中国大陆科学钻探(CCSD)微生物研究——地下3900米一株细菌的分离与鉴定

在中国大陆科学钻探科钻一井的3911.28米处利用厌氧培养基分离到一株细菌CCSDFL3900,该菌的最适生长温度为65℃,兼性厌氧,革兰氏染色为阴性,端生芽孢,不运动,电镜观察无鞭毛。利用细菌16SrDNA通用引物对其16SrRNA进行PCR扩增,16SrRNA序列及其进化树分析结果显示,该菌为芽孢杆菌或地杆菌。生化试验检测显示,该菌株能够利用多种糖类发酵产酸,最终鉴定为热坚芽孢杆菌。

NIKKO霉素产生菌的空间生物学效应研究

为了探讨ＮＩＫＫＯ霉素产生菌圈状链霉菌等菌株的空间生物学效应，在返回式卫星上进行了搭载试验。结果表明，有些菌株受空间环境因子的作用其生物学功能性状发生明显变化，其中ＮＩＫＫＯ霉素产生菌的抗生素效价提高１３％～１８％，ＮＩＫＫＯ霉素Ｘ组分和Ｚ组分亦有所提高。这种变化与形态发育分化表征有相关性。

CRISPR-Cas系统及anti-CRISPR蛋白在微生物中的研究进展

CRISPR-Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISP)and CRISPR associated proteins)系统是细菌用来防御病毒、质粒等外源核酸入侵的一种获得性免疫防御系统。随着研究的深入,CRISPR-Cas系统已发展为一种重要的基因编辑工具,并成功应用于动物、植物和微生物的基因改造中。但该基因编辑方法有时存在基因脱靶效应,从而限制了其推广应用。最近,通过将1种新发现的抗CRISPR蛋白(Anti-CRISPR protein,ACP)与CRISPR-Cas系统相结合,已成功开发出可控制基因脱靶效率的CRISPR-Cas基因编辑工具。本文首先对CRISPR-Cas系统及ACP进行了简要介绍,然后就CRISPR-Cas基因编辑工具及ACP在微生物基因改造的应用现状进行了综述,并对ACP介导的CRISPR-Cas基因编辑方法(ACP-CRISPR-Cas)在微生物基因编辑中的应用前景进行了讨论。

肠道微生物菌株资源库的构建与应用开发

肠道微生物组在组成和功能上都具有极高的复杂性,大量基于免培养的微生物组学研究表明肠道菌群失调与多种疾病都存在密切关联,肠道菌群的稳态与宿主健康密切相关已是共识。同时,越来越多的研究者认识到,可培养微生物菌株资源是肠道微生物组研究从关联分析向功能验证、机理解析和应用开发方向深入发展的基础和保障。本文主要对近年来完成的一些具有代表性的人肠道微生物大规模分离培养和菌株资源库构建工作,进行整理,总结回顾肠道微生物分离培养技术和方法的进展;并通过几个有代表性的基于可培养微生物菌株资源开展的肠道微生物数据挖掘、宿主–微生物互作机理研究和应用开发的成果,展示肠道微生物菌株资源库的应用价值和开发潜力。

微生物降解利用木质纤维素的协同作用

木质纤维素复杂的结构组成,是制约高效降解利用这一资源、发展生物炼制的瓶颈。微生物的多酶(菌)体系可有效降解木质纤维素。除好氧微生物的游离酶协同系统之外,主要存在于厌氧细菌中的纤维小体也是有序、高效的协同降解纤维素的复合体系。近年来,在天然纤维小体研究的基础上,研究者们成功设计、构建了人工纤维小体,加深了对这一复合体系的组成单元的理性认识。另外,菌群共培养技术利用各组成菌株代谢途径的协同作用实现了木质纤维素的高效降解。最后,引入异源纤维素酶,可改造现有工程菌株的代谢网络,提高工程菌发酵生产终产物的能力。这些技术有利于实现一步转化生产乙醇的联合生物工艺,有助于提高生物炼制的产率、降低生产成本。

