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铬（Cr）是一种过渡金属,在现代工业中有非常重要的作用,长期的开采和工业的广泛运用造成了环境中的铬污染问题。在自然环境下铬主要以六价[Cr（VI）,铬酸盐,重铬酸盐]和三价[Cr（III）]两种形式存在。Cr（VI）有很强的致畸、致癌性,而且溶解性强,容易随水体迁移,而Cr（III）的毒性较低,而且Cr（III）的溶解性低,容易被络合固定。硒是人体必需的微量元素之一,但是过量的硒也会影响人体健康。在自然界中有六价Se（VI）、四价[Se（IV）,亚硒酸盐]、零价Se（0）、负二价Se（-II）。其中,Se（IV）的毒性最大,而且溶解性很强;Se（0）则基本无毒,且溶解性低。因此,将Cr（VI）和Se（IV）还原为Cr（III）和Se（0）有很重要的解毒和环境意义。微生物在铬、硒的还原,甚至铬、硒的整个地球化学循环中都起到很重要的作用。将微生物用于铬、硒的污染修复有着价格低廉、可降低二次污染等优点。但是,目前微生物对铬、硒的抗性和还原机制还有待进一步的研究。类希瓦氏菌Alishewanella sp.WH16-1是一株分离自铜铁矿的兼性厌氧细菌。该菌株为革兰氏阴性菌、短杆状、能运动,基因组大小约为3.49 Mb,GC含量为50.4%,有3,132个蛋白质编码序列。其在好氧条件下对多种重（类）金属Cr（VI）、Se（IV）、Cd（II）、Pb（II）、Cu（II）、As（III）都有很强的抗性,而且对Cr（VI）和Se（IV）有很强的还原能力,Cr（VI）和Se（IV）的还原产物分别为Cr（III）和Se（0）的纳米颗粒。此外,该菌对Cd（II）和Pb（II）也有很好的去除能力。通过基因组分析,我们找到了很多重（类）金属抗性相关的基因,与重金属抗性的表型十分吻合。如:多种直接和重（类）金属转运相关的蛋白,潜在的Cr（VI）还原蛋白CsrF。另外,细菌WH16-1为硫酸盐还原菌,基因组分析预测到其有着完整的硫酸盐还原路径,硫酸盐还原产物S2-可以与Cd（II）、Pb（II）分别形成CdS和PbS达到去除的作用。本研究组前期通过Tn5转座子突变的方法,鉴定到了一个潜在的新型Cr（VI）抗性基因cytbd（含CydA和CydB两个亚基的编码基因）。该基因编码细胞色素bd氧化酶Cytchrome bd（Cytbd）,Tn5插入序列定位在cydB基因中。本研究分析发现:（1）cydE（编码GbsR家族的调控因子）与cydA和cydB排列在一起,共转录的实验表明这三个基因在一个操纵子上,而且相同的基因排布在Alteromonadaceae科中广泛分布;（2）相比于野生株和互补株（△cytbd-C）,突变株（△cytbd）的Cr（VI）抗性和还原能力都有所下降;（3）胞内H2O2含量、H2O2分解、H2O2抑菌圈、H2O2抗性实验表明Cytbd可以分解胞内H2O2;（4）Cr（VI）不能诱导Cytbd的表达,但是硫酸盐可以,而且△cytbd对硫酸盐和其还原产物S2-的抗性也降低了;（5）硫酸盐可以增强WH16-1对Cr（VI）的抗性和还原能力;（6）细菌单杂交和凝胶迁移电泳实验表明CydE可以阻遏Cytbd的转录表达,而硫酸盐可以解除CydE的抑制;（7）DNA足迹和短片段凝胶迁移电泳实验表明CydE在cytbd基因簇的启动子区有两个结合位点。这些结果表明:一方面,Cytbd通过分解胞内的H2O2降低氧化压力来增强Cr（VI）的抗性。另一方面,Cytbd增强细胞对S2-的抗性,S2-可以直接还原Cr（VI）,因而Cytbd间接参与Cr（VI）的还原。而且,Cytbd的表达又受到硫酸盐的诱导。这可能是硫酸盐可以促进Cr（VI）的抗性和还原能力的原因之一。为了进一步解析细菌WH16-1对Cr（VI）和Se（IV）的还原机制,我们研究了经基因组分析预测到的csrF基因在Cr（VI）和Se（IV）还原中的功能。通过生物信息学分析,发现CsrF与已经报道的Cr（VI）还原酶的氨基酸相似度达37%。基因敲除、互补和异源超表达的实验结果表明,CsrF在体内既能还原Cr（VI）,也能还原Se（IV）。将CsrF表达纯化后,发现该蛋白为黄色而且吸收峰谱与FMN一致,单体的分子量为23,906,二倍体的分子量为47,960。在体外,CsrF可以利用NAD（P）H为电子供体还原Cr（VI）和Se（IV）,最适pH为7.0,最适温度为30-37℃。该酶还可以还原SO42-和Fe3+,但是不能还原As（V）和NO3-。对Cr（VI）和Se（IV）的Km分别为250.6±23.46μmol/L和204.1±27.91μmol/L。定点突变的结果表明Arg13和Gly113为CsrF的关键位点。将CsrF的编码基因克隆至大肠杆菌中,提高了大肠杆菌的生物硒（Se（0））纳米的产量。通过透射电镜、元素mapping、扫描电镜、能谱分析、Zeta电位、动态光散射、红外线光谱和X射线光电子能谱分析,发现生物硒纳米的粒径大小为60-105 mm,由Se（0）、蛋白质、脂质等物质组成。进一步的实验表明,生物纳米硒在酸性条件下对阴离子染料（刚果红）有很好的吸附作用,在碱性条件下对阳离子染料（藏红、亚甲基蓝）有很好的吸附作用。吸附动力学、等温吸附线、吸附热力学的分析表明:生物纳米硒对刚果红、藏红、亚甲基蓝的最大吸附能力分别为1,577.7、1,911.0、1,792.2 mg/g,比传统的生物质材料分别高6.8%、25.2%和49%。该吸附过程是自然反应,而且主要为物理反应。吸附后的染料可以被200mmol/L的NaCl解吸附,重复利用性好。综上所述,Alishewanella sp.WH16-1对多种金属具有抗性,对Cr（VI）和Se（IV）具有很好的还原能力,且还原的产物分别为Cr（III）和Se（0）纳米颗粒。本研究系统分析了一个新的Cr（VI）抗性基因cytbd及表达调控机制,cytbd转录表达受CydE阻遏,而且硫酸盐可以解除CydE的阻遏作用。此外,还发现了一个Cr（VI）还原酶CsrF。体内外实验表明:该酶既可以还原Cr（VI）也可以还原Se（IV）。CsrF为首个全面证实的好氧条件下的Se（IV）还原酶。在大肠杆菌中超表达CsrF,可以促进生物纳米硒的形成。提取出的生物纳米硒对有机染料有很好的吸附作用。这是首次报道生物纳米硒对染料有很好的吸附能力。