利用含油培养基富集、分离和评估海洋产聚羟基脂肪酸酯细菌

【背景】细菌可通过脂肪酸代谢途径耦合聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate,PHA)合成途径实现合成中长链PHA;其拉伸强度、玻璃化温度等加工特性均优于短链PHA,是未来工业化PHA材料的发展方向。【目标】为了获得新的可代谢油类的产PHA细菌,使用3种分离策略从海洋沉积物中分离和鉴定细菌,并评估菌株产PHA的能力。【方法】采集深圳大鹏湾近海沉积物样品;样品通过直接分离,5周连续培养分离,或10周连续提高盐度(3.5%-12.5%)和含油量(1%-10%)富集培养分离,纯化得到菌株;通过16S rRNA基因相似性及系统进化分析鉴定细菌分类地位,利用PHA聚合酶(PhaC)基因鉴定细菌合成PHA的能力;通过测定基因组框架图,分析细菌的PhaC类型、代谢通路及系统进化关系;通过气相色谱分析细菌产PHA的含量及组成。【结果】从深圳大鹏湾近海底泥样品中分离得到96株细菌,phaC基因阳性率达38%,其中包含9个此前未通过产物证实可产PHA的属,包括尖球菌属(Acuticoccus)、海洋源菌属(Idiomarina)、盐芽孢杆菌属(Halobacillus)、微泡菌属(Microbulbifer)、海棍状菌属(Maritimibacter)、硝酸盐还原菌属(Nitratireductor)、公海橄榄菌属(Pelagibaca)、假海栖菌属(Pseudooceanicola)和海旋菌属(Thalassospira)。除了微泡菌属,其他8个属的细菌通过含油富集法分离获得,说明含油富集方法有利于发现新的产PHA细菌资源。此外,获得2株胞内PHA含量高的菌株。Nitratireductor aquimarinus SY-2-4在营养肉汤中培养可累积细胞干重35.0%的PHA;Roseibium aggregate SN13-21以丙酮酸盐为碳源,可累积细胞干重19.9%的PHA。【结论】大鹏海域蕴藏着丰富的产PHA细菌资源,值得进一步挖掘研究。梯度增加含油量和盐度的富集方法有利于分离区系不同的产PHA细菌,适用于分离PHA资源。获得2株潜在PHA高产菌,未来将对菌株进行发酵优化研究。

红树林土壤中产聚羟基脂肪酸酯细菌的分离及其评估

【背景】细菌能通过合成聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalknoates,PHA)在细胞内储存物质和能量,提高对环境的适应能力。在红树林中,由于土壤周期性受海水浸没,形成营养物质种类丰富和含量波动大的特殊生境,为细菌进化出特殊的PHA合成途径提供了条件。【目的】为了增加对红树林产PHA细菌资源的了解,获得产PHA细菌,使用纯培养方法分离和鉴定细菌,并评估菌株的产PHA能力。【方法】采集红树植物海桑根系和红树滩涂土壤样品,连续5周培养、分离纯化获得细菌菌株;通过16S rRNA基因相似性及系统进化分析鉴定细菌分类地位,利用PHA合成酶基因(phaC)鉴定细菌合成PHA的能力;通过基因组草图测序,分析细菌的phaC基因种类、代谢通路及系统进化关系;通过气相色谱分析细菌产PHA的累积量及组成。【结果】从红树林土壤样品中分离得到97株细菌,其中13株带有phaC基因,包括坚强芽孢杆菌(Cytobacillus firmus)、弯曲芽孢杆菌(Bacillus flexus)、除烃海杆菌(Marinobacter hydrocarbonoclasticus)和酯香微杆菌(Microbacterium esteraromaticum)。B. flexus MN15-19以丙酮酸盐为碳源,可累积细胞干重11%的PHA,同时具有固碳功能的还原性三羧酸循环通路,有开发成为固碳产PHA工程菌株的潜力。酯香微杆菌可产PHA,但是其phaC基因结构特殊,基因组注释未能识别出任何已知phaC基因。【结论】研究发现红树林土壤可培养细菌中存在未知的PHA合成途径,说明红树林生态系统中的细菌具有资源挖掘的重要价值。