微生物多糖的生物合成及代谢工程研究进展

综述了微生物多糖的生物合成途径、基因簇结构与功能和代谢工程的研究进展。真菌多糖的合成途径主要包括:前体核苷酸糖(单糖的活化形式)的合成、合成的起始反应、重复单元的延伸、翻转和聚合、多糖的输出。多糖合成过程中涉及大量的基因,大多数基因存在多糖合成基因簇中,随着基因测序技术的发展,大量的多糖合成基因簇被发现和研究。研究表明:通过调控涉及糖核苷酸合成途径的酶水平可提高胞外多糖的产量,而增加多糖合成基因簇基因在微生物中的表达,可产生更高的多糖合成代谢流。     

地衣芽孢杆菌基因文库的构建及分析

作为一种高效无毒、无二次污染以及能够生物降解的水处理剂,生物絮凝剂受到越来越多的关注.以一株具有强絮凝活性地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)为实验菌,通过构建基因组文库,尝试筛选絮凝基因阳性克隆子.结果表明,该菌株基因文库构建成功,共得到2.1×103克隆子.随机挑取17个阳性克隆子进行DNA测序分析,发现一些相对保守蛋白及2个不具有明确功能的基因.该结果为进一步研究地衣芽孢杆菌全基因组结构功能及细菌絮凝基因奠定了基础.     

一种从菲律宾蛤仔黏附细菌Halomonas sp.GHF11中提取的多糖絮凝剂的表征其在脱色中的应用

从海洋细菌Halomonas sp. GHF11中纯化出一种新型微生物多糖。本研究首次报道了GHF11胞外多糖的絮凝和脱色活性。实验结果表明,该胞外多糖对高岭土的最大絮凝活性(FR)达到71.3%,去离子水系统中对燃料孔雀石绿的脱色活性达到92.4%。经过分离纯化后,发现该多糖为复杂的杂多糖,单糖组成分析其主要组分为摩尔比为4:1的葡萄糖和甘露糖,甲基化分析发现其糖苷键连接方式有葡萄糖1→2→3→4连接,甘露糖1→2→3→4→6连接。另外,对其絮凝活性进行表征发现,絮凝体系中多糖的用量明显较少,在500μg·L-1时达到最佳絮凝活性,对染料的脱色在1.8 mg·L-1时达到最佳效果。     

菲律宾蛤仔共附生细菌Pseudoalteromonas sp. JP多糖絮凝剂的分离纯化及表征

选取从菲律宾蛤仔黏附污泥中分离出的絮凝活性菌株Pseudoalteromonas sp. JP,从该菌株发酵液中提取活性多糖,使用deae-52离子交换柱和Sephadex分子筛分离得到多糖纯品,对其进行红外光谱分析,发现其含有多糖类物质的典型特征,主要基团包括羰基、羟基、碳骨架基团等,其中羰基、羟基的存在可能对絮凝分子的吸附效果有促进作用。另外,对胞外多糖纯品的絮凝活性和脱色活性进行了测定,结果显示,该微生物胞外多糖絮凝剂用量较少,且有着较好的脱色效果,在剂量为在0.8 mg·L-1时,最佳絮凝效果达到83.5%,在反应剂量为1.5 mg·L-1时,对孔雀石绿的最佳脱色效果为93.6%。     

863课题“深海微生物活性物质的挖掘及其利用技术”2013年度进展

2013年为863课题"深海微生物活性物质的挖掘及其利用技术"实施的第二年。该年度该课题进展顺利,完成了预期的研究计划。取得的研究进展主要分为以下5个方面:(1)在深海沉积环境样品中分离、纯化、保藏869株菌株,确定了729个菌株的系统进化地位,在深海海水样品中分离了海洋微生物237株,完成了其中168株的细菌测序工作;其中发现一个潜在的新属级类群。(2)对21株深海微生物进行次生代谢产物的分离和纯化,从中分离鉴定代谢产物186个,其中新结构化合物71个;其中1个对称的环四肽类新骨架化合物;发现具有较好药用活性的化合物25个;对Staurosporine的衍生物HDZ-115和Xanthocillin X进行深入的药理药效研究,确定为下一步成药性评价的先导化合物。(3)从深海来源微生物中发现对植物病原真菌具有良好抗性的脂肽类活性物质;筛选得到一系列抗污损活性的活性物质,其中1个单体化合物在海洋挂板实验中较好抗海洋污损生物活性,具有进一步开发价值。(4)完成了1株深海海洋放线菌SCSIO ZH66的全基因组扫描测序,克隆鉴定了Grincamycin,Lobophorin的生物合成基因簇,完成了Grincamycin,marinacarboline,lobophorin的生物合成途径。(5)从深海微生物中分离纯化两种具有重要经济价值的新蛋白酶,分离得到到新型高温α淀粉酶和生淀粉酶基因,成功实现异源表达,并对酶学性质进行了研究。     

