极端微生物及其适应机理的研究进展

极端微生物是生物对极端环境适应的特殊种类 ,研究极端微生物的特性对探索生命的起源、微生物的育种及开发利用等具有重要意义。从嗜热微生物、嗜冷菌和耐冷菌、极端嗜酸微生物、嗜碱微生物、嗜盐微生物、嗜压微生物等方面总结了极端微生物及其适应机理的多样性以及其研究进展 ,旨在为极端微生物的开发利用提供一定的参考依据。     

极端微生物蛋白质组学的研究现状

本文概述了近年来蛋白质组学技术在极端微生物研究领域中存在的关键问题、解决途径和研究现状。迄今为止,虽然蛋白质组学技术快速发展,但极端微生物的蛋白质组学的研究仍然存在很多困难。由于极端微生物的蛋白质-蛋白质复合物解离不彻底,而嗜中温微生物的蛋白质解离和变性条件不适用于极端微生物合成的大多数蛋白质等特殊问题,致使蛋白质组学技术还没有广泛应用于嗜盐、嗜热/冷、嗜酸/碱等微生物的研究中。当然,蛋白质组学技术应用的潜能和前景吸引人们积极尝试各种各样的方法。目前,通过研究已经有效地解决了嗜盐蛋白质的分离、嵌合膜蛋白的鉴定和新蛋白质的功能推测,证实了基因组预测的一些结论,并揭示基因组不能充分解析的某些特性和新蛋白质。极端微生物蛋白质组学的研究表明,全面展示蛋白质表达谱需要不止一种蛋白质组学方法。此外,蛋白质组学和基因组学的互相印证和结合,将加速极端微生物的研究进程,深入全面地揭示微生物适应极端环境的特殊机制,进而阐明极端微生物生存的机理,为改善胁迫因素导致的伤害提供新的研究方向。     

极端嗜盐古菌蛋白类抗生素——嗜盐菌素

古菌(Archaea)是一类与细菌及真核生物显著不同的生命的第三种形式[1],大多生活在极端或特殊环境,主要包括产甲烷古菌(Methanogenic Achaea)、极端嗜盐古菌(Extremely Halophilic Archaea)和极端嗜热古菌(Extremely Thermophilic Archaea)等三大类.极端古菌是极端环境微生物的重要成员,也是极端环境微生物资源开发的重要领域.其中,嗜盐古菌可产生一类蛋白类抗生素,称为嗜盐菌素(halocin).     

极端嗜热微生物及其高温适应机制的研究进展

极端嗜热微生物在高温条件下生长繁殖,其必然具有适应高温环境的特殊细胞结构、基因类型以及生理生化机制。极端嗜热微生物的研究对探索生命的起源以及极端嗜热微生物的开发和应用具有重要意义。对极端嗜热微生物中细胞膜、核酸分子、蛋白质分子、代谢产物和辅酶的高温适应机制的研究进展进行了概述,旨为极端嗜热微生物以及来源于极端嗜热微生物的各种生物分子的开发和应用提供理论依据。     

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。     

极端嗜盐古菌蛋白类抗生素——嗜盐菌素

古菌 (Ａｒｃｈａｅａ)是一类与细菌及真核生物显著不同的生命的第三种形式[1] ,大多生活在极端或特殊环境 ,主要包括产甲烷古菌 (ＭｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃＡｃｈａｅａ)、极端嗜盐古菌 (ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＨａｌｏｐｈｉｌｉｃＡｒｃｈａｅａ)和极端嗜热古菌 (ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＴｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃＡｒｃｈａｅａ)等三大类。极端古菌是极端环境微生物的重要成员 ,也是极端环境微生物资源开发的重要领域。其中 ,嗜盐古菌可产生一类蛋白类抗生素 ,称为嗜盐菌素 (ｈａｌｏｃｉｎ)。与细菌素相似[2 ] ,嗜盐菌素是由质粒编码、核糖体合…     