中欧环境和微生物科学家:共同担当起保护地球家园的责任

国际科技合作是促进科技进步和人类社会文明发展的重要举措,在环境保护和维护地球生态系统良好运行的目标下,最容易达成共识。中国国家自然科学基金委员会和欧盟委员会2018年和2019年分别发布了在环境生物技术领域合作的项目指南,共同支持环境生物修复技术和塑料降解微生物菌群相关领域的基础研究和成果转化。本专刊邀请了相关项目负责人介绍合作框架内项目的设计思想、主要内容以及获得的进展,并收录了在环境生物修复技术领域的基础研究和成果转化方面的论文23篇。

生物合成长链二元酸新产业的崛起

长链二元酸是一类用途极其广泛的重要精细化工产品。综述了长链二元酸的用途、来源,国内外研究概况以及产业化现状。说明生物合成长链二元酸是中国正在崛起的新产业。

糖生物学:基因组学和蛋白质组学的延伸

糖生物学是糖的化学和生物学研究相结合产生的一门新兴学科 ,研究糖缀合物糖链的结构、生物合成和生物学功能。糖生物学研究在国际上受到高度重视 ,在即将到来的基因组学时代 ,糖生物学研究更是被视为揭示生命本质所不可缺少的重要方面。已知糖链在细胞内可修饰调控蛋白质、脂类的结构与功能 ,在细胞外环境参与免疫应答、感染和癌症等过程中的细胞识别 ,但对其作用机制还不完全清楚。本文介绍糖生物学的研究动态和发展趋势。

糖生物学——破解基因组功能的必由之路

介绍了糖生物学研究的意义和动态 ,包括糖链与糖结合蛋白识别介导的细胞黏附 ,糖链在新生肽链折叠过程中、在免疫系统中、在细胞信号传导中的作用 ,糖链与微生物感染、糖链代谢疾病、糖链的化学合成与分析 ,以及糖生物学研究的特点和发展趋势 .

面向有机污染物消除的“微生物、植物、电”多效耦合作用机制及低能耗型修复技术

中欧合作项目“面向有机污染物消除的‘微生物、植物、电’多效耦合作用机制及低能耗型修复技术”是由中国国家自然科学基金委和欧盟共同资助的重大国际合作项目。该项目研究领域属于环境生物技术,研究团队包括5个中方单位和17个欧方单位,项目主要围绕新有机污染物的生物降解过程和机制、低能耗生物修复技术开展研究工作。项目执行2年来,在降解污染物的微生物资源、弱电介入增效生物降解和强化电子传递、微生物3D打印等方面取得了阶段性成果的同时,项目团队还开展了有效的交流和实质性合作。未来,项目团队将克服新冠疫情影响,强化中欧双方团队内部和团队之间的合作交流,全面实现项目科学目标,圆满完成国际合作任务。

北京龙形水系三种沉水植物根际及叶际微生物群落特征

水生植物及植物表面附着微生物在人工湿地水体净化过程中发挥着重要的作用。以北京奥林匹克公园龙形水系为研究对象,通过高通量测序技术,对其底泥、水体及3种沉水植物——苦草Vallisneria natans、狐尾藻Myriophyllum verticillatum、龙须眼子菜Potamogeton pectinatus——的根际及叶际微生物群落的结构及功能进行了研究。结果表明,微生物多样性从高到低分别为底泥样品、植物根际样品、植物叶际样品和水体样品,植物叶际微生物种类要显著高于水体中微生物种类。LEfSe分析结果显示不同生境富集不同的微生物类群,其中底泥主要富集厌氧微生物类群,水体及植物叶际主要富集好氧微生物类群,植物根际则两者兼具。功能预测结果显示植物叶际样品的反硝化标志基因丰度要高于根际样品及底泥和水体样品,且狐尾藻和龙须眼子菜叶际样品反硝化标志基因丰度要高于苦草叶际样品。本研究可以为人工湿地构建时对沉水植物及功能微生物的选择提供指导意义。