ERIC序列在不同细菌基因组中分布的分析

重复 DNA序列是细菌基因组中的一个重要组成部分 ,而 ERIC(IRU )序列是在肠道细菌基因组中发现的一类基因间重复序列。本研究使用 HMMER软件建立 ERIC序列族的模型 ,并用该模型对 4 6个已测序的菌株进行全基因组序列搜索 ,并对搜索结果进行比较分析 ,找出 ERIC(IRU )序列在不同细菌基因组中的分布规律 ,即 ERIC序列主要存在于肠道细菌中 ,并不是在细菌基因组中普遍存在的     

紫球藻多糖的降解及其体外抗氧化活性

采用过氧化氢辅助超声波降解法制备低相对分子质量紫球藻(Porphyridium cruentum)多糖,测定降解后寡糖对3种自由基的清除能力,考察相对分子质量对多糖抗氧化活性的影响。结果显示:多糖的降解率随过氧化氢的体积分数(φH2O2)、超声时间和反应温度的增加而增加;相对分子质量随三者的增加而降低,当φH2O2、超声时间和反应温度分别为8%、6 h和70℃时趋于稳定,分别获得了平均分子量为203.6、606.6和730.2 ku的寡糖。抗氧化实验表明:相对分子质量小的多糖对自由基有明显的清除作用,相对分子质量对其抗氧化活性有显著影响,相对分子质量为203.6 ku的寡糖活性最好。     

油茶基因组微卫星特征分析

对油茶基因组约10%覆盖度的DNA序列进行微卫星查找,共获得11 344个重复单元长度为1～6碱基的微卫星。在此基础上,通过对这些微卫星序列分析发现:在油茶基因组中长度为二核苷酸的微卫星重复单元最为丰富,占27.1%;在单碱基重复和二碱基重复这两种类型中,最主要的优势重复单元分别是A/T以及AT/TA、AG/TC。三碱基、四碱基、五碱基重复类型中,(AAN)n、(AAAN)n和(AAAAN)n为对应的优势重复单元,这些优势重复单元中富含碱基A和T。油茶基因组中变异程度高的微卫星(长度≥20 bp)约占11.7%。分析还发现,除单核苷酸重复微卫星外,油茶基因组微卫星长度的变异速率与重复单元长度呈负相关,即油茶基因组中长度较短的微卫星变异速率较快,而较长的重复单元变异速度较慢,相对较为稳定。     

生物絮凝剂产生菌的筛选及絮凝性能研究

从活性污泥中筛选出絮凝剂产生菌,并对其絮凝条件进行絮凝性能研究。经絮凝实验筛选得到4株絮凝活性较高且稳定的菌株,分别命名为M1、M2、M3、N5。对其中1株进行絮凝活性及絮凝条件的研究,其絮凝活性物质主要为菌体分泌物,该菌可产生高絮凝活性的最佳絮凝条件:对于浓度为1~9g/L的高岭土,最佳助凝剂为1%的CaC l2,投入量为40 mg/L,pH值为9,絮凝率可达98%,具有良好的热稳定性,适于工业化生产。     

微生物絮凝剂产生菌的鉴定及絮凝特性研究

试验选取菌株PY-M3和PY-F6所产絮凝剂,研究了微生物絮凝剂的添加量、水的pH值、高岭土溶液的浓度、助凝剂的种类、助凝剂的添加量和沉淀时间对絮凝效果的影响,并研究了絮凝剂的絮凝活性分布和微生物絮凝剂的热稳定性,对絮凝效果好的菌株进行了鉴定。结果表明,菌株PY-F6的最佳絮凝条件为絮凝剂投加量30mL/L,pH 8,高岭土悬浊液浓度3g/L,Ca~(2+)的助凝效果最好,质量浓度1%的CaCl_2投加量20mL/L,静置时间20min,菌株PY-M3的最佳絮凝条件为絮凝剂投加量30mL/L,pH 8,高岭土悬浊液浓度3g/L,Ca~(2+)的助凝效果最好,质量浓度1%的CaCl_2投加量30mL/L,静置时间40min;在最佳絮凝条件下,PY-F6絮凝剂的絮凝率达到99%,PY-M3絮凝剂的絮凝率达到96%;两种微生物絮凝剂的活性成分主要存在于上清液中,为菌体细胞分泌的胞外代谢产物而非菌体本身;PY-M3絮凝剂的热稳定性较差,PY-F6絮凝剂的热稳定性较好;PY-F6菌株可以鉴定为黄三素链霉菌(Streptomyces flavotricini)。     

