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采用蛋白质组学的方法,在细胞和分子水平研究了Comamonas sp.菌株CNB-1降解不同芳烃化合物的代谢途径和砷酸盐抗性的机理,以及细胞适应或者抵抗这些化合物的生理变化。
首先,比较了菌株CNB-1在对氯硝基苯和琥珀酸中生长、以及其与丢失降解对氯硝基苯能力的菌株CNB-2的差异蛋白表达。提取胞内的总蛋白,采用重叠pH值的方法(pH4-7和pH6-11)进行双向电泳。通过软件分析和质谱鉴定共得到107个差异表达的蛋白。菌株CNB-1在以琥珀酸和对氯硝基苯为底物进行生长时,参与对氯硝基苯降解的蛋白都被表达,但是在菌株CNB-2中这些蛋白的表达未检测到,表明降解对氯硝基苯的蛋白在菌株CNB-1中是组成型表达,不受对氯硝基苯的诱导。菌株CNB-1在以对氯硝基苯为碳源进行生长时,胞内有两个加强表达的蛋白被分别鉴定为水合酶和脱羧酶,它们可能参与对氯硝基苯的降解过程。许多诱导和上调表达的蛋白参与糖酵解、三羧酸循环、氮代谢、遗传信息传递以及胁迫反应。这些结果表明,菌株CNB-1通过改变胞内许多的代谢过程,增强细胞对对氯硝基苯的代谢适应性。通过比较菌株CNB-1在苯酚、苯甲酸、间羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸、香草酸和龙胆酸为碳源生长的差异蛋白表达谱,共鉴定出70个差异表达的蛋白。通过酶活的测定,检测到芳烃降解途径中不同的开环双加氧酶的活性,确定了所试芳烃化合物的代谢途径。苯酚通过羟化酶作用进入儿茶酚间位代谢途径;间羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸和香草酸通过特异的羟化酶作用进入原儿茶酸间位代谢途径:苯甲酸通过苯甲酸-CoA连接酶作用进入好氧降解途径。
其次,Comamonas sp.菌株CNB-1中的降解质粒pCNB1上有四个基因ars(RPBC)Com与砷酸盐抗性相关,生长实验证明pCNB1的存在能够提高菌株CNB-1对砷酸盐的抗性。通过对arsPCom和arsCCom基因进行克隆,并在大肠杆菌的突变株中进行功能互补实验,发现arsPCom和arsCCom分别编码两个不同家族的砷酸盐还原酶,而且在砷酸盐胁迫条件下,arsPCom和arsCCom是共同转录。这在分子水平上证实了,不同家族的砷酸盐还原酶存在于同一个操纵子中。同时,差异蛋白质组学分析首次揭示了在砷酸盐胁迫条件下胞内的生理代谢变化。分析结果发现23个差异表达的蛋白,它们具有不同的生物学功能,分别参与碳水化合物、氨基酸和脂质的代谢、物质的运输以及胁迫反应。