一个新的高温产氢菌及产氢特性的研究

利用Hungate滚管技术从西藏山南地区热泉淤泥中分离到一株高温产氢的厌氧发酵细菌T42。菌株T42革兰氏染色反应为阴性,但KOH裂解试验证实其为革兰氏阳性杆菌。菌体大小为0.7μm^0.9μm×3.2μm^7μm,不运动,不产芽孢。其生长温度范围为32℃~69℃,最适生长温度为60℃~62℃,生长pH范围为5.0~8.8,最适生长pH为7.0~7.5,代时30min。有机氮源是T42菌株的必需生长因子。菌株T42利用淀粉、纤维二糖、蔗糖、麦芽糖、糊精、果糖、糖原和海藻糖等底物生长并发酵产氢,发酵葡萄糖的终产物为乙酸、乙醇、H2和CO2。G+C含量为31.2mol%。系统发育分析表明菌株T42与Thermobrachium celere和Caloramator indicus位于同一分支,生理生化特征也表明菌株T42应是Thermobrachium属的一个新菌株,在中国普通微生物菌种保藏中心的保藏号为AS1.5039。菌株T42的最佳产氢初始pH为7.2,最佳产氢温度为62℃,其氢转化率为1.06mol H2/mol葡萄糖,最大产氢速率为24.0mmol H2/gDW/h。20mmol/L的Mg2+和2mmol/L的Fe2+可分别提高菌株T42的产氢量20%和23.3%,而Ni2+对其产氢无明显的作用。当菌株T42和热自养甲烷热杆菌(Methanothermobacter thermautotrophicus)Z245共培养时,由于降低了氢分压,使其葡萄糖利用率和氢产量分别提高1倍和2.8倍,发酵产物乙酸和乙醇的比例也从1提高到1.7。

产γ-内酰胺水解酶菌株的筛选及发酵条件研究

(-)γ-内酰胺是合成两种抗艾滋病药物(-)carbovir和(-)abacavir的重要原料,具有重要的应用价值,微生物酶法拆分(+/-)γ-内酰胺生产(-)γ-内酰胺的方法具有良好的应用前景。以N-乙酰苯丙氨酸为唯一碳源,从土壤中筛选得到了69株具有酰胺水解酶活性的菌株,利用液相色谱分析方法确定了其中20株有较高的酰胺水解酶活性,利用手性色谱分析的方法进一步得到了一株具有较高立体选择性,能拆分(+/-)γ-内酰胺而获得(-)γ-内酰胺的菌株L29-9,对该菌株的产酶培养基的碳、氮源及初始pH值等进行了研究。结果表明:当选择碳源柠檬酸2g/L、氮源酵母提取物5g/Lp、H 7.0、培养时间40h时,通过完整细胞转化,在30℃下经过12h的反应,产物(-)γ-内酰胺产率达40%,ee值99.5%。

厌氧细菌Acetanaerobacterium elongatum从葡萄糖的产氢特性研究

为了了解影响厌氧发酵产氢细菌Acetanaerobacterium elongatumZ7产氢效率的因素,采用生理学方法对其进行了研究。结果表明:乙醇型发酵菌A.elongatumZ7的最适产氢温度为37℃,最适产氢的起始pH为8.0。该菌发酵葡萄糖和阿拉伯糖产氢的能力较强,氢气产率分别为1.55mol H2/mol葡萄糖和1.50mol H2/mol阿拉伯糖。酵母粉是菌株Z7生长和产氢所必须的生长因子;pH影响菌株的生长和葡萄糖利用率;氢压则影响电子流的分配,从而改变代谢产物乙酸和乙醇的比例;当产氢菌与甲烷菌共培养以维持发酵体系低的氢压时,可使氢的理论产量提高约4倍;培养基中乙酸钠浓度>60mmol/L明显抑制产氢。另外,一个只利用蛋白类物质的细菌能够促进菌株Z7对葡萄糖的利用,进而提供氢产量,为生物制氢的工业化生产提供理论参考。

