一株深海热液口超嗜热古菌的分类鉴定及高温酶活性研究

对一株分离自深海热液口古菌HJ21进行了分类鉴定及高温酶活性的研究。该菌株是极端嗜热的厌氧球菌，直径为1．0～1．2μm。菌株最适生长温度88℃；菌株生长pH为5．0—9．0，最适pH为6．5～7．0；菌株生长NaCI质量浓度为10～50g·L^-1，最适为20g·L^-1。根据其形态特征、生理生化特性以及16S rRNA基因序列分析结果，确定HJ21菌株为热球菌属（Thermococcus）。该菌株能产生高热稳定的高温α-淀粉酶、普鲁兰酶、α-葡萄糖苷酶和蛋白酶，这些酶的最适作用温度分别为95、95、100和100℃，α-淀粉酶、普鲁兰酶和α-葡萄糖苷酶在90℃的半衰期分别为5、5和2h；蛋白酶在100℃保温2．5h后仍具有84％的酶活性。

超嗜热古菌Thermococcus sp．HJ21产高温α-葡萄糖苷酶条件和酶学性质初步研究

对1株分离自深海热液口的超嗜热古菌(Thermococcus sp.HJ21)菌株进行了产α-葡萄糖苷酶条件的优化和酶学性质的初步研究。结果表明,该菌株发酵时间为6h时,较适合产胞内α-葡萄糖苷酶,发酵时间为21 h时较适合产胞外α-葡萄糖苷酶。其最适产酶温度为85℃,pH为6.5,NaCl浓度为2.5%。可溶性淀粉、酵母粉和蛋白胨促进产酶。该酶的最适作用温度为100℃,90℃半衰期(t_(1/2))为2h。最适酶作用pH值为7.0,在pH值5.0～8.0酶活力相对稳定。金属离子Cu^(2+)、Al^(3+)、Ni^(2+)对该酶有较明显抑制作用,Hg^(2+)几乎完全抑制该酶的活性,而EDTA、Fe^(3+)和K^+对该酶有激活作用。

超嗜热古菌耐热酸性α-淀粉酶的发酵条件和酶学性质研究

对一株分离自深海热液口的超嗜热古菌(Thermococcus sp.HJ21)菌株进行了α-淀粉酶发酵条件的优化和酶学性质的研究。该菌株发酵9h后到达产酶高峰,产酶温度范围为60—90℃,其最适产酶温度为80℃。产酶pH范围为5.0—9.0,最适产酶pH为7.5。产酶NaCl浓度范围为0.5%—4.0%,2.5%为最适宜NaCl浓度。糖原、淀粉、麦芽糖、酵母膏和蛋白胨促进产酶。该菌株产生的α-淀粉酶的分子量为51.4kDa,酶的最适作用温度为95℃,在100℃仍有60%的酶活力。酶在90℃的半衰期为5h,在100℃2h仍有40%的残余酶活,酶的热稳定性不依赖Ca2+。酶的最适作用pH为5.0,pH4.5仍有80%的酶活力,pH在5.5—7.0较稳定(80℃4h)。金属离子1mmol/L的Mg2+、Co2+、Sr2+、Ba2+、K+、Na+对酶有激活作用,Cu2+、Pb2+、Hg2+、Zn2+、Al3+对该酶均有抑制作用。

来源于超嗜热古菌雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1耐热耐压脯肽酶的酶学性质研究

【目的】脯肽酶是一种能从二肽(Xaa-Pro)的C末端水解脯氨酸或羟脯氨酸残基的肽酶。对深海来源的雅氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)CH1基因组中PYCH_07700基因编码的蛋白Pyprol的体外酶学性质进行研究,以期发现新型脯肽酶。【方法】在小宝岛热球菌(Thermococcus kodakarensis)TS559中异源表达Pyprol。使用二肽Met-Pro作为底物,检测重组蛋白的脯肽酶活性。【结果】Pyprol的最适温度为100℃,最适pH为6.0。Pyprol在与Co^(2+)结合时活性最高,最适的金属离子浓度为1.2 mmol/L。与P.furiosus来源的脯肽酶Pfprol相比,Pyprol在更宽的pH范围具有活性,并且能够耐受更高浓度的金属离子。Pyprol是耐压蛋白,最适静水压为40 MPa。与常压条件下相比,40 MPa下,Pyprol在40、70和100℃均有更高的活性。【结论】来源于深海热液喷口的严格嗜压的超嗜热古菌P.yayanosii CH1的新型脯肽酶Pyprol具有热稳定和耐压特性。

