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不同抗性嗜酸氧化亚铁硫杆菌对黄铜矿浸出及基因Afe0022差异表达研究

袁鹏  
【摘要】: 嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)是生物冶金工业中十分重要的一种细菌。在生物浸出过程中,由于A. ferrooxidans能耐受很高的金属离子浓度,因此重金属离子对A. ferrooxidans的影响得到广泛地研究。但是其抗重金属离子的分子遗传学机理仍不清楚。 本文研究了A. ferrooxidans菌株DCDY26和DY15对Cu2+离子的最高耐受能力,结果显示DC、DY26和DY15对Cu2+的耐受能力差异较大,DY26和DY15菌对Cu2+耐受能力分别是DC菌的5.5倍和10倍。 本文以阳离子通道蛋白基因Afe0022(在TIGR网站上的登录号为AFE 0022)为对象,研究了它与细菌铜抗性之间的关系。成功克隆了A. ferrooxidans菌株DC、DY26和DY15的阳离子通道蛋白基因Afe0022并进行序列分析,结果发现DY26菌的阳离子通道蛋白基因Afe0022与标准菌株ATCC23270相比有一个碱基差异,即第1220个碱基都由标准序列的T变为G,导致其编码的蛋白AFE0022的氨基酸由蛋氨酸(M,407)变为精氨酸(R,407);DY15菌虽然有11个碱基发生突变,但由于氨基酸密码子的简并性,其和DC菌与标准菌株ATCC23270相比均为氨基酸突变现象。在NCBI上进行BLAST分析结果显示,蛋白AFE0022与A. ferrooxidans ATCC53993的电压门控钾通道蛋白的同源性最高,进化关系最近。 Real-time PCR方法检测A. ferrooxidans菌株DC,DY26和DY15在不同铜离子环境中阳离子通道蛋白基因Afe0022的差异表达,结果显示,阳离子通道蛋白基因Afe0022对Cu2+的应答非常敏感,表达量随Cu2+浓度的增加而增大,在最高耐受浓度下DC菌的阳离子通道蛋白基因Afe0022的表达量上调了47.18倍,DY26菌的阳离子通道蛋白基因Afe0022上调了75.53倍,DY15菌的阳离子通道蛋白基因Afe0022上调了112.02倍。 通过对三株A. ferrooxidans菌株DC、DY26和DY15在不同初始Cu2+浓度情况下对黄铜矿的浸出比较,黄铜矿精矿浸矿实验表明,DY15对黄铜矿精矿的浸出效率最高,DY26其次,DC最低,,但DY15的单菌浸出效率略低于三株菌的混合浸出效率。 综合以上结果表明阳离子通道蛋白基因Afe0022在细菌铜抗性中发挥着十分重要的作用,这些研究为进一步研究该菌的抗铜分子机理,通过基因工程的手段提高A. ferrooxidans的重金属抗性以改良优化生物冶金工艺奠定了理论基础,并对浸矿具有一定的实际指导意义。


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