嗜热栖热菌α-葡萄糖苷酶基因的表达及酶学性质研究

用PCR方法从嗜热栖热菌(Thermus thermophilus)HB27中扩增出编码α-葡萄糖苷酶基因hbg,将其克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)表达载体pET28a(+)上,电击转化E.coliBL21(DE3),获得高效表达hbg基因的大肠杆菌重组菌。重组菌经IPTG诱导表达,SDS-PAGE检测表达蛋白相对分子质量约为59kD,与预期分子量相符。经镍柱和阴离子交换柱纯化的重组表达的α-葡萄糖苷酶HBG最适温度为95℃,最适pH值为5.0。

普鲁兰的底物流加补料发酵研究

在批式发酵优化条件基础上，通过对流加补料方式、流加起始时间、批式流加间隔时间、补料液的组成等对发酵过程的各种参数，如产物量、转化率、生物量、溶氧、发酵液ｐＨ、发酵液黏度以及产物分子量等的影响进行了研究，确定了普鲁兰流加补料发酵的优化条件，使发酵转化率达到７０％以上，产物平均分子量在１０万以上。

将云南原小单孢菌转入纤维化纤维菌的多相分类研究

对中国普通微生物菌种保藏中心(CGMCC)保藏的云南原小单孢菌(Promicromonospora yunnanensis)AS4.1333进行的多相分类研究表明,菌株AS4.1333与纤维化纤维菌(Cellulosimicrobium cellulans)DSM43879T关系密切,它们的16S rRNA基因序列相似性为99.6%,DNA同源性为89.3%。胞壁组分、枝菌酸、甲基萘醌、磷酸类脂和DNAG+Cmol%测定等化学分类结果支持了上述结论。在形态和生理生化特性上,菌株AS4.1333与CellulosimicrobiumcellulansDSM43879T之间也表现出非常相似的性状。根据系统发育分析、化学分类、形态和生理生化特性、DNA同源性测定等研究结果,对菌株AS4.1333的分类地位做了修正,将其从原小单孢菌属中排除,认为菌株AS4.1333与Cellulosimicrobium cellulansDSM43879T是同一个种,建议将菌株AS4.1333由云南原小单孢菌(Promicromonosporayunnanensis)转入纤维化纤维菌(Cellulosimicrobium cellulans)。

诺卡氏菌型放线菌中甲基萘醌的高效液相色谱研究

本文以已知的星状诺卡氏菌(Nocardia asteroides)、紫红红球菌(Rhodococcusrhodochrous)和灰色链霉菌(Streptomyces griseus)标准菌株中提取的醌作为对照样品,用高效液相色谱法,分析测定9株诺卡氏菌型放线菌的甲基萘醌。结果表明,该法是一种较理想的甲基蔡醌测定方法,可应用于诺卡氏菌型放线菌的分类和鉴定。

嗜冷枯草芽孢杆菌低温脂肪酶纯化与酶学性质研究

从筛选出的产低温脂肪酶的菌株发酵液中,经硫铵沉淀、疏水色谱和阴离子交换色谱纯化得到电泳纯酶。酶的最适作用温度为25℃,0℃以下仍可保持25%左右的相对酶活;在pH5.8～8.8的范围内有较高活力,其最适作用pH为7.8;对热很敏感,在60℃保温30min活性即全部丧失,具有典型的低温脂肪酶特征;酶催化不需要金属离子的参与,结构中可能含有二硫键。在25℃,pH8.0测得酶水解反应的Km值为2.65×10-5mol/L,Vmax值为5.21mmol/(L.min)。

酶解蟹壳制备几丁寡糖的初步研究

烟曲霉YJ-407产生的外泌几丁质酶具有内切、外切、转糖苷活性及良好的热稳定性。旨在充分利用该几丁质酶独特的作用方式,诱导其大肠杆菌基因工程菌表达几丁质酶,直接将其酶解乳化蟹壳并分析其酶解产物,旨在分析以蟹壳为原料利用该几丁质酶酶解生产几丁寡糖的可行性。证明乳化蟹壳是该几丁质酶的较好底物,酶解产物经HPAEC-PAD及TLC分析得出主要是几丁二糖、N-乙酰葡萄糖胺和几丁三糖。充分利用食品工业废弃物螃蟹壳,避开酸碱化学处理,通过该几丁质酶酶解生产几丁寡糖是可行的。