超嗜热古菌基因组的热稳定性

超嗜热古菌能够生活在80℃以上的高温环境中,它们的耐热性已经成为当前研究的热点之一。以往对超嗜热菌的认识多集中于蛋白质的耐热性,而很少有关于基因组热稳定性的综述文章。综述了当前对超嗜热古菌的基因组稳定性以及DNA损伤识别机制的研究进展,以期更好地了解超嗜热古菌的耐热机制。

超嗜热古菌遗传操作系统研究进展

遗传操作系统,是研究基因和基因产物功能的一个极为重要的工具。超嗜热古菌遗传操作系统方面的研究落后于甲烷菌及嗜盐古菌中的研究,主要原因是选择标记的缺乏。然而,近十年来,在以硫化叶菌(Sulfolobus)为代表的超嗜热泉古菌和Thermococcus kodakaraensis为代表的超嗜热广古菌中,遗传操作系统研究取得了很大的进展。本文主要对这两种超嗜热古菌的遗传操作系统进展以及应用进行概述。

超嗜热古菌Thermococcus eurythermalis A501编码B家族DNA聚合酶的生化特性及PCR应用

DNA聚合酶广泛应用于PCR技术,在生命科学研究及相关领域发挥重要作用。但目前商业化DNA聚合酶仍不能完全满足科研需要,有必要寻求高性能DNA聚合酶。文中克隆表达了超嗜热古菌(Thermococcus eurythermalis)A501来源的B家族DNA聚合酶基因(NCBI数据库基因登录号为TEU_RS04875)、表征该重组蛋白的生化特性、评价了其PCR应用。将删除intein蛋白序列的DNA聚合酶(Teu-PolB)进行体外重组表达,经亲和层析和离子交换层析纯化获得Teu-PolB蛋白;利用5′端带荧光标记的寡核苷酸作为底物,用尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定Teu-PolB的生化特性;以噬菌体λDNA基因组为模板,探究Teu-PolB的PCR应用。结果显示,Teu-PolB具有DNA聚合酶活性和3′→5′核酸外切酶活性,该酶在98℃下的半衰期约为2 h,热稳定性高。使用Teu-PolB进行PCR扩增,最适PCR缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl pH 8.0,2.5 mmol/L MgCl_(2),60 mmol/L KCl,10 mmol/L(NH_(4))_(2)SO_(4),0.015%Triton X-100和0.01%BSA,最适延伸温度为68℃。此外,Teu-PolB能在2 kb/min条件下成功扩增4 kb目的片段,扩增产量弱于商品化Taq DNA聚合酶,优于Pfu DNA聚合酶,但扩增速率和保真度优于Taq和Pfu DNA聚合酶,且对盐的耐受性较高。综上所述,本研究鉴定了一种高保真DNA聚合酶Teu-PolB的生化特性,结果表明该酶可应用于PCR扩增,具有热稳定性高、耐盐性能好、扩增速率高、保真度高等特征。

超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶研究进展

蛋白酶和肽酶在超嗜热古菌的营养代谢、蛋白质转换与加工以及蛋白质质量控制等重要生物学过程中发挥关键作用。超嗜热古菌蛋白酶和肽酶具有优良的热稳定性和高温活性,是研究蛋白质耐热分子机制和酶行使功能上限温度等科学问题的理想材料,同时也具有重要的工业应用价值。本文对超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶的种类、功能、催化特性、热稳定机制以及应用前景进行综述与分析。

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.