四氢嘧啶微生物合成与应用研究进展

极端环境微生物定义了生命的边界。为了适应各种极端环境,极端环境微生物通过合成许多独特的活性化合物来保护自己。四氢嘧啶就是其中一种代表性的保护性物质。它最早是从极端嗜盐菌中发现的,作为调节细胞渗透压的一类相容性溶质,可以帮助微生物适应高盐等恶劣环境。研究发现四氢嘧啶不仅是一种重要的渗透压调节剂,还是一种高效的生物保护剂,可以帮助蛋白、核酸、生物膜乃至整个细胞对抗高温、干燥、冷冻和辐射等多种逆境。因此,四氢嘧啶在生物保护、生物医药和生物科技等众多领域展现出广阔的商业化应用前景。随着合成生物学和代谢工程技术的快速发展,传统的嗜盐菌四氢嘧啶生产方法已逐步被产率更高、环境更友好的生物工程菌及技术所取代。本文围绕四氢嘧啶的微生物合成及其应用研究进行综述,为后续四氢嘧啶的开发和应用提供重要参考。     

微生物对低温极端环境适应性的研究进展

嗜冷微生物是地球寒冷环境中最主要的生物类群,并且是驱动全球生物地球化学循环的关键环节。嗜冷微生物在适应策略上显示出应对多种极端环境因素的巨大潜力,研究其适应和进化机制有助于更好地理解微生物与环境之间相互作用过程,并有效利用极端环境微生物资源。近年来,随着分子生物学和基因组学技术的高速发展,对微生物适应寒冷环境的机制及嗜冷微生物在指示气候变化和工农业应用方面均有一系列的突破。在此,本文将从基因组的GC含量、蛋白质稳定性、转录翻译调控、细胞膜流动性、渗透压调节、抗氧化损失和基因组适应性进化等方面总结当前在微生物适应低温环境机制上所取得的进展,并展望低温环境微生物在指示气候变化和工农业应用中的前景。     

深海微生物高压适应与生物地球化学循环

深海是典型的高压环境,嗜压微生物是深海生态系统中的重要类群.随着深海采样技术的发展及高压微生物特殊培养设备的开发,已从深海环境中分离到一系列嗜压微生物,包括一些常压环境不能生长的严格嗜压菌.对这些嗜压菌的研究,不仅对微生物适应极端高压环境的机制有一定了解,而且发现了一些特殊的代谢产物.研究微生物高压嗜压机理,还有助于探索地球生命的温度压力极限及生命起源和演化等科学问题.从深海嗜压微生物多样性、深海微生物高压环境适应机理及深海微生物在生物地球化学循环中的作用等方面对嗜压微生物的研究进展进行综述.     

嗜酸菌及其应用

自然界大多数环境的pH值为5～9,它适合多数微生物生长。嗜酸菌是一种能在低pH条件下生长和繁殖的极端环境微生物［‘－’］,通常在pHZ～5生长很好,pHS．5以上生长不好。有些嗜酸菌在中性pH条件下根本不生长,如氧化硫硫杆菌（Thiobacillusthiootidans）,酸热硫化叶菌（deghlobusacidocaldarius）,酸热芽抱杆菌O沏ciousacidoca儿brius）等,最佳生长pH是2．0～3．0,这些都是专性嗜酸菌。一些真菌也能在pHS．0或更低条件下生长,实际上是耐酸菌。l嗜酸菌生态分布及其对环境适应机制嗜酸菌生长在酸性环境,这主要与硫或硫化物的存在…     

