马奶酒样乳杆菌ZW3中WANG_1291基因的表达

【目的】马奶酒样乳杆菌ZW3含有一段长度为14.4 kb的胞外多糖合成基因簇,包含17个与胞外多糖合成相关的基因(WANG_1283?WANG_1299),主要分析17个基因在马奶酒样乳杆菌ZW3生长过程中不同时间段的表达量,探究其中一个表达量发生变化的基因对乳酸菌产胞外多糖的影响。【方法】通过半定量RT-PCR实验,对基因簇上各基因的表达量进行分析;通过构建含有表达量变化基因的重组乳酸乳球菌,比较重组菌与野生菌的产胞外多糖差异。【结果】经分析,WANG_1284、WANG_1286、WANG_1287、WANG_1288、WANG_1290、WANG_1291、WANG_1292、WANG_1294、WANG_1296、WANG_1297、WANG_1298、WANG_1299这12个基因在菌体生长的50 h和60 h (产糖量上升阶段)表达量最高,推测这些基因在多糖聚合过程中起作用。从这12个基因中选出一个表达量发生明显变化的基因WANG_1291做进一步研究。将WANG_1291插入乳酸菌表达载体pMG36e中,构建了重组表达载体pMG36e-1291。将构建的重组表达载体转化到乳酸乳球菌WH-C1中,得到重组菌株。测定重组菌与野生菌生长特性,发现重组菌与野生菌之间的生长速度存在一定差异。然后利用苯酚-硫酸法测得重组乳酸乳球菌的胞外多糖产量是野生菌的2.1倍,胞外多糖产量有了明显的提高。【结论】确定WANG_1291基因是调控马奶酒样乳杆菌ZW3产胞外多糖的关键基因之一。     

细菌胞外多糖的生物合成与基因控制

细菌胞外多糖是指细菌在生长发育过程中合成并分泌到细胞外的长链,高分子糖类聚合物。细菌胞外多糖的生物合成途径涉及装配、多聚化及运输三个过程,是多种酶和转运系统的结果,其发生的部位包括胞内和胞外,有些合成过程会发生在细胞壁上,对于胞外多糖合成相关基因的报道,发现控制胞外多糖合成是一大类基因簇,不同的菌株其基因簇的数量和种类各不相同。这些研究的不断更新为将来胞外多糖的应用提供了更加广阔的前景。     

活性污泥微生物胞外多聚物生物合成途径与菌胶团形成的调控机制

活性污泥法是借助活性污泥微生物菌胶团形成来实现泥水重力分离和部分污泥回用,辅以曝气供氧,在曝气池中高密度的微生物细胞可将溶解性有机污染物迅速降解、转化后为己所用,外排的剩余污泥带走大量有机质和氮磷,水质得以净化。活性污泥微生物所合成的胶质状胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)是污泥菌胶团形成必不可少的"黏合剂",吸水性极高,这也造成剩余污泥难以处置和利用。我们初步总结了活性污泥微生物宏基因组研究概况,利用分子遗传学和基因组学手段,对活性污泥优势种动胶菌(Zoogloea)和其他菌胶团形成菌的EPS生物合成途径和菌胶团形成与调控机制加以研究,鉴定出一个约40 kb的胞外多糖生物合成大型基因簇和一个由7个基因组成的小型基因簇,该基因簇中除胞外多糖合成相关基因外,还编码组氨酸激酶Prs K和反应调节蛋白Prs R双组分系统,可激活RpoNσ因子共同调控一类称之为PEP-CTERM的新型胞外蛋白质的表达,参与菌胶团的形成。PEP-CTERM富含天冬酰胺(缩写为Asn或者N)残基,可能与胞外多糖通过N-连锁的糖基化形成复合物,包裹微生物细胞群体来介导菌胶团的形成。类似的PEP-CTERM基因和胞外多糖合成基因簇在许多重要的活性污泥细菌如聚磷菌和全程氨氧化菌中存在,说明这些细菌也是菌胶团形成菌,可通过污泥沉淀和回用在活性污泥中得以富集。这些研究结果可供活性污泥膨胀控制、污泥减量和剩余污泥资源和能源回收利用参考。     