超嗜热古菌整合性遗传元件的研究进展

细菌中整合性遗传元件与DNA修饰和防御、毒力因子传播以及次级代谢等生理功能存在关联,而相关研究在超嗜热古菌中尚处于起步阶段。本文综述了超嗜热古菌中整合性病毒、质粒及基因组岛等整合性遗传元件的分类、整合及维持机制。展示了整合性遗传元件参与的水平基因转移过程在超嗜热古菌基因组演化中扮演的重要角色。整合性遗传元件相关功能基因组学研究为理解超嗜热古菌的多样性及其环境适应性机制提供了新的视角。

嗜热古菌Thermococcus sp.HJ21产高温普鲁兰酶条件和酶学性质

对一株分离自热液口的超嗜热古菌（Thermococcussp．HJ21）菌株产普鲁兰酶的条件及酶学性质进行了研究。结果发现：该菌株在18h产酶量达到最高。在发酵温度为88℃、培养基初始pH6．5，以及NaCl质量浓度为2．5g／dL时，产酶较高。麦芽糖、酵母粉和蛋白胨有利于普鲁兰酶的产生。该酶的最适作用温度为95℃，在80～100℃之间仍可保持较高的酶活性；该酶具有较好的热稳定性，100℃保温2h，仍有50％以上的残余酶活。该酶的最适作用pH为6．0，并且在PH5．0～7．0之间可以保持较高酶活性；在pH5．0～7．0之间较稳定，在pH6．5时稳定性最好。Ca2＋和Na＋对普鲁兰酶具有较强的激活作用，而Al3＋、Ni2＋、Hg2＋、Cu2＋等则强烈抑制酶的活性。

深海热液区超嗜热古菌Thermococcus sp.TVG2的培养分离与鉴定

【目的】培养分离大西洋脊热液区的超嗜热古菌,为进一步认识该生态系统中的物种及其特点奠定基础。【方法】将大西洋脊热液区海水样品用YTSV培养基富集培养,选取其中富集效果最佳的TVG2培养物用减绝稀释法分离纯化。对所分离菌株进行形态、生理生化特征等分析,并通过分子生物学手段对其进行初步鉴定。【结果】菌株TVG2属于超嗜热厌氧球菌,直径约1.0μm;生长温度范围50-88°C,最适生长温度82°C;生长p H范围为5.0-9.0,最适生长p H值为6.5;生长Na Cl浓度为1.0%-4.0%(质量体积比),最适生长浓度为2.5%;元素硫可显著提高菌株TVG2的生物量,但非生长必需;丙酮酸钠能显著促进该菌株生长,但葡萄糖对其生长则有抑制作用。根据其形态特征、生理生化特性及16S r RNA基因序列分析,确定菌株TVG2属于热球菌属。【结论】用YTSV培养基从大西洋脊热液区样品中分离获得超嗜热厌氧菌株TVG2,并确定其为Thermococcus属成员,命名为Thermococcus sp.TVG2。

纺织用嗜热内切-1,4-β-葡聚糖酶在大肠杆菌中的重组表达、纯化与酶学性质

首先从Pyrococcus horikoshii中克隆出编码热稳定性的内切纤维素酶基因,以载体pet21a为表达质粒,构建重组质粒pet21a-1171,并转化至大肠杆菌BL21(DE3)plys中进行表达,目的基因得到明显的可溶性表达,通过加热变性处理和离心后,重组酶纯度达到80%以上,随后对加热处理后的粗酶液进行简单酶活测定,结果表明,最适反应温度为95℃,与国外文献报道相一致,嗜热内切-1,4-β-葡聚糖酶成功得到重组可溶性表达。

敏捷气热菌起始密码子侧翼序列与密码子偏好及基因长度相关性研究

好氧超嗜热古菌敏捷气热菌 (Aeropyrumpernix)mRNA中起始密码子AUG侧翼序列的保守性以及它与密码子使用偏好及基因长度之间具有相关性。AUG侧翼序列的保守性由M1(1)值表示 ,AUG侧翼序列对翻译起始的有效性由AUGCAI值表示。研究表明 :高表达和低表达基因的 - 2 0位到 +13位中某些位点的保守性存在差异 ,其中高表达基因的 - 4位和 - 3位可能与其高表达的特性有关 ;在A .pernix中一个普遍的趋势是 :较短的基因有较高的表达效率 ,较长的基因的表达效率较低。与仅使用密码子偏好相比 ,将AUGCAI值引入到研究古菌在翻译水平上的自然选择更准确。