新的生命形式──极端微生物

近年来,在许多以前被认为是生命禁区的区域,发现了各式各样的新的生命形式。它们生存繁衍的理想场所恰恰是一些极端环境,如嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜盐菌、嗜压菌等,这些统称为极端微生物（ｅｘｔｒｅｍｏｐｈｉｌｅｓ）。极端微生物具有独特的基因类型,特殊的生理机制及特殊的代谢产物,作为地球上的边缘生命现象,极端微生物颇为耐人寻味。它在生命起源、系统进化等方面将给人们许多重要的启示,在生命行为的原理上也将拓展人们的概念。极端微生物存在的原理,又具有极大的应用价值,极端微生物的特殊机制及特殊产物,将使…     

嗜酸嗜热浸矿微生物

随着人们对浸矿菌的研究不断加深,嗜热嗜酸菌的浸矿潜力及在微生物冶金中的作用和地位得到认识,利用嗜热菌对矿石进行高效浸出已成为微生物冶金领域的研究重点。嗜热微生物包括中度嗜热微生物和极端嗜热微生物,主要栖息于热泉、工厂高温废水排放区以及火山口等高温环境中。本综述总结了嗜热浸矿微生物种类,分析了嗜中温菌和极端嗜热菌等嗜酸菌种的生长习性、利用的能源物质、浸矿能力等,并进一步介绍了嗜热嗜酸微生物在高温生物冶金中的发展及应用。     

极瑞环境下的生命

极端微生物是依赖于一种或多种极端物化因子的特殊生命形式，在100℃以上或0℃以下、近饱和的盐度、pH〉10或PH〈2等极端环境下，具有极端的生命世界，已发现的极端生命形式包括嗜热菌、嗜冷菌、嗜碱菌、嗜酸菌、嗜盐菌、嗜压菌等，统称为极端微生物，它们构成了地球生命形式的独特风景线，其存在的原理与意义为更好地认知生命现象、发展生物技术提供了宝贵的知识源泉。     

嗜酸菌耐酸pH平衡机制及潜在应用

嗜酸菌是一类可以在极端酸性环境下生存的微生物,在生物整治以及耐热耐酸酶的提取等领域发挥着重要作用。一些嗜中性工程菌株在发酵过程中经常遇到自身环境酸化的问题,嗜酸菌独特的耐酸能力及其耐酸模块为构建耐酸能力强的嗜中性工程菌株提供了思路。因此,从细胞膜的稳定性及低渗透性,耐酸相关的能量代谢,生物大分子的修复以及胞内缓冲作用等方面对嗜酸菌的耐酸机制进行深入探讨,并展望了嗜酸菌在耐酸工程菌株合成生物学领域的作用。     

嗜碱菌的特性及其应用前景

嗜碱菌是属于极端微生物中重要的一种,该主要讨论了嗜碱菌的特性和作用机制,同时就嗜碱菌在国内外的应用作了具体的阐述,并展望了嗜碱菌的应用前景。     

极端嗜酸热古菌Acidianus manzaensis胞外硫活化蛋白质基因的筛选及鉴定

以极端嗜酸热古菌(Acidianus manzaensis)为研究对象,基于比较蛋白质组学的研究方法筛选和鉴定了13个A.manzaensis胞外与硫活化相关的蛋白质基因,并从转录水平对其进行了验证。首先通过80℃缓慢摇动水浴30 min分别对A.manzaensis在单质硫(S0)和亚铁(Fe2+)为能源底物进行生长时的胞外蛋白质进行提取,并用双向电泳(2-DE)进行分离,然后选取在S0底物下差异表达的蛋白质斑点进行串联飞行时间质谱(MALDI-TOF/TOF)鉴定和生物信息学分析及功能预测,最后用实时定量PCR(RT-q PCR)对筛选得到的胞外S0活化相关蛋白基因进行转录水平的验证;最终获得了13个极端嗜酸热古菌A.manzaensis胞外活化S0相关的蛋白质基因。筛选得到的蛋白质中一半以上含有较多的半胱氨酸残基(Cys),说明胞外富含巯基(-SH)的蛋白参与了S0活化;其中谷氧还蛋白(glutaredoxin)和FAD键合氧化酶均含有-CXXC-结构域,且两种蛋白质的基因表达量较高,说明含有-CXXC-结构域的蛋白质在极端嗜酸热古菌A.manzaensis活化S0的过程中起重要的作用。     