絮凝剂产生菌克雷伯氏杆菌的筛选、鉴定及培养条件优化

采用常规细菌分离方法从木薯淀粉黄浆废水中筛选得到一株微生物絮凝剂产生菌,编号为M2。经过形态学特征、生理生化反应试验和16S rDNA基因序列分析鉴定该菌株为克雷伯氏杆菌,命名为Klebsiella sp.M2。通过单因素实验对菌株M2培养条件进行优化,结果表明最佳培养基种类、培养基初始pH值、培养温度及摇床转速分别为查氏培养基、5、30℃及150r/min。与大部分微生物絮凝剂产生菌上清液表现出絮凝性不同,菌株M2的菌体本身表现出絮凝活性;经过使用超声波破碎仪证明菌体本身具有絮凝活性,最佳絮凝率达到93.20%,具有易于运输、便于使用的优点。菌株M2在以蔗糖作为碳源、KNO3作为氮源的情况下絮凝活性最好。     

一株絮凝剂产生菌的筛选鉴定和培养条件优化

通过高岭土悬浊法考察微生物絮凝剂产生菌的絮凝活性,采用平板划线法从土壤样品中分离得到一株具有较高絮凝活性的菌株C412。根据菌落形态观察、生理生化实验和16S r DNA序列相似性比对,判定菌株C412为解淀粉芽孢杆菌。通过单因素法优化培养基,发现可溶性淀粉为最佳碳源;硫酸铵和牛肉膏复合为最佳氮源;添加适量的Na+和Mg2+有益菌株生长和絮凝活性提高。优化后的培养基组成为:15 g/L可溶性淀粉、1 g/L牛肉膏、3 g/L硫酸铵、1 g/L Na Cl、0.05 g/L Mg SO4·6H2O、5 g/L K2HPO4、2 g/L KH2PO4(p H=7)。菌株C412在此培养基中生长17 h后,菌体浓度(OD600)达到最大(3.18),其最大絮凝活性可达95.53%。从发酵上清液中提取的生物絮凝剂耐热区间(4~60℃)和体系工作p H范围(4~13)较为广泛。     

中药渣培养絮凝剂产生菌的研究

从中药厂活性污泥中筛选出一株具有较高絮凝活性的菌株ZY3,采用均匀实验设计法研究了该菌株的最佳培养基条件;结果表明：ZY3菌株的絮凝活性随菌株达到稳定生长时最高,絮凝菌的最佳培养基配方为：酵母膏0．55g、药渣12g、葡萄糖8g、尿素0．5g、（NH4）2SO4 0．39g、KH2PO4 0．6g,K2HPO4 5．4g、NaCl 0．1g、H2O1 L,添加部分中药渣在絮凝茵发酵培养基中,可以作为微生物生长所必需碳源的补充,并能降低培养基的生产成本。     

微生物絮凝剂产生菌筛选及絮凝条件优化

从空气和活性污泥中筛选出絮凝剂产生菌,并对其絮凝条件进行优化研究。实验共分离纯化出纯种菌株19株,经絮凝试验筛选得到有絮凝能力的菌株9株,复筛得到3株絮凝活性较高且稳定的菌株,分别命名为M-2、M-3、G-3。以M-3为例,研究了碳源、氮源、培养基初始pH值、培养时间、培养温度及通气量等对菌株絮凝性能的影响,结果表明玉米面、黄豆面分别为最佳碳源和氮源,M-3的最佳培养条件为：温度30℃,培养基初始pH值为8．5,培养时间为36或60小时,摇床转速为160r／min。     

微生物絮凝剂产生菌的筛选及絮凝活性的研究

从土壤中筛选出8株具有絮凝活性的菌株,经复筛后得到1株絮凝活性较高的微生物絮凝剂产生菌C1,并以此为研究对象,分别考察了培养基中碳源、氮源、无机盐以及培养基初始pH值和培养温度等因素对絮凝活性的影响.研究表明,C1菌株在以葡萄糖为碳源、牛肉膏为氮源、初始pH6.0、培养温度30℃、培养时间为72h的条件下,所产絮凝剂对4%高岭土悬浊液的絮凝效率可达90.4%,显示出良好的应用前景.     