基于内源Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统构建超嗜热火球菌Pyrococcus yayanosii A1的基因敲降系统

【目的】亚氏火球菌(Pyrococcus yayanosii)A1菌株的最适生长温度为98℃,最适生长压力为5.2×10^(4) Pa,是研究此类严格厌氧、超嗜热和兼性嗜压古菌的环境适应性机制的良好材料。本研究基于P.yayanosii A1基因组中Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统,旨在建立可应用于此类古菌的基因表达敲降系统(gene knock-down system)。【方法】人工构建的mini-CRISPR簇,由内源性CRISPR簇Group 1的重复序列(repeats)和待敲降的淀粉酶基因(PYCH_13690)中的原间隔序列(protospacer)组成。将该mini-CRISPR簇插入到具有辛伐他汀抗性的穿梭载体pLMOShhp中,使之转录与目的基因mRNA匹配的crRNA,引导Cmr复合物对其进行切割。【结果】使用高静水压(HHP)诱导型启动子Phhp诱导mini-CRISPR簇表达时,淀粉酶基因的mRNA数量在5.2×10^(4) Pa静水压时下调到原来的67.05%,在1.0×10^(2) Pa静水压时下调为原来的49.69%;而使用组成型启动子Phmtb诱导mini-CRISPR簇表达时,淀粉酶基因的mRNA数量在5.2×10^(4) Pa静水压时下调为原来的58.48%,在1.0×10^(2) Pa静水压时下调为原来的23.97%。使用鲁戈氏碘液显色法对这两类基因表达敲降突变菌株的培养物中残留的淀粉含量进行分析,结果显示突变菌株的淀粉降解能力明显降低。【结论】在P.yayanosii A1中建立了基于内源Ⅲ-B型CRISPR-Cas系统的基因敲降系统,可以用于抑制此类超嗜热嗜压古菌体内基因的表达。

冰岛硫化叶菌xpb基因缺失突变体的构建及遗传学分析

为在体内研究古菌核苷酸切除修复(nucleotide excision repair,NER)机制,利用基因敲除的方法,对泉古菌核苷酸切除修复机制进行研究,构建了冰岛硫化叶菌编码真核生物NER解旋酶XPB同源蛋白的基因xpb1和xpb2单缺失突变体,从而在体内分析xpb1和xpb2基因的功能。结果表明:基因xpb1或xpb2不是冰岛硫化叶菌存活的必需基因。表型分析发现,xpb1和xpb2基因单缺失突变体相较野生型菌株REY15A,对DNA损伤试剂4-NQO 4-硝基喹啉-1-氧化物(4-nitroquinoline 1-oxide,4-NQO)分别表现出轻微敏感性和不敏感性,暗示NER解旋酶功能在冰岛硫化叶菌体内存在多重冗余。

厌氧产氢微生物研究进展

微生物是生物制氢的核心。本文论述了通过厌氧代谢途径产氢的微生物种类及高效产氢微生物选育和应用的研究趋势,其中重点论述了中温和嗜热厌氧产氢微生物的产氢能力、底物利用范围及代谢特性,简述了嗜热一氧化碳营养型产氢菌的种类及代谢特点。

主编导读

热稳定性高、耐盐性能好、扩增速率高、保真度高的DNA聚合酶在PCR反应中具有广泛的用途。翁妍等[1]从超嗜热古菌(Thermococcus eurythermalis)中克隆了一个B家族DNA聚合酶,命名为Teu-PolB DNA聚合酶。该DNA聚合酶的扩增速率和保真度优于Taq和Pfu DNA聚合酶。扩增产量略高于Pfu DNA聚合酶,但弱于商品化Taq DNA聚合酶,在高保真DNA片段扩增中具有一定的应用前景。