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微生物学报

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主 管 单 位 中国科学院

主 办 单 位 中国科学院微生物研究所 中国微生物学会

编 辑 出 版 月刊

国 内 邮 发 代 号 2-504

国 外 代 号 M67

期刊简介
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  • 2023,63(1):0-0, DOI:

    Abstract:

  • 2023,63(1):0-0, DOI:

    Abstract:

  • 杨婕,张安琪,冯家勋,赵帅,赵心清

    2023,63(1):1-14, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220257

    Abstract:

    小开放阅读框(small open reading frame,sORF)广泛存在于不同生物基因组中,由于其序列短,以及编码的产物小蛋白(small protein,或称微蛋白;microprotein或迷你蛋白miniprotein)检测困难等原因,小开放阅读框长期未得到充分注释和研究。近年来,随着高通量测序、翻译组和质谱分析等技术的不断发展,在不同生物中发现大量新的小开放阅读框,其编码的小蛋白及介导的翻译调控已应用于药物开发及植物抗病机理等研究。但是,目前对微生物的小开放阅读框相关研究和应用还相对有限。本文综述了小开放阅读框编码产物小蛋白的发现和鉴定,以及上游开放阅读框(upstream open reading frame,uORF)对mRNA翻译调控等最新研究进展,重点介绍了微生物基因组中小开放阅读框的鉴定和功能研究进展,为深入认识微生物中小开放阅读框的功能和作用机制,以及植物和动物等高等其他生物的小蛋白和翻译调控相关研究提供参考。

  • 魏漪,肖云杰,杨海涛,王泽方

    2023,63(1):15-29, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220262

    Abstract:

    随着生物技术的迅速发展,酶解法作为一种绿色可持续的聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)回收处理方案,有望解决全球范围内废弃PET带来的环境污染问题。众多PET水解酶中,来自Ideonella sakaiensis的PETase因其对PET底物的高特异性成为当下研究的热点。基于对酶的结构和功能的深刻理解,本文总结了近年来PETase的工程改造进展,以提高酶的降解活性、热稳定性和对底物的吸附性;介绍了PETase的分泌表达策略、细胞表面展示技术,以及PETase与MHETase双酶系统的应用;最后,我们对塑料生物降解领域存在的挑战及可能的解决途径进行了展望,这些工作将为促进聚合物生物降解的实际应用提供参考。

  • 吴朵而,陈龙,马香娟,丁养城,冯华军

    2023,63(1):30-44, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220327

    Abstract:

    芳香烃类化合物(aromatic hydrocarbon compounds)是一类基于苯环结构的有机物,广泛分布在自然环境中,难以自然降解、易被生物积累,且有很大的环境危害性。生物法是有机化合物转化降解的主流工艺,而电活性微生物(electroactive microorganisms,EAM)因其独特的胞外电子传递(extracellular electron transfer,EET)能力和生理代谢模式在芳香烃类化合物污染修复领域具有巨大的应用潜力。电活性微生物可以通过还原脱卤、脱硝与氧化开环过程相结合的方式,最终实现芳香烃类污染物的降解矿化。本文重点综述了电活性微生物降解芳香烃类污染物过程中主要还原/氧化反应机理,归纳了电活性微生物高效还原脱卤、脱硝的关键酶活、代谢途径及转化机理,分析了不同含氧条件下电活性微生物开环方式及降解代谢途径,并通过调控微生物胞外聚合物与添加导电材料等途径来提升电活性微生物的胞外电子传递过程,总结了电极电位、电极材料、电解液性质及温度等环境因子对芳香烃类化合物降解的影响,探讨了芳香烃类污染物的强化生物降解策略的可行性。最后,展望了电活性微生物降解技术相关领域未来潜在的研究方向,以期为加快生物电化学系统的工程化应用提供理论和技术参考。

  • 应杭,谢新强,张菊梅,陈惠元,吴清平

    2023,63(1):45-58, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220332

    Abstract:

    随着人们生活压力的提升,许多男性在中年时期出现脱发,严重者甚至会出现斑秃、全秃现象,其中以雄激素脱发最为常见。雄激素脱发的发生主要由于头皮中睾酮(testosterone,T)及其代谢产物二氢睾酮(dihydrotestosterone,DHT)含量较多,其主要机制为毛囊中5α-还原酶将游离的T转化为活性更高的DHT,导致雄激素水平过高。雄激素水平过高会引起毛囊微小化,使毛发生长周期变短而产生脱发。基于肠-皮肤轴的理论,越来越多的研究表明益生菌(probiotics)能够改善或治疗脱发症状。通过益生菌调节肠道菌群的平衡,可促进体内毛发生长因子的表达和毛囊细胞的生长,改善由于压力过大或雄激素水平过高等因素引起的脱发症状。本文主要探讨益生菌与毛发生长的相关性,通过其对神经系统、免疫系统和内分泌系统的调节作用,对益生菌改善脱发的功能和机理进行综述,以期为研发改善脱发的食品和药物提供理论依据。

  • 蔡淑珍,梁婷婷,张菊梅,陈惠元,吴清平

    2023,63(1):59-75, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220335

    Abstract:

    2型糖尿病(type 2 diabetes,T2D)会引起糖脂代谢紊乱,严重危害人类健康,为了防治这一流行病,急需寻找安全和无副作用的抗糖尿病的方法,其中,基于微生物方法治疗T2D最常见的策略是补充益生菌,其可通过对不同组织和代谢通路的调节来实现抗糖尿病的功效。益生菌摄入可通过降低慢性低度炎症,减少氧化应激,调节肠道菌群,增加短链脂肪酸含量来达到调控血糖的目的;通过增加胆固醇与胆盐的共沉淀作用,胆固醇在胃肠道内转化为粪甾醇,降低肝脏中3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶活性,降低胆固醇转运体的表达及对脂肪细胞的调节来达到降脂的目的。本综述系统总结了益生菌抗糖尿病现状和基于肠道微生态的抗糖尿病分子机制,以期为益生菌作为降糖降脂等保健产品的开发利用提供理论依据。

  • 郭磊艳,郑平,张萌

    2023,63(1):76-84, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220350

    Abstract:

    厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)是微生物学、地质学和环境学领域的重要反应,厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium-oxidizing bacteria,AnAOB)是厌氧氨氧化的驱动器,探明AnAOB的生物学性状对厌氧氨氧化的应用具有重要意义。火山口结构是AnAOB的标志性微观结构,也是AnAOB的重要识别特征。由于迄今没有获得AnAOB纯培养物,相关研究进展缓慢。本文对AnAOB及其所归属的浮霉状菌的火山口结构研究进展作了综述,探讨了火山口结构的形态特征、生理功能和生态意义,得出以下结论:(1)AnAOB的火山口结构均匀分布在细胞表面,其直径约5nm;(2)AnAOB的火山口结构推测向外可连通细胞外膜和内膜,向内可与厌氧氨氧化体膜相连,对于物质转运及转化具有重要意义;(3)火山口结构具有遗传稳定性,其形成可能与鞭毛脱落相关;(4)AnAOB的火山口结构可能通过促进细胞物质交流、信息通讯等在维持其生态位稳定方面起作用。

  • 蔡淑珍,吴磊,谢新强,陈惠元,吴清平

    2023,63(1):85-105, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220355

    Abstract:

    衰老的特征是组织器官的功能衰退以及衰老相关疾病风险的增加,这给维护和促进健康长寿带来一系列新的挑战。尽管进行了广泛的衰老相关研究,但进展有限。人们越来越意识到肠道微生物群的结构和功能积极参与了衰老过程。肠道微生物群紊乱表现为许多与年龄相关的肠外器官轴的衰老。肠道微生物群可以被调节,这暗示了通过肠道微生物群抗衰老是一个可以实现的重要目标。本综述总结了肠道微生物群在不同年龄段中的动态演替,这种动态的肠道微生物群从胎儿到出生和婴儿期开始迅速发展,从断奶期到幼儿期迅速变化,然后建立稳定的成年人菌群,直到随着年龄增长最后发生衰退;肠道微生物群与肠外器官轴(大脑、心脏、肝脏、胰腺、肌肉、皮肤和骨骼)衰老相关疾病,以及通过饮食、粪菌移植和微生态制剂调节肠道微生物群靶向抗衰老的研究进展,以期为调控肠道微生物群抗衰老研究提供参考。

  • 楼洁,胡晓,梁延群,朱怡铃,音建华

    2023,63(1):106-123, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220357

    Abstract:

    肽聚糖(peptidoglycan)是细菌细胞壁的重要组成部分,对于维持细胞形态、大小及存活至关重要;同时,肽聚糖是众多常用抗生素的作用靶点。在细菌的正常生长过程中,肽聚糖不断地合成和水解,为了保证细胞壁的完整性,肽聚糖生物合成过程必然受到严谨的时空调控。肽聚糖的生物合成及其调控机制是微生物学中重要的基础研究之一,近年来国内外研究团队在该领域取得了突破性研究进展。基于此,本文综述了肽聚糖的从头合成和循环再利用过程,并重点阐述了肽聚糖合成关键酶——肽聚糖合酶及其调控机制的最新研究进展。最后,本文对未来需要加强研究的方向进行了展望。

  • 刘宝娜,王汉杰

    2023,63(1):124-138, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220358

    Abstract:

    近年来,基于微生物能够提供健康益处的事实而兴起的微生物疗法为多种疾病的诊疗提供了新的契机。研究表明临床上口服乳酸菌、大肠杆菌和双歧杆菌可用于辅助治疗各种疾病。在微生物疗法中,工程菌因能够发挥特定功能而备受关注,即可通过感知疾病环境中的特定信号分子实现辅助诊断,也可实现靶向疾病部位感知特定信号,通过时空调控启动自身表达系统释放特定分子以实现精准治疗的目的。本文主要对工程菌对不同信号分子的感知系统及其在生物医学领域的应用进行了综述。

  • 刘芸芸,许慧鑫,李名杨,唐琦,李国辉

    2023,63(1):139-155, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220364

    Abstract:

    昆虫缺乏类似于高等动物的获得性免疫系统,仅依靠体内的先天免疫系统(体液免疫和细胞免疫)抵抗病原体的侵染。体液免疫是昆虫主要的抗病毒防御机制,Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)、免疫缺陷(immunodeficiency,IMD)、核因子kB(nuclear factor kappa B,NF-kB)、Janus激酶-信号转导和转录激活因子(Janus kinase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT)等信号通路在昆虫抗病毒先天免疫反应中起着重要作用。此外,昆虫体内的DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)也是一种有效的抗病毒机制,通过诱导细胞周期停滞、引发细胞凋亡或衰老等细胞信号通路,对昆虫起到保护作用。本文主要对昆虫抗病毒先天免疫反应中的JAK-STAT信号通路及DDR途径进行综述,探讨病毒与昆虫之间的相互作用,不仅有助于深入了解昆虫抗病毒侵染的分子机制,也为抗病毒机制寻找新的靶点奠定基础。

  • 陈健鑫,唐婕,魏玉倩,马焕成,伍建榕

    2023,63(1):156-169, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220258

    Abstract:

    春兰(Cymbidium goeringii)是一种具有较高经济和观赏价值的地生兰。由于栖息地的严重破坏,大多数地生兰处于濒危状态,根系与微生物的共生关系伴随着兰科植物从种子萌发到开花结果,因此根系内生微生物在地生兰生活史中具有重要作用。【目的】分析野生春兰根系内生菌群落组成与潜在功能,为春兰的人工保育提供理论依据。【方法】采集云南省昆明市、保山市和大理州的野生春兰的根系,利用宏基因组测序,并进行物种注释及功能注释。【结果】保山的春兰根内微生物丰度及多样性大于大理及昆明的春兰样品,春兰根系内生真菌的优势门为担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)和球囊霉门(Glomeromycota),优势科为球囊霉科(Glomeraceae)、多孔菌科(Polyporaceae)和角担菌科(Ceratobasidiaceae),其中角担菌科是春兰主要的兰科菌根真菌(orchid mycorrhizal fungi,OMF);内生细菌的优势门为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),优势科为韦荣球菌科(Erysipelotrichaceae)、Cyclobacteriaceae和醋酸杆菌科(Acetobacteraceae);内生古菌的优势门为广古菌门(Euryarchaeota)和奇古菌门(Thaumarchaeota),优势科为钠白菌科(Natrialbaceae);病毒以花椰菜花叶病毒科(Caulimoviridae)为主。春兰根系内生菌的功能在KEGG数据库主要被注释到新陈代谢(metabolism)和遗传信息加工(genetic information processing)两大通路,PHI数据库注释提示,镰孢属(Fusarium/Gibberella)、巨座壳属(Magnaporthe)和曲霉属(Aspergillus)可能成为野生春兰潜在病原菌。【结论】本研究明确了云南省三地区野生春兰根系内生菌的主要类群,首次发现了春兰根系中有球囊霉科真菌定殖,并对内生菌群进行功能注释分析,为野生春兰保育、人工幼苗菌根化及病害防治提供理论依据。

  • 鲁尚昆,苏意德,邵文举,张爱利

    2023,63(1):170-180, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220259

    Abstract:

    【目的】在酿酒酵母体内设计代谢通路,使酿酒酵母能利用纤维素水解产物纤维二糖生产乙醇。【方法】首先,用大肠杆菌DH5α总DNA为模板克隆编码大肠杆菌乳糖透过酶的LacY基因。为过表达LacY基因,以质粒YEplac181作为载体,将酿酒酵母PGK1p强启动子加到LacY基因之前,CYC1t终止子加到LacY基因之后,构建质粒YEplac181-PGK1p-LacY-CYC1t。之后,将纤维二糖转运蛋白LacY表达质粒和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL)表达质粒pRS316-PGK1p-gh1-1-CYC1t依次转入野生型酿酒酵母W303-1A中,使野生型酿酒酵母W303-1A异源表达可转运纤维二糖的LacY蛋白和β-葡萄糖苷酶GH1-1,构建可利用纤维二糖的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。最后,通过发酵测定酿酒酵母工程菌W303-1A GL的纤维二糖利用情况和乙醇产量,并对纤维二糖代谢通路中纤维二糖酶活力进行测定。【结果】本研究构建了纤维二糖转运蛋白LacY和β-葡萄糖苷酶GH1-1协同表达的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。W303-1A GL可以有效利用纤维二糖发酵生产乙醇,W303-1A GL发酵24h时乙醇产量达到3.25g/L,得率为0.325g乙醇/g纤维二糖,利用葡萄糖产乙醇理论得率为0.511g乙醇/g纤维二糖,达到葡萄糖产乙醇理论得率的64%,细胞密度最高在第54h达到OD600=10.84,胞内β-葡萄糖苷酶的酶活在72h最高,可达到0.51U/mg。【结论】本研究成功构建了能有效利用纤维二糖的重组酿酒酵母工程菌W303-1A GL,为提高纤维素乙醇生产效率、降低纤维素乙醇生产成本提供了新思路。

  • 刘博,解琳,李春月,刘宇恒,苑新悦,金忠民

    2023,63(1):181-193, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220264

    Abstract:

    【目的】本文对污染土壤中的耐重金属菌株进行分离鉴定,研究菌株在不同条件下对吸附铅镉的影响因素。【方法】通过生理生化特征及ITS序列分析确定菌株种属,采用平板划线法确定最大耐铅镉浓度并探究菌株吸附的最佳条件;通过准二级动力学、Langmuir和Freundlich等温吸附的模型及红外光谱探究吸附过程。【结果】菌落形态和ITS序列分析鉴定表明,筛选分离的JB16为出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans),最大耐铅浓度达1500mg/L,最大耐镉浓度达750mg/L,最大耐铅镉混合浓度达1500mg/L和300mg/L。通过单因素实验(温度、时间、菌龄、pH、湿菌体浓度和初始重金属浓度)得出结论,在温度30℃、时间2h、菌龄72h、pH 6、湿菌体浓度5g/L和初始铅浓度150mg/L的最佳条件下,菌体对铅的吸附率为88.5%;在温度30℃、时间1h、菌龄96h、pH 6、湿菌体浓度5g/L和初始镉浓度20mg/L的最佳条件下,菌体对镉的吸附率为59.4%。菌株吸附铅镉过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,为表面单分子层吸附。扫描电镜和红外光谱分析表明,重金属离子对菌体造成影响,吸附前后形态发生变化,细胞表面的羟基、羧基、饱和C−H键和酰胺基等基团参与了吸附过程。【结论】菌株JB16具有一定的铅镉吸附效果,为修复重金属铅镉污染的水体和土壤提供宝贵的菌种资源和数据支持。

  • 李希希,王嘉良,曹卫,李丹丹,邓子新,汪志军,梁晶丹

    2023,63(1):194-205, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220274

    Abstract:

    【目的】钙霉素合成酶亚基CalA3释放钙霉素合成过程中的聚酮链。获得生物化学性质稳定、蛋白结构性质均一的CalA3蛋白,可用于冷冻电镜(cryo-electron microscopy)结构解析,以帮助理解装配线型聚酮合酶亚基释放聚酮链的生物化学机理。探究CalA3对不同关键结构特征的聚酮链底物的选择性,可为制备CalA3与小分子化合物的复合物提供生化材料,同时也为进一步挖掘CalA3的成酰胺键的应用潜能提供借鉴。【方法】优化CalA3蛋白异源表达菌株的培养条件、CalA3蛋白纯化的生化条件,利用负染电镜观察蛋白形态,计算并分析蛋白质结构的性质;测定CalA3对不同结构的直链聚酮类似物的体外催化活性,利用色谱和质谱分析鉴定CalA3催化N-乙酰半胱氨酸-吡咯-2-丙酸(SNAC-C3)、N-乙酰半胱氨酸-戊酸(SNAC-C5)和月桂酰辅酶A等多种不同结构的直链聚酮底物类似物与3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxy anthranilic acid,3HA)反应的产物。【结果】利用优化后的培养基PGTY,不仅实现了高纯度巨型聚酮合酶CalA3超量异源表达,同时,负染电镜观察、计算分析表明蛋白颗粒的结构性质优异。使用该条件纯化获得的CalA3蛋白,可以用于制备冷冻电镜样品,进行结构解析。CalA3催化SNAC-C3、SNAC-C5与3HA发生氨解反应,未检测到CalA3对月桂酰辅酶A底物的催化活性。【结论】蛋白纯化和负染电镜结果显示,本研究成功建立了CalA3异源表达的大肠杆菌培养条件、蛋白纯化生化条件。体外催化实验结果表明CalA3对聚酮链底物的结构选择具有宽泛性。这些发现为进一步探究聚酮合酶的结构、功能及应用提供了一定的借鉴。

  • 蔡婷,熊海波,周晓红,向文良,张大凤,潘茂沅

    2023,63(1):206-219, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220276

    Abstract:

    【目的】探究土霉素残留对蔬菜自然发酵过程中微生物群落演替和代谢产物动力学的影响,为评估抗生素残留对蔬菜发酵的影响提供理论基础。【方法】超高效液相色谱-串联质谱法测定土霉素残留;高效液相色谱法测定有机酸、电子鼻和气相色谱-质谱联用测定挥发性成分和高通量技术测定微生物种类。【结果】蔬菜自然发酵过程中,土霉素残留从4.00mg/L下降到2.53mg/L;不含抗生素残留的蔬菜发酵含有同型和异型乳酸发酵,而土霉素残留的蔬菜发酵仅含有同型乳酸发酵;同时,其特征微生物由Lactobacillus pentosusLactobacillus plantarum转变为Lactobacillus paratarrginisLactobacillus buchneriLactobacillus kisonensis;土霉素残留明显影响了乳酸、柠檬酸、乙酸、香茅醇、3-辛醇、异硫氰酸烯丙酯、乙酸香叶酯、乙烯基硬脂醚和异硫氰酸苯乙酯等代谢产物的含量。【结论】土霉素残留影响了蔬菜乳酸发酵的类型、微生物群落的演替、有机酸和挥发性化合物的形成过程,因此应将抗生素残留纳入发酵蔬菜原料的质量控制指标。

  • 李东昱,胡爱心,黄雯霞,舒鑫,刘金松,张瑞强,许英蕾,杨彩梅,吴艳萍

    2023,63(1):220-232, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220282

    Abstract:

    【目的】探究植物乳杆菌培养上清(Lactobacillus plantarum culture supernatant,LPC)对3种血清型沙门氏菌猪霍乱(Salmonellacholerae,SC)、肠炎(Salmonella enteritidis,SE)和鸡白痢(Salmonella pullorum,SP)的生长和致病性的抑制作用效果及机理。【方法】将2%LPC与3种沙门氏菌分别共培养后,采用比浊法及牛津杯抑菌圈试验检测沙门氏菌生长情况及LPC中的主要抑菌物质,使用实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)探究沙门氏菌致病性相关基因表达水平,最后通过结晶紫染色法检测沙门氏菌的生物被膜。【结果】2%LPC能够显著抑制3种沙门氏菌的生长,其作用效果与庆大霉素(gentamicin,GM)相近且对SE的生长抑制效果优于GM,其主要抑菌物质为有机酸;2%LPC对3株沙门氏菌SPI-1编码的主要毒力基因(InvAInvFSopESopBSipBHilASipA)、SPI-2毒力基因(SopD2)、菌毛相关基因(FliFLpfASefAFimF)和鞭毛相关基因(FlhDFliCFliD)表达均有显著抑制效果且抑制效果与GM相近;2%LPC对3株沙门氏菌的生物被膜形成均有显著抑制效果,抑菌率12h为40%-50%、24h为60%-80%,且作用效果与GM相似;对比发现,2%LPC对SE的生长及致病性的抑制效果优于SC与SP。【结论】2%LPC对3种血清型沙门氏菌的生长性能及致病性均有显著抑制效果,且对肠炎沙门氏菌抑制效果最佳。

  • 郝佳慧,蔡伟杰,李柯懋,关弘弢,杨朝杰,高强,刘丹,聂苗苗,祁得林,张存芳

    2023,63(1):233-250, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220292

    Abstract:

    【目的】解析小头裸裂尻鱼不同部位的微生物群落结构、物种组成、多样性特征以及菌群功能差异。【方法】通过Illumina MiSeq扩增子高通量测序,分析小头裸裂尻鱼皮肤黏膜、肠道黏膜和肠道内容物3个部位微生物菌群组成差异,并通过Tax4Fun预测菌群潜在功能。【结果】皮肤黏膜微生物α多样性最高,其Shannon指数显著高于肠道黏膜(P<0.05)和肠道内容物(P<0.001)。主坐标分析表明,皮肤黏膜微生物显著区别于其他2个部位。在门水平小头裸裂尻鱼3个部位相对丰度前五的微生物类群均为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和蓝藻门(Cyanobacteria),其中肠道内容物中放线菌门相对丰度(46.53%)显著高于肠道黏膜(29.23%,P<0.05)和皮肤黏膜(25.83%,P<0.01);肠道黏膜中变形菌门的相对丰度(40.33%)显著高于肠道内容物(26.10%,P<0.05)。对各部位相对丰度前10的菌群进行分析发现,小头裸裂尻鱼皮肤黏膜和肠道内容物菌群差异菌群更多,包括微杆菌科(Microbacteriaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)和JG30-KF-CM45等6个差异菌科和冷杆菌属(Cryobacterium)、肉食杆菌属(Carnobacterium)、节杆菌属(Arthrobacter)等9个差异菌属,其中皮肤黏膜中相对丰度较高的菌属主要与有机化合物降解和抑菌作用相关。Tax4Fun功能预测发现,3个部位在第三级通路上表现出显著的差异特征,皮肤黏膜中的菌群在ABC转运蛋白代谢和组氨酸代谢通路富集,肠道黏膜在信号转导和甘油磷脂代谢通路显著富集,而肠道内容物则富集于脂肪酸合成、萜类化合物生物合成途径。【结论】小头裸裂尻鱼不同部位的菌群主要与环境相关,其中皮肤黏膜的微生物多样性最高,其微生物群主要与环境相关,而肠道黏膜和肠道内容物之间微生物多样性差异较小,除与环境相关菌群以外,还发现与自身生理特性、免疫以及营养物质的摄入与消化相关的菌群。阐明不同部位微生物分布特征,将为高原鱼类保护及生存环境改善提供基础数据和科学依据。

  • 杨丽君,李红卫,白国栋,于艳雪

    2023,63(1):251-267, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220300

    Abstract:

    【目的】鉴于肠道微生物在昆虫环境适应过程中发挥重要作用,探索中国不同地区分布的东亚飞蝗肠道微生物多样性情况。【方法】本文利用Illumina NovaSeq测序平台对中国4个代表性蝗区的东亚飞蝗(Locusta migratoria manilensis Meyen)肠道微生物进行16S rRNA基因测序和分析,探究其多样性。【结果】分布区域、发育时期和性别对东亚飞蝗肠道微生物结构均影响明显,其中分布区域的影响最为显著,其次为性别和发育时期。多样性分析发现,采自广东省清远市和河北省沧州市的东亚飞蝗肠道微生物多样性差异性较大,所选取的8个环境因子中平均气温和降水量可影响东亚飞蝗的肠道菌群多样性。【结论】研究结果从共生微生物和环境因素角度解析了东亚飞蝗的环境适应性,为研制地理溯源技术和开发微生物制剂提供了科学依据。

