超嗜热菌对乡村有机固体废弃物发酵过程减量化的影响研究

传统发酵在废弃物资源化处理中已经广泛应用,但是存在发酵周期长、发酵温度低、容量大、水分高、减量化效果不佳等缺陷。采用超高温好氧发酵技术对乡村有机固体废弃物进行处理,将超高温环境下培养出的以芽孢杆菌(Bacillus)为核心的超嗜热菌剂添加到有机固体废弃物中,采用高通量测序技术,对堆体不同阶段的微生物种群进行分析,同时,对堆体温度、含水率、碳氮比(C/N,质量比)、pH、种子发芽指数(GI)和电导率(EC)等指标进行分析。结果表明:堆体的最高温度为86℃,以80℃为节点,发酵超高温期占比达到2/3,含水率从44.57%下降到29.09%,总减重率和总减容率分别为85.50%、50.51%,发酵结束时C/N、pH分别为15.56、7.55,发酵结束时物料的GI和EC分别为110.24%和3.72 mS/cm,发酵过程中芽孢杆菌目(Bacillales)和放线菌目(Actinomycetales)是达到堆体减量化效果的主要菌目。综上所述,超嗜热菌对好氧堆肥有一定的促进作用,是乡村固体废弃物减量化处理较为理想的发酵菌剂。

超嗜热菌中短链脱氢酶的酶学性质及应用

短链脱氢酶是一类依赖NAD(P)H的氧化还原酶,具有相似的序列模型和催化机制,在一系列氧化还原反应机制中发挥重要作用。来自超嗜热菌中的短链脱氢酶表现出高稳定性,具有广泛的应用价值。本文概括了超嗜热菌短链脱氢酶的来源,pH、温度、金属离子影响和有机溶剂耐受性等酶学性质,概述了嗜热醇脱氢酶在工业特别是制药业中的作用。

融合超嗜热菌Pyrococcus furiosus红素氧还蛋白可提高靶蛋白的热稳定性

热稳定性是功能蛋白(特别是酶蛋白)储存和使用的重要限制因子。许多商业酶因耐热性不能达到工业生产的热处理条件而无法被采用;另外,植物中与光合作用有关的关键酶也受高温抑制,从而导致农作物产量下降。因此,对酶蛋白进行分子改良以提高其热稳定性,进而提升其功效和扩大其应用范围,具有重要的现实意义。选取3种典型的热稳定性差、易聚集但具有重要功能的酶蛋白(小桐子抗坏血酸过氧化物酶1即JcAPX1、大肠杆菌高丝氨酸-O-转琥珀酰酶即EcMetA、假单胞菌亚磷酸盐脱氢酶即PsPtxD)作为靶蛋白,鉴定出超嗜热菌Pyrococcus furiosus的小分子红素氧还蛋白(rubredoxin)能够作为热稳定融合标签,提高大肠杆菌重组表达靶蛋白的可溶性、热稳定性及其活性的耐热能力,为通过融合表达策略提高目标蛋白的热稳定性并强化其应用提供了一个新的技术选择。

超嗜热菌中逆促旋酶的研究进展

逆促旋酶是存在于超嗜热菌的一种能够诱导 ＤＮＡ形成正性超螺旋的ｔｙｐｅⅠ－５’拓扑异构酶。基因测序结果显示其具有典型的二区域结构：位于氨基末端的类解旋酶区与位于羧基末端的拓扑异构酶Ⅰ区。２个区域共同作用催化ＤＮＡ形成正性超螺旋。系统发育学分析表明，目前所有已知的逆促旋酶共同形成了一个ｔｙｐｅⅠ－５’拓扑异构酶的新分支一ＴｏｐＲ。

畜禽粪便超高温堆肥技术研究进展

本研究旨在深入探究超高温堆肥技术在畜禽粪便处理领域的研究现状与应用潜力。通过分析超高温堆肥中试研究、超高温堆肥工程案例和超高温堆肥产物的质量及其应用效果,结果显示,外源供热和超嗜热菌剂添加是实现超高温堆肥的关键因素,其中超嗜热菌剂的添加尤为关键。研究表明,超高温堆肥适用于不同规模和不同种类的畜禽粪便处理,具有经济可行性。同时,超高温堆肥的产物符合中国有机肥料标准,并在种植中显示出良好的效果,具有广阔的推广应用前景。然而,超高温堆肥的微生物菌株资源挖掘利用和超高温堆肥产物的大田应用示范等工作仍有待开展。

超嗜热羧酸酯酶的性质和应用研究

来源于超嗜热菌的超嗜热羧酸酯酶,结构上与激素敏感性脂肪酶(HSL)家族近似,属于α/β-水解酶,但是其空间结构比HSL更加紧密而有韧性,具有很强的热稳定性。性质研究表明,温度和有机溶剂对超嗜热羧酸酯酶的活性和对映选择性影响显著;其最适底物一般是对硝基苯酯,部分酯酶的基因含有GGGX基序,能够水解叔醇酯结构。由于超嗜热羧酸酯酶的独特结构和性质,其应用潜力巨大,尤其在拆分手性的外消旋酯方面独具优势。

His-tag标记的嗜热菌来源L-脯氨酸脱氢酶的纯化与性质

以引入了His-tag做标记的超嗜热菌Thermococcus profundus色素依存性L-脯氨酸脱氢酶基因片段为目的基因,在宿主大肠杆菌Rosetta-gami(DE3)CompetentCells中表达目的蛋白。细胞培养液经超声菌体破碎、热处理、NiSepharose层析分离,得到纯度较高的His-tag色素依存性L-脯氨酸脱氢酶,比酶活是纯化前的5倍。纯化后的酶液经凝胶电泳分离得到片段为58600,40200,22300的3段短肽。通过对该酶性质的初步探索,得出在温度50℃,体系pH8.0,300mmol/LTris缓冲溶液的条件下,L-脯氨酸脱氢酶酶活最高,为1.5U/mL。

Thermotoga petrophila普鲁兰酶基因的异源表达与酶学性质分析

通过生物信息学筛选出来源于超嗜热菌Thermotoga petrophila(DSM13995)的普鲁兰酶基因,以从德国菌种保藏中心购买的基因组作为出发材料,克隆出普鲁兰酶基因TP-pul A;通过二步PCR方法构建含有该嗜热普鲁兰酶基因的载体pET21a-TP-pul A;将重组质粒转入大肠杆菌Rosetta(DE3)中测定其酶学性质。结果表明,TP-pul A为Ⅰ型普鲁兰酶,最适pH值为6.4,最适温度是85℃,半衰期为26.28 h,Na^+、K^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)对其酶活性有明显的促进作用,Mn^(2+)、Co^(2+)、AL^(3+)、Fe^(3+)、SDS及EDTA对酶活性有不同程度的抑制作用,Km、Vmax、Kcat及Kcat/Km值分别为0.72 g·L-1、0.004 9 mmol·L^(-1)·s^(-1)、154.63 s^(-1)、214.76 L·g^(-1)·s^(-1)。本研究采用的生物信息学方法比传统的筛菌方法简单方便耗时短,且获得的嗜热普鲁兰酶的热稳定性好、催化效率高、对普鲁兰糖有较强的底物亲和能力,具有良好的应用前景。

生命来自海底“黑烟囱”有了新证

我国科考队员在2016年深海热液航次中,于西太平洋一处深海热液区发现超临界二氧化碳,这是全球在自然界里的首次发现。近日,科学家分析认为,此次观测到的超临界二氧化碳中含有大量氮气和有机组分,为生命起源以及初始有机质的形成提供了新的启示。生物学研究表明,超嗜热菌很可能是地球上生命的共同祖先,因此热液系统一直被认为与生命起源密切相关。

构建融合蛋白提高重组葡萄糖异构酶的催化性能

为研究Ⅱ型Xylose/Glucose的N端蛋白序列对I型Xylose/Glucose的作用,实验将源自超嗜热菌Thermoanaerobacter thermohydrosulfuricus的Ⅱ型葡萄糖异构酶(TTGIase)N端31个氨基酸序列融合到嗜热菌Thermobifida fusca的Ⅰ型葡萄糖异构酶(TFGIase)的N端,构建了融合蛋白N-TFGIase。实验结果显示:在相同培养和诱导条件下,N-TFGIase,菌体单位浓度产酶量比TFGIase高出约40%,比酶活比TFGIase高出26%,最适温度比TFGIase高出5℃,75℃下的半衰期较TFGIase延长30%,最适pH较TFGIase降低1.0。序列分析表明:TTGIase N端序列的mRNA二级结构不形成有阻碍的颈环结构,提高了融合蛋白的表达效率;其含有的31个氨基酸残基的疏水性指数均小于0,利于融合蛋白的初始折叠和包装;其含有的酸性氨基酸残基比例约为碱性氨基酸残基比例的两倍,减小了酸性介质环境对融合蛋白分子表面的影响。