链霉菌胞外多糖139A生物合成中引导糖基转移酶基因的克隆和鉴定

链霉菌139能够产生一种新的胞外多糖139A,该多糖具有抗类风湿性关节炎的活性。为研究多糖139A的生物合成基因簇,首要策略是克隆到在多糖139A的生物合成中起关键作用的引导糖基转移酶基因。根据其他几个种属的糖基转移酶氨基酸序列的两个保守区域设计简并引物,通过PCR方法扩增出相应的DNA片段作为探针,从链霉菌139基因组文库中分离到引导糖基转移酶基因ste5,并定位于约32kb的基因簇上。序列分析发现其蛋白序列与引导糖基转移酶具有较高的同源性,其C-端含有A,B和C3个保守区,N-端具有5个跨膜区。引导糖基转移酶基因阻断突变株不能够产生多糖139A表明其参与多糖139A的生物合成。     

纳他霉素高产菌株Streptomyces gilvosporeus F607基因组及其生物合成基因簇分析

【背景】纳他霉素(Natamycin)是一种天然、广谱、高效的多烯大环内酯类抗真菌剂,褐黄孢链霉菌(Streptomyces gilvosporeus)是一种重要的纳他霉素产生菌。目前S. gilvosporeus基因组序列分析还未有报道,限制了该菌中纳他霉素及其他次级代谢产物合成及调控的研究。【目的】解析纳他霉素高产菌株S. gilvosporeus F607的基因组序列信息,挖掘其次级代谢产物基因资源,为深入研究该菌株的纳他霉素高产机理及生物合成调控机制奠定基础。【方法】利用相关软件对F607菌株的基因组序列进行基因预测、功能注释、进化分析和共线性分析,并预测次级代谢产物合成基因簇;对纳他霉素生物合成基因簇进行注释分析,比较分析不同菌种中纳他霉素生物合成基因簇的差异;分析预测S.gilvosporeusF607中纳他霉素生物合成途径。【结果】F607菌株基因组总长度为8482298bp,(G+C)mol%为70.95%,分别在COG、GO、KEGG数据库提取到5 062、4 428、5063个基因的注释信息。同时,antiSMASH软件预测得到29个次级代谢产物合成基因簇,其中纳他霉素基因簇与S.natalensis、S. chattanoogensis等菌株的纳他霉素基因簇相似性分别为81%和77%。除2个参与调控的sngT和sgnH基因和9个未知功能的orf基因有差异外,S. gilvosporeus F607基因簇中其他纳他霉素生物合成基因及其排列顺序与已知的纳他霉素基因簇高度一致。【结论】分析了S. gilvosporeus全基因组信息,预测了S. gilvosporeus F607中纳他霉素生物合成的途径,为从基因组层面上解析S. gilvosporeus F607菌株高产纳他霉素的内在原因提供了基础数据,为揭示纳他霉素高产的机理及工业化生产和未来新药的发现奠定了良好的基础。     

利用山梨糖脱氢酶活性筛选氧化葡糖杆菌PQQ合成基因簇

【目的】利用山梨糖脱氢酶醌酶活性从氧化葡糖杆菌H24中分离PQQ生物合成基因簇。【方法】利用ptsG位点整合sdh基因的大肠杆菌JM109作为宿主菌构建了氧化葡糖杆菌H24的基因组DNA文库。通过山梨糖脱氢酶活性检测,从文库中筛选具有PQQ合成能力的单菌落并进行亚克隆。【结果】从氧化葡糖杆菌H24的基因组文库中筛选得到一株具有山梨糖脱氢酶活性的单菌落,亚克隆后序列分析显示插入片段全长5400bp,对应5个编码框(pqqABCDE),与其他细菌PQQ生物合成基因簇有很高的序列同源性。【结论】利用山梨糖脱氢酶醌酶活性成功从氧化葡糖杆菌H24中分离克隆得到了PQQ生物合成基因簇pqqABCDE。     

