生物浸矿反应器中的微生物种群结构及其中可培养微生物的特征

【目的】本文旨在了解生物浸矿反应器中的微生物种群结构及其中可培养微生物的特征。【方法】通过构建微生物冶金反应器中矿浆原样的16S rRNA基因文库,测定16S rRNA基因序列,分析矿浆中种群结构。同时在不同培养条件下,对样品进行富集培养,分离获得纯菌株;并对各个菌株的16S rRNA基因序列,生理生化特征及对不同矿物的氧化能力进行了分析。【结果】研究中所选生物浸矿反应器中主要的微生物物种有细菌:Leptospirillum sp.,Sulfobacillus sp.,Acidithiobacillus sp.,Spingomonas sp.及古菌Sulfolobus sp.,Ferroplasma sp.等菌属。同时分离出5株纯菌株,这些菌分别与Acidithiobacillus thiooxidans,Acidithiobacillus caldus,Acidithiobacillus ferrooxidans,Leptospirillum ferriphilum,Sulfobacillus thermosul fidooxidans相似。分离获得的菌株具有氧化硫或二价铁和不同硫化矿的能力。【结论】生物浸矿反应器是个微生物种类相对简单的生境,利用非培养和培养技术全面地了解生物浸矿体系中的微生物群落及其生理、浸矿特性,有利于洞察生物浸矿过程中微生物种群结构,强化控制种群组成及浸矿活性,从而提高生物湿法冶金的效率。     

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。     

一株高效抗砷喜温硫杆菌工程菌的构建

利用DNA体外重组技术,将大肠杆菌质粒载体pUM3上的抗砷基因簇片段亚克隆到含有强启动子（tac启动子）并具有广泛寄主范围特性的IncQ族质粒pMMB24上,删除调节基因片段,构建了含有强启动子、可在tra基因诱动下转移的组成型表达的抗砷质粒pSDRA4。通过接合转移的方式将其导入专性自养极端嗜酸性喜温硫杆菌Acidithiobacillus caldus中,构建了冶金工程菌Acidithiobacillus caldus (pSDRA4),接合转移频率为（1.444±0.797）×10-4。表明在大肠杆菌和喜温硫杆菌之间成功地建立了一个遗传转移系统。经检测,重组质粒在喜温硫杆菌中具有较好的稳定性,在无选择压力条件下传代50次基本保持稳定（重组质粒保留76% 以上）。经抗砷性能检测,与野生菌相比,构建的喜温硫杆菌工程菌抗砷能力明显提高,从10mmol/L提高到45mmol/L。     

抗砷载体的构建及在喜温硫杆菌中的接合转移

利用DNA体外重组技术,将质粒载体pUM3上的抗砷基因片段亚克隆到含有强启动子(tae启动子)并具有广泛寄主范围特性的IncQ族质粒pMMB24上,成功构建了含有强启动子的抗砷质粒pSDRA3,以及删除调节基因片段的组成型表达的抗砷质粒pSDRA4。通过接合转移的方式将其导入专性自养极端嗜酸性的喜温硫杆菌中,首次成功地建立了喜温硫杆菌的遗传转移系统,构建了冶金工程菌T.caldus(pSDRA3)和T．caldus(pSDRA4)。与野生菌相比,重组菌抗砷性能明显提高。     

浸矿细菌的遗传工程

硫杆菌属(Thiobacillus)的一些种,氧化硫硫杆菌(T.thiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans),广泛分布于硫化矿床的酸性矿水中,最适生长pH为2.0—2.5,是一类革兰氏阴性专性自养细菌。这类细菌广泛应用于有用金属的浸出,特别适合于从低品位的     

三种浸矿细菌协同作用的回顾及展望

生物浸矿技术相比于传统的矿物加工技术具有成本低、易操作和污染小的特点,可以用来处理金精矿、低品位金矿、难处理金矿或者是高硫煤炭。为了更好地利用多种浸矿细菌的协同作用,本文综合阐述了生物浸矿的协同作用优势和存在的一些问题,对今后协同浸矿的发展做了预测。本文首先分析了3种主要浸矿细菌,包括氧化亚铁硫杆菌、氧化亚铁钩端螺旋菌和氧化硫硫杆菌等各自的生物学特性,接着重点分析了国内外近些年来浸矿细菌的协同作用研究进展情况和作用机制,最后展望了未来二十年内浸矿技术研究的发展方向。     

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.     

