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非水相生物转化和涉及到有机溶剂的环境微生物技术中,有机溶剂对微生物细胞具有毒性,能够破坏细胞膜,危害细胞结构和功能的完整性,抑制细胞生长甚至导致细胞的死亡。然而,有机溶剂耐受菌对有机溶剂具有一定的适应性,如降解有毒化合物、溶剂主动泵出系统、快速修复细胞膜、降低细胞膜通透性、改变脂肪酸的组成、降低细胞表面疏水性、膜泡的形成等。因此,有机溶剂耐受菌能够避开环境中有害有机溶剂的破坏作用,具有重要的应用前景。
恶臭假单胞菌Idaho(Pseudomonas putida Idaho)是一株有机溶剂耐受菌,具有不同于其他有机溶剂耐受菌的溶剂耐受特性。该菌中含有降解多种芳香族化合物的基因,并且能够被有机溶剂诱导表达,但是其降解基因存在于染色体上,而不是质粒上。它不含有机溶剂外排泵系统,却能够耐受多种高浓度的有机溶剂,最高耐受浓度可达50%(v/v)以上,还能以对二甲苯、甲苯以及其他烷基苯作为唯一碳源和能源生长。P. putida Idaho在生物催化和生物修复领域具有重要的应用价值。
对P.putida Idaho有机溶剂耐受机理的研究,可以增加对该菌的认识,为微生物基因改造提供新方法,对已知的微生物溶剂耐受机理是一个很好的补充,具有重要的基础理论意义。在应用方面,对该菌有机溶剂耐受机理的研究,有利于从中筛选重要的工业用酶,并为其全细胞在生物催化和生物修复领域中的应用提供重要的依据。
在文献资料和实验室前期研究工作的基础上,本课题采用荧光定量PCR技术以及双向电泳技术等实验方法,对P.putida Idaho的有机溶剂耐受机理进行了如下研究:
1.为了了解P. putida Idaho有机溶剂耐受性与细胞膜合成的关系,选择磷脂合成途径中参与第一步反应的甘油磷酸酰基转移酶(PlsB)进行研究。甘油磷酸酰基转移酶(PlsB)能够利用完整的脂肪酸链形成最初的膜磷脂,在细胞膜的生物合成中起重要的作用。克隆得到Escherichia. coli Top10和P.putida Idaho的plsB基因,在E.coli中进行表达,并且验证了重组子的有机溶剂耐受性的变化。结果显示正确插入并正常表达外源plsB基因的转化子,在有机溶剂存在的情况下,对有机溶剂的耐受能力没有提高。说明甘油磷酸酰基转移酶对菌体的有机溶剂耐受能力没有促进作用。
2.研究P.putida Idaho中磷脂合成途径中的几个关键酶在有机溶剂压力下的表达变化。利用实时荧光定量PCR技术(qPCR)以及One-step RT-qPCR的方法,从转录水平对其进行定量分析研究。发现在不同浓度有机溶剂存在的情况下,各基因在转录水平上基本保持不变,从而进一步确定P.putida Idaho在有机溶剂存在时,细胞膜的合成速度并没有提高,该菌对有机溶剂的耐受能力并不是由细胞膜的合成速度变快决定的。
3.采用双向电泳的方法分析了P.putida Idaho在有机溶剂压力下的蛋白表达变化。对P. putida Idaho样品制备方法进行了优化,确定了用于双向电泳的P。putida Idaho样品的制备方法,并实现了样品制备的可重复性,以及双向电泳实验的可重复性。实验证实该样品制备方法还可用于恶臭假单胞菌中其它菌株的双向电泳样品制备。通过对双向电泳蛋白质图的软件分析,发现了该菌株在有机溶剂存在和不存在的条件下蛋白表达的差异。
4.利用PDQuest软件对双向电泳图进行分析比较,获得了表达发生变化的蛋白的相关数据,利用MOLDI-TOF质谱仪对差异表达的蛋白进行鉴定,确定了这些蛋白的相关信息,并按照功能进行了分类。通过对有机溶剂压力下这些蛋白所发生的变化进行的分析解释,进一步了解了P. putida Idaho的有机溶剂耐受特性。