病原菌多糖基因簇在大肠杆菌中的克隆

目的:构建稳定的外源病原菌多糖基因簇克隆载体,为在糖基工程大肠杆菌中利用外源性多糖O-糖基化修饰靶标蛋白奠定基础。方法:PCR扩增大肠杆菌O157、甲型副伤寒沙门菌CMCC50973和铜绿假单胞杆菌CMCC10110的O-多糖合成基因簇,将多糖基因簇与细菌人工染色体p CC1BAC连接后,分别转化O-多糖合成缺陷的大肠杆菌W3110,并用相应多糖抗血清ELISA检测重组大肠杆菌是否利用外源O-多糖生成脂多糖(LPS),从而验证外源多糖基因簇克隆载体在大肠杆菌内是否能够生成相应的O-多糖;在此基础上,将构建的3种外源多糖基因簇克隆载体分别转化表达O-寡糖转移酶和蛋白底物菌毛蛋白Pil E的糖基工程大肠杆菌,用相应的抗血清进行Western印迹检测,以验证克隆的O-多糖能否修饰蛋白底物Pil E。结果:与阴性对照菌相比,带有大肠杆菌O157的O-多糖合成基因簇克隆载体和带有甲型副伤寒沙门菌CMCC50973的O-多糖合成基因簇克隆载体的重组菌ELISA呈阳性,提示大肠杆菌O157和甲型副伤寒沙门菌CMCC50973的O-多糖合成基因簇在大肠杆菌中被利用生成了相应的LPS;而带有铜绿假单胞杆菌CMCC10110的O-多糖合成基因簇克隆载体的重组菌W3110/BAC-10110则ELISA呈阴性。West-ern印迹结果显示,只有带有O157型大肠杆菌O-多糖合成基因簇克隆载体的糖基工程大肠杆菌CLM24/p MMB66EH-pil E-his/p ETtac28-pgl L/BAC-O157在相对分子质量40×103~58×103处出现了特异条带,表明菌毛蛋白Pil E被大肠杆菌O157型O-多糖O-糖基化修饰。结论:建立了大肠杆菌O157、甲型副伤寒沙门菌CMCC50973的O-多糖合成基因簇大片段的克隆载体,克隆的O157型O-多糖合成基因簇可实现O157型多糖对菌毛蛋白Pil E的修饰,从而为在大肠杆菌中建立稳定的利用外源病原菌多糖修饰靶标蛋白的糖基工程大肠杆菌提供了技术基础。     

链霉菌UDP-葡萄糖脱氢酸编码基因Ste6的克隆表达和性质研究

链霉菌139能够产生一种全新的胞外多糖——依博素（139A）,该多糖体内具有显著抗类风湿性关节炎活性。其生物合成基因簇（GenBank Accession Number：AYl31229）已被鉴定约31．3kb,包含22个开放阅读框（ste1—ste22）。以pET-30a为载体,克隆并在大肠杆菌BL21（DE3）中进行了ste6基因的表达,对该基因的克隆、表达与性质进行了研究。亲和层析法证实,纯化后重组蛋白具有催化UDP-葡萄糖脱氢变成UDP-葡萄糖醛酸的活性。这表明ste6编码产物是葡萄糖脱氢酶。为了证实ste6基因与依博素生物合成的关系,采用单交换基因破坏策略构建了ste6基因阻断突变株。结果初步显示ste6和依博素生物合成相关。     

来源于蓝藻、铜绿微囊藻的尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因的克隆和鉴定

以已知的尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因的保守区为基础,自行设计一对简并引物,该对引物从形成水华的蓝藻(Synechocystis PCC6803)铜绿微囊藻FACHB 905株(Microcystis aeruginosa FACHB 905)的基因组DNA中扩增到一个476 bp的DNA片段.通过TAIL-PCR和连接介导的PCR两种方法分离该片段的侧翼序列,最后得到大小约2.5 kb的DNA片段.序列分析揭示其中有一个编码462个氨基酸的开放阅读框,我们将此开放阅读框对应的蛋白命名为Mud.该Mud蛋白的氨基酸序列与蓝藻(73%相同,87%相似)和细菌(Bacillus subtilis)(51%相同,67%相似)的尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶氨基酸序列表现高度的同源性.将该mud基因克隆于p-GEX-4T-1融合表达载体并在大肠杆菌中表达GST-Mud融合蛋白,经过酶活力测定发现,GST-Mud蛋白具有一定的尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶活性.用抗GST-Mud蛋白的多抗对M.aeruginosa FACHB 905的胞质蛋白组分进行Western印迹分析,结果显示一条分子量大小约49 kD的专一条带,这个分子量与从基因推断出的蛋白分子量大小基本一致.综上所述,我们认为从微囊藻克隆到的Mud蛋白基因是尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因,该酶在其他生物如植物和细菌中参与多糖合成,是多糖合成的关键酶之一,而在藻类中对尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶开展研究却是首次报道.     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism