甾类化合物降解菌的分离鉴定及其蛋白质组学分析

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本研究通过富集培养和选择性分离相结合的方法,从淤泥、动物粪便和杂草土壤中分离并鉴定新的甾类化合物降解菌。经降解能力检测和生长条件优化,筛选出降解甾类化合物高效菌株,并通过非标记定量蛋白组学方法高通量地寻找高效菌株降解睾丸酮的差异表达基因。该研究获得具有自主知识产权且有开发应用前景的甾类化合物降解高效菌株,丰富降解甾类化合物高效菌株菌种资源库,同时也为进一步揭示微生物降解甾类化合物机理打下良好的基础。研究结果如下:  1、本实验分别以2组淤泥、2组动物粪便和杂草土壤样品为材料,建立快速分离降解甾类化合物降解菌的方法,成功分离到5株甾类化合物降解菌。经16S rRNA系统进化分析,5株甾类化合物降解菌全部来源于肠杆菌科,其中2株属于哈夫尼菌属,其他3个分别属于克雷伯氏菌属、拉乌尔菌属和埃希氏菌属。  2、5株降解菌在含有甾类化合物的LB培养基中培养19 h后,可以降解0.2 mM睾丸酮比率为44%-71.5%,降解0.02 mM雌二醇比率为20.2%-40.1%,降解0.02 mM雌酮比率为30.3%-40.0%。  3、在LB培养基中,哈夫尼菌属菌株D61和拉乌尔菌属菌株P718比其他3株菌株降解睾丸酮、雌二醇和雌酮的效率更高。在相同条件的无机盐培养基中,菌株D61和P718对睾丸酮的降解率分别为30.9%和28.7%,对雌二醇的降解率分别为21.3%和15.2%,对雌酮的降解率分别为60.6%和42.2%。菌株D61和P718均可在pH值2.0-9.0、20℃-37℃的环境中正常生长;对氨苄青霉素、链霉素和羧苄青霉素具有一定的抗性,但不抗卡那霉素;在富营养条件下或碳源溃乏的环境中,均能起到对甾类化合物污染的修复作用。  4、经中国科学学院微生物所对拉乌尔菌属菌株P718进行细胞形态、理化鉴定试验和16S rRNA基因测序分析,确定菌株P718为Raoultella ornithinolytica解鸟氨酸拉乌尔菌。  5、应用非标记定量蛋白质组学方法,通过对有无睾丸酮诱导P718的蛋白样品酶解产物进行LC-MS/MS分析,鉴定获得肽段13127个和蛋白质1879个。以P Value<0.05且Ratio>+/-1.5为条件,进行iBAQ非标记定量分析筛选得到75个差异表达蛋白质。通过GO功能条目提取、功能注释和补充注释,其中64条蛋白序列被258条GO功能条目注释。通过利用KAAS将目标蛋白序列与KE GG GENES数据库中的蛋白序列进行比对,提取并将差异蛋白序列的同源/相似蛋白KO号注释到33条KEGG信号/代谢通路。  6、对64个差异蛋白的GO注释分析表明,仅在细胞组分类别获得注释的差异蛋白有1个,仅在分子功能类别获得注释的差异蛋白有5个,有56个差异蛋白获得生物过程类别的注释,其中42个差异蛋白被注释为代谢过程的GO term,证明睾丸酮不是解鸟氨酸拉乌尔菌P718生长过程中的必需物质,但解鸟氨酸拉乌尔菌P718所拥有脱氢酶、还原酶、转移酶、氧化(加氧)酶、脱羧酶、异构酶、水解酶和水合酶等一系列酶可以利用睾丸酮进行代谢反应。  7、在注释获得的KEGG信号/代谢通路基础上,绘制出了菌株P718的7个差异表达蛋白将苯乙酸降解为琥珀酰辅酶A的代谢通路:苯乙酸由连接酶paaK(A0A038CVR9)连接辅酶A,苯环被环氧化酶paaC(A0A038CSW7)或Paa B(A0A038CWP1)环氧化,由异构酶paaG(A0A038CWN5)将氧原子杂合进苯环,然后水解酶paaZ(A0A038CTI8)在杂氧原子处断裂开环,最后经过系列的paaJ(A0A038CTI2)硫解和paaH(A0A038CSW1)脱氢等反应,最终将苯乙酸降解为琥珀酰辅酶A,并进入三羧酸循环的能量代谢。  8、结合非标记定量蛋白组学分析和荧光定量PCR表明:上调表达的paaB和paaC两个基因通过催化环氧化反应,破坏甾核的稳定性,并在其他酶共同作用下降解甾类化合物,是菌株P718降解甾类化合物的关键酶基因之一;上调表达的coaBC基因通过促进辅酶A的合成,正向影响甾类化合物的降解,是菌株P718降解甾类化合物的重要酶基因之一。
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