副溶血弧菌K抗原基因决定簇的破译及液相芯片检测方法的建立

副溶血性弧菌是一种革兰氏阴性嗜盐致病菌,被认为是多血清型引起的主要食源性致病菌.通过全基因组测序技术,实现对K3、K29、K61菌株的测序.并且使用相关软件对测序数据进行基因预测和功能注释从而实现抗原决定簇的破译.鉴定的3个血清型的K抗原基因簇,表现出高程度的遗传多样性.根据K抗原基因决定簇的特异基因,建立了用于检测和鉴定这3种K血清型的液相芯片检测体系.本研究中破译的副溶血弧菌K抗原基因决定簇以及基于分子技术建立的检测分型体系,为高效的细菌检测提供了可能.     

沼泽红假单胞菌砷代谢基因多样性及进化分析

对已公布全基因组的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudanonas palustris)砷代谢基因进行解析,探求其砷代谢机制及进化关系.已公布全基因组的7个菌株中均含有砷抗性(ars)基因簇,主要包括arsR,arsC,arsM,arsB,acr3p,arsH,但不同菌株间的arsR同源性可以有较大差异,有6个菌株同时含有Ⅰ和Ⅱ两类arsC,5个菌株含有arsM,arsM同源性也有较大差异.结果表明:R.palustris砷代谢机制的主体为细胞质As(Ⅴ)还原和As(Ⅲ)甲基化,菌株不同,砷代谢基因呈现明显差异和多样性.     

Cupriavidus necator JMP134细菌人工染色体基因组文库的构建与鉴定

Cupriavidus necator JMP134(C.necator JMP134)可以降解60多种芳香族化合物,在环境污染治理方面具有良好的应用前景.该菌株基因组含有两个苯酚降解基因簇,克隆并研究其功能具有重要的理论和应用价值.以pIndigo-BAC 5为载体,构建了C.necator JMP134的细菌人工染...     

菲律宾蛤仔黏附污泥絮凝机制研究

菲律宾蛤仔粘附污泥作为天然絮凝剂具有良好的天然絮凝活性,为研究其絮凝活性产生机制,本文针对粘附污泥中的生物因素(细菌、真菌、无菌蛤仔)和非生物因素(泥沙)等生态组成,建立5组蛤仔暂养系统,分别投加细菌双抗生素、真菌双抗生素、细菌双抗生素和真菌双抗生素联用、不加栖息地泥沙、以及正常暂养对照(加栖息地泥沙),比较各生态因素对菲律宾蛤仔所产粘附污泥的絮凝沉淀性能的影响。结果表明,细菌是菲律宾蛤仔粘附污泥具备絮凝性能的关键生物因素,栖息地泥沙是促进粘附污泥絮凝的重要非生物因素;耐药絮凝活性细菌使得细菌双抗生素组的粘附污泥仍具备一定的絮凝活性;多糖是菲律宾蛤仔粘附污泥产生絮凝作用的重要物质基础。     

miR-430基因簇的生物信息学分析

很多microRNA （miRNA）基因在基因组上紧密排列形成miRNA基因簇,mir-430是目前已发现的最大miR-NA基因簇,但其起源和进化方面却是未知的.为了揭示mir-430基因簇的起源及其在相关物种的进化关系,文中基于miRNA序列同源保守的特点,采用BLAST程序在NCBI基因数据库中搜索mir-430序列,在14个物种中共搜索到35个mir-430基因序列,这14个物种都为硬骨鱼类.多序列对比发现mir-430基因簇成熟序列的第2到第8位碱基以及第16到第22位碱基为保守序列.进化分析表明七鳃鳗的pma-mir-430基因可能是此基因家族最早出现的基因形式,并且pma-mir-430e可能是其他物种mir-430基因的祖先基因.祖先基因经过个别碱基的缺失及突变、串联重复和大片段重复等方式形成了mir-430基因簇.该研究通过分析不同物种中mir-430基因簇的特征,揭示mir-430基因簇的分子进化规律,为其调控网络和功能研究提供理论基础.