为了解极端嗜酸热古菌硫氧化代谢途径,基于Acidianus manzaensisYN-25全基因组信息,通过NCBI数据库比对初步筛选了20个可能与硫氧化相关的基因,并通过实时定量PCR(RT-qPCR)比较了所筛选基因在以单质硫(S0)和亚铁(Fe2+)两种不同能源底物培养下的表达差异.结果表明,A.manzaensis菌中存在至少15个与硫氧化相关的基因,经过比对分析,它们包括5个编码氧化单质硫(S0)及含硫中间产物的酶基因、4个编码末端氧化酶基因、1个编码硫酸根转运蛋白酶基因、1个编码电子传递蛋白基因,以及4个编码与硫氧化密切相关的硫还原蛋白家族(Sulfur reduction protein)的dsrE基因.基于上述实验分析结果,拟构建极端嗜酸热古菌A.manzaensis的硫氧化模型,即胞外的S0跨膜转运进入细胞内后,经硫氧化蛋白(SOR)氧化还原生成S2O32-,SO32-和H2S等含硫中间产物.接着,细胞内通过其他相关硫氧化酶的作用将这些中间产物进一步氧化,并将氧化得到的电子传递给细胞膜上的氧化型醌(Q2+),使其形成还原型的醌(QH2),QH2最终被末端氧化酶氧化形成NADH和ATP,从而为细胞生长提供能量.

活性巯基在浸矿微生物硫代谢的过程中起着重要的作用,半胱氨酸残基作为蛋白质中活性巯基的提供者,为筛选硫代谢相关蛋白质基因提供了依据.本研究以极端嗜酸热古菌万座嗜酸两面菌A cidianus manzaensis为研究对象,基于其全基因组注释信息,筛选出编码富半胱氨酸残基的潜在硫代谢相关膜蛋白基因,并通过RT-qPCR实验对筛选出来的基因进行表达水平验证,同时利用生物信息学方法对其进一步分析.研究表明,与在亚铁中生长的细胞相比,单质硫培养下的细菌中与能量代谢相关的β-葡糖苷酶,与电子传递相关的ATP合成酶、NADH-辅酶Q氧化还原酶基因均表达上调,说明硫代谢途径可能与能量代谢和电子传递有着重要的联系.此外,还有三个假定蛋白基因表达上调,这三个假定膜蛋白中,ARM75161.1、ARM75436.1中的半胱氨酸都位于保守区域,且均有一个半胱氨酸残基暴露于膜外,而ARM75580.1中的半光氨酸不位于保守区域.其中ARM75436.1具有CXXXC结构域,且该结构域中半胱氨酸残基处于同一个β-折叠中.这些假定蛋白可能参与A.manzaensis中硫代谢途径.

地下深部油藏通常为高温、高压以及高盐的极端环境,含有非常丰富的本源嗜热厌氧微生物,按代谢类群可分为发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和铁还原菌.从油田环境已经分离出90株铁还原微生物,如热袍菌目、热厌氧杆菌目、脱铁杆菌目、δ-变形菌纲脱硫单胞菌目、γ-变形菌纲希瓦氏菌属和广古菌门栖热球菌属等,这些菌株生长温度范围为4-85℃,生长盐度范围为0.1％-10.0％ NaCl,还未见到文献报道油藏铁还原菌的耐压性研究.在油藏环境中存在微生物、矿物和流体(油/水)三者之间的相互作用,油藏中的粘土矿物能够作为微生物生命活动的载体,也能为微生物代谢作用提供电子受体.本文综述了油藏铁还原菌分离和表征的研究进展,简述了油藏铁还原菌的环境适用性,并展望了铁还原菌在提高原油采收率方面的应用前景.

[目的]本文从胜利油田沾3区块的高温油藏的原油采出液中分离得到一株嗜热菌,通过其与膨润土的相互作用,尝试探讨油藏微生物作为油藏储层中水敏性矿物(如蒙皂石)改性剂的可能性.[意义]研究结果将在降低水敏矿物的膨胀性能,为解决水驱采油中遇到的水敏效应的瓶颈问题提供微生物的新途径.[结果]所得菌株为革兰氏阳性菌,呈杆状,具芽孢,兼性厌氧,鉴定为Geobacillus icigianus SL-1.菌株SL-1在厌氧条件下能够还原蒙皂石的结构铁.扫描电镜(SEM)结果显示,无菌对照体系中,蒙皂石呈不规则薄片状.而经微生物作用后,除薄片状蒙皂石外,另有板状次生矿物的生成.进一步能谱(EDS)分析表明,与薄片状蒙皂石相比,板状矿物含有较高的A1/Si比值,且含有明显的K+信号.XRD结果显示,经过微生物作用后,固相物质中蒙皂石的百分比下降至47.7％,伊利石百分比上升至29.1％,而无菌对照组中蒙皂石的百分含量则为70.4％,伊利石的百分比则为19.8％.XRD物相分析和EDS结果均证实经过微生物作用后,部分蒙皂石转化成了伊利石.膨胀性能的分析进一步揭示菌株SL-1作用后,矿物膨胀性较初始矿物显著降低,缩膨率达到25.9％.以上结果为油藏储层防膨提供了重要的实验依据.

乙酰辅酶A被广泛应用到生物医学研究中,使用TPP代替昂贵的ATP为辅因子合成乙酰辅酶A受到广泛关注.新阿波罗栖热袍菌(Thermotoga neapolitana)来源的丙酮酸:铁氧还蛋白氧化还原酶(TnPFOR)在大肠杆菌中进行了重组表达,分析了其酶学特性,并探讨了利用嗜热酶(TnPFOR)酶法合成乙酰辅酶A.采用pET-20b(+)载体,将新阿波罗栖热袍菌来源的四亚基组成的嗜热酶(TnPFOR)在大肠杆菌中进行异源表达;通过热处理和阴离子交换层析法纯化嗜热酶(TnPFOR);重组表达的嗜热酶(TnPFOR)的最适反应温度和pH分别为90℃和6.5,TnPFOR在90℃下孵育1h时保留了50％活性.利用嗜热酶(TnPFOR),以TPP为辅酶合成了乙酰辅酶A,并探讨了不同温度、丙酮酸钠底物浓度和反应时间对乙酰辅酶A合成的影响.得到的优化条件为:最适反应温度为90℃,丙酮酸钠浓度为1.5mmoL/L,反应时间为2min.

古丸菌纲(Archaeoglobi)是广古菌门下的纲级分类单元,包含古丸菌(Archaeoglobus)、地丸菌(Geoglobus)和铁丸菌(Ferroglobus)三个属,所属菌株均是严格嗜热厌氧菌,主要分布于海洋、陆地热液系统和油田环境中.Archaeoglobus属下的微生物是一类以硫酸盐、亚硫酸盐或硫代硫酸盐为电子受体代谢生成硫化氢(H2S)的化能自养或氢营养型微生物;而Geoglobus和Ferroglobus的成员则主要还原硝酸盐和铁离子.Archaeoglobi地理分布广泛,在元素生物地球化学循环过程中发挥着重要作用,是目前微生物生态学研究的一个热点.在进化方面,Archaeoglobi菌和产甲烷古菌具有较高的亲缘关系;同时,Archaeoglobi基因组中保留着部分产甲烷途径上的功能基因,最新研究表明部分未培养的Archaeoglobi基因组中含有完整的产甲烷通路.这些证据都表明Archaeoglobi菌的基因组特征可能是产甲烷古菌向硫酸盐还原菌进化的活化石.本文梳理了目前发现的11株Archaeoglobi菌株的生理生化特征和基因组分析结果,从化能自养、化能异养、硫化物呼吸、产乙酸、产甲烷等方面综述了已分离的Archaeoglobi菌的代谢特征,并基于宏基因组信息分析了未培养的Archaeoglobi菌基因组中的潜在代谢功能,为进一步分离培养此类未培养厌氧微生物提供理论指导.

嗜酸硫杆菌(属)(Acidithiobacillus spp.)能够氧化亚铁、硫或还原性无机硫化合物(reduced inorganic sulfur compounds,RISCs)获得能量,固定二氧化碳,是一类典型的嗜酸性化能自养微生物.嗜酸硫杆菌广泛分布于酸性矿水、热泉等酸性环境中,是地球生态系统硫和铁元素循环的主要推动者.嗜酸硫杆菌独特的生理代谢特征和极端环境适应性,使其广泛应用于生物浸出领域.本文综述了嗜酸硫杆菌的生理代谢特征和极端环境下的适应机制,阐述了嗜酸硫杆菌在工农业中的应用,讨论了面向国家重大需求,嗜酸硫杆菌在今后的主要研究方向和需要解决的关键科学问题,为嗜酸硫杆菌在生理代谢、环境适应和工农业应用的研究提供重要的线索和启示.