细菌浸锰及其半工业性试验

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus,ferrooxidans)T—M菌株氧化黄铁矿产生铁离子和硫酸用于浸锰的研究,已在实验室和半工业性的试验中获得成功。T—M菌株对不同地质成因和产地的黄铁矿均具有较强的氧化力,可以快速和连续地提供含总铁量25g／L,硫酸根量74—75g／L和pH 0．7—0．8的浸矿剂,用于含碱性脉石较高、高磷低锰难选矿的浸出效果显著,浸出锰溶液含锰12g／L,锰浸出率90％以上,获得符合国家标准的电解r-MnO2产品,全工艺中锰的总回收率83.77％,达到锰与磷分离的目的,是一种可以就地取材、成本低、工艺流程简单、易于操作、效果稳定、又无环境污染的细菌浸锰新技术。     

不同能源条件下中度嗜热嗜酸细菌多样性分析

采用黄铁矿、黄铜矿、硫酸亚铁和硫粉混合物作为主要能源物质在50°C条件下分别培养中度嗜热细菌混合物,研究其细菌多样性。提取细菌基因组总DNA,采用PCR结合限制性酶切片段多态性分析(RFLP)方法进行细菌16SrRNA基因的系统发育分析,比较不同能源条件下富集培养的混合细菌群落构成的差异。从3个培养物中共获得阳性克隆303个并进行RFLP分析,对29种不同酶切谱型的克隆插入序列进行测定和系统发育分析。大部分序列与已报道的浸矿微生物16SrRNA序列相似性较高(89.1%~99.7%),归属于硫化叶菌属的耐温氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermotolerans)和热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosulfidooxidans),嗜酸硫杆菌属的喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus),钩端螺旋菌属的嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillumferriphilum)以及unculturedforest soil bacterium、uncultured proteobacterium。其中Acidithiobacillus caldus,Sulfobacillus thermotolerans,Leptospirillumferriphilum3种细菌为三类能源物质培养物中的优势细菌类群。L.ferriphilum在黄铁矿培养体系(53.8%)和硫酸亚铁和硫粉为能源的培养体系中(45.9%)中丰度最高;在以黄铜矿为能源物质的培养体系中,S.thermotolerans的比例大幅上升(70.1%)。关键词:中度嗜热细菌;生物多样性;生物浸矿;喜温硫杆菌(Acidithiobacillus caldus);耐温氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermotolerans);嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillumferriphilum)     

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。     

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.     

厌氧氨氧化菌的研究进展

厌氧氨氧化技术是一种新型生物脱氮技术,在废水处理中具有广泛的应用前途,对全球海洋的氮循环起着重要作用。由于反应中不需另加有机物、不消耗氧气、不会产生二次污染等优点,厌氧氨氧化技术受到格外关注。通常认为,厌氧氨氧化的机理在于厌氧氨氧化菌使氨和亚硝酸反应生成氮气。通过16SrRNA分子生物学方法已鉴定出该菌群属于分枝很深的浮霉菌,由于至今未能成功分离到纯的菌株,未正式命名,对其微生态环境以及生理生化特征也未能取得一致的意见。本文综述了国内外对厌氧氨氧化微生物的作用、分布、种类、生理生化特征等研究进展,认为厌氧氨氧化菌的分离纯化、生物特性、小生境等是今后的主要研究方向。     

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.     

基于微藻的水产养殖废水处理技术研究进展

摘要：利用微藻处理水产养殖废水是一项污水资源化生物技术。近年来,国内外开展了大量有关藻类培养和废水处理的研究,发展了藻类处理技术,包括藻类塘、活性藻、固定化藻类、光生物反应器。本文综述了微藻净化水产养殖废?水的原理、研究成果及应用实例,并对今后的研究方向提出了建议。     

Unraveling the Acidithiobacillus caldus complete genome and its central metabolisms for carbon assimilation

Acidithiobacillus caldus is one of the dominant sulfur-oxidizing bacteria in bioleaching reactors. It plays the essential role in maintaining the?high acidity and oxidation of reduced inorganic sulfur compounds during bioleaching process. In this report, the complete genome sequence of A. caldus SM-1 is presented. The genome is composed of one chromosome (2,932,225?bp) and four plasmids (pLAtc1, pLAtc2, pLAtc3, pLAtcm) and it is rich in repetitive sequences (accounting for 11% of the total genome), which are often associated with transposable genetic elements. In particular, twelve copies of ISAtfe and thirty-seven copies of ISAtc1 have been identified, suggesting that they are active transposons in the genome. A. caldus SM-1 encodes all enzymes for the central metabolism and the assimilation of carbon compounds, among which 29 proteins/enzymes were identifiable with proteomic tools. The SM-1 fixes CO(2)via the classical Calvin-Bassham-Benson (CBB) cycle, and can operate complete Embden-Meyerhof pathway (EMP), pentose phosphate pathway (PPP), and gluconeogenesis. It has an incomplete tricarboxylic acid cycle (TCA). Four putative transporters involved in carbohydrate uptake were identified. Taken together, the results suggested that SM-1 was able to assimilate carbohydrates and this was subsequently confirmed experimentally because addition of 1%?glucose or sucrose in basic salt medium significantly increased the growth of SM-1. It was concluded that the complete genome of SM-1?provided fundamental data for further investigation of its physiology and genetics, in addition to the carbon metabolism revealed in this?study.     

细菌中钙信号的作用

摘要：越来越多的实验证明二价钙离子（Ca2+）在细菌中有重要调控作用。本文从Ca2+ 信号对细菌生理的影响、细胞内Ca2+ 浓度及测定方法、细菌中Ca2+ 的运输和Ca2+ 结合蛋白四个方面综述了目前细菌中钙信号的研究进展。