极端微生物及其应用研究进展

极端微生物是指在高/低温、高/低p H、高盐、高压等极端环境条件下生存的微生物.特殊的生存条件导致其具有特殊的遗传背景和代谢途径,并可产生功能特殊的酶类和活性物质.随着系统生物学和合成生物学技术的发展,极端微生物作为一类特殊的微生物群体,在生物医疗、生物能源和生物材料等领域具有巨大的应用潜力.极端微生物相关研究也对生命起源与演化、生物工程技术等领域的发展具有重大意义.本文对极端环境及极端微生物的概念和分类进行了回顾,综述了极端微生物在不同环境条件下的适应机制及其酶的应用,并介绍了合成生物学在极端微生物研究中的应用情况.此外,由于极端微生物和极端酶的特殊性和高效性,本文还探讨了极端微生物开发过程中的挑战,以及其在航空航天与国防安全领域的综合应用潜力,并指出了相关研究的必要性.     

多重极端环境中的生命:深海热液中的超嗜热古菌Thermococclaes

超嗜热古菌Thermococcales是一类在类早期地球环境深海热液系统中常见的优势微生物类群,同时也是一类很好地适应了热液系统中剧烈波动的理化因子的微生物,部分Thermococcales微生物具有惊人的生长跨度(超过40℃的温度生长跨度、超过5个pH单位的pH生长跨度以及超过80 MPa的压力生长跨度),同时与其他绝大多数微生物相比具有较小的基因组(2.3 Mb).有关Thermococcales在不同极端环境下的适应性研究发现,其特殊的代谢途径与多重极端环境适应相关,这些代谢途径包括:相容性溶质、能量代谢、膜脂、氨基酸代谢及抗氧化途径,进而发现可能存在应对多重极端环境的共同适应机制.研究Thermococcales的共同适应机制,可帮助探索深部生物圈这样低能、高温极端环境下(包括域外)微生物的生存策略,将为探究早期生命的代谢特点,进而更好地理解生命起源提供宝贵的模型和研究思路,也为合成生物学研究及工业化应用提供理论借鉴与生物材料.     

极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶的研究进展

极端嗜热古菌由于生活在高温环境,其基因组DNA面临着严重的挑战,因此,它们如何维持其基因组稳定是本研究领域最为关注的科学问题之一。极端嗜热古菌具有与常温微生物相似的自发突变频率,暗示着它们比常温微生物具有更加有效的DNA修复体系进行修复高温所造成的基因组DNA损伤。目前,极端嗜热古菌DNA修复的分子机制尚不清楚。核酸内切酶在DNA修复途径中发挥着重要的作用。基因组序列显示极端嗜热古菌编码多种DNA修复核酸内切酶,但是其研究尚处于初期阶段。本文综述了极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶Nuc S、Endo V、Endo Q、XPF和Hjc的研究进展,并对今后的研究提出了展望。     

地微生物学研究热点之一

地球表层或地球内部的一切极端环境中生存微生物是一个潜在的资源宝库。曾报道在温泉、深海热液出口交接处有嗜热细菌的存在,源于这些细菌含有很强的嗜极酶、如耐热酶、蛋白质及其他细胞组分,有些嗜热酶进入实用化,商品化。有的嗜热细菌全部基因组测序工作的完成,对嗜极酶基因组的研究与探索以及对嗜热菌适应极端环境的生存和繁衍与分子机制的研究有重要价值。这是深海火山口嗜热微生物研发的一个热点,也是地微生物学研究的新领域。英国“自然”(2005．元月)报道,地中海深处含盐量极高的4个盐盆地区,有一群活着的微生物,该地区水的含盐量极高,比酱油成2倍,这些微生物照样维持它们的生命活动。