率分别为11.56mg/L.day与15.34mg/L.day。菌株Teng-A与Acidithiobacillus ferrooxidansLJ-1和Leptospirilum ferriphilum LJ-2共同培养,前3dFe2 氧化速度分别为0.44g/L.day和0.41g/L.day,比LJ-1(0.64g/L.day)和LJ-2(0.60g/L.day)单独培养时氧化Fe(Ⅱ)的速率稍慢,但当培养时间超过5d时,Fe(Ⅱ)最终被全部氧化,并且发现在共培养时,Fe(Ⅱ)氧化生成的沉淀物的形态不同于At.ferrooxidans和L.ferriphilum单独培养时产生的沉淀物的形态。最后讨论了Acidiphilium对生物浸矿和生物成矿作用的影响。     

以地方高等院校“微生物代谢调控”课程教学改革为例深化教学改革和提升本科人才质量

以湖南科技学院为例,研究分析了地方高等院校目前在"微生物代谢调控"教学工作中存在的问题,针对生物工程专业特点,做出以下改进:优化知识结构以突出能力培养,重视绪论作用以激发学生学习兴趣,更新教学方式以践行"以学生为主体"的理念,改革考核体系以锻炼知识综合运用能力;并对最近五个年级的学习成效做了归类分析。结果表明:通过此次教学改革,学生对"微生物代谢调控"课程的学习兴趣、学习热情和学习成效均有明显的提高,较好地完成了本课程在我校生工专业人才培养目标中应达到的效果。     

细菌“吃”油,采收有道——微生物采油技术大有前景

1954年,美国率先成功地进行了矿场试验,随后在20世纪50年代末期到70年代,前苏联和东欧一些国家、加拿大、澳大利亚及中国也开展了微生物采油研究,并进行了不少矿场试验。微生物采油技术由于1973年的石油危机得以重视并加速了其发展。进入20世纪90年代以后,生物技术和其他边缘科学技术相继应用在采油技术中,微生物采油技术在单一自然菌基础上发展了工程菌,从单纯的实验研究发展到数学模型的建立和数值模拟研究,作用方式也从单井发展到区块。