  • 程曦,梅婷,李哲,牛露露,傅丹丹,宋祥军,邵颖,祁克宗,涂健

    2023,63(1):268-282, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220307

    Abstract:

    【目的】探究毒力基因ompA在禽致病性大肠埃希菌(avian pathogenic Escherichia coli,APEC)分泌外膜囊泡(outer membrane vesicle,OMV)诱导鸡气管黏膜上皮细胞(chicken trachea epithelium cells,CTECs)凋亡中的功能,为后期深入研究APEC-OMV的致病机制奠定基础。【方法】以APEC分离株AE17为野生株,利用CRISPR/Cas9系统构建ompA基因缺失株,利用表达载体pET-28a构建ompA基因过表达株,并分别提取野生株、缺失株、pET-28a空载株及过表达株的OMV。通过透射电镜、纳米颗粒分析、annexin V-FITC/PI双染检测及超微病理切片等实验探究毒力基因ompA在APEC-OMV诱导CTECs细胞凋亡中的功能。【结果】成功构建缺失株AE17△ompA、空载株AE17-pET-28a及过表达株AE17-pET-28a-OmpA。与AE17的OMV(AE17-OMV)相比,AE17 △ompA的OMV(AE17△ompA-OMV)颗粒浓度显著减少且平均粒径显著降低(P<0.05),而AE17-pET-28a-OmpA的OMV(AE17-pET-28a-OmpA-OMV)颗粒浓度显著增加且平均粒径显著增大(P<0.05)。与AE17-OMV处理组相比,AE17△ompA-OMV对CTECs损伤程度降低,凋亡率下降,仅有部分CTECs线粒体轻微肿胀;而AE17-pET-28a-OmpA-OMV感染CTECs后细胞凋亡率升高且出现显著细胞病变,如部分线粒体基质变淡、嵴消失甚至转化为空泡状结构等。【结论】ompA基因对APEC-OMV的平均粒径和颗粒浓度具有正调控作用,且促进APEC-OMV诱导CTECs细胞凋亡。

  • 许晓毅,崔佳豪,白净,王斌,陈小宾,贺志敏,温妍

    2023,63(1):283-296, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220309

    Abstract:

    【目的】从污染土壤中分离筛选一株多环芳烃降解菌,并探究其与Pseudomonas aeruginosa B6-2构建的混菌体系对菲-镉复合污染的修复效能,以及微生物代谢特性对不同镉浓度赋存的响应特性,以期为复合污染的生物修复提供优良菌株资源及应用技术参考。【方法】采用富集驯化、筛选纯化方法得到一株多环芳烃降解菌,通过生理生化特征和16S rRNA基因序列分析进行鉴定。利用高效液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法评估不同镉浓度赋存下各反应体系对菲和镉的去除效能;通过菌体细胞形态的扫描电镜观测及菌株代谢活性检测,探讨镉胁迫对菲生物降解过程的影响机制。【结果】筛选得到一株具有重金属耐受性和多环芳烃高效降解菌SZ-3,经鉴定为节杆菌属;降解菌协同体系(M)具有良好的菲降解效能和抗镉胁迫优势。镉胁迫浓度为0.5、10mg/L时,M对菲和镉的去除率分别高于85%、80%;镉胁迫浓度为25、50mg/L时,2种污染物的去除率均大于65%。扫描电镜分析表明,镉胁迫导致菌体表面粗糙且出现不同程度变形,菌体间黏附性和聚集性提高。反应周期内,邻苯二酚1,2-双加氧酶活性与电子传递体系活性随镉浓度增加而降低,两者变化与菲降解速率变化一致。【结论】Arthrobacter sp. SZ-3是一株PAHs高效降解菌,能与Pseudomonas aeruginosa B6-2协同高效修复菲-镉复合污染,随着初始镉胁迫浓度增加,混菌协同对目标污染物去除的优势显著。

  • 李莹,刘兰英,姜宇杰,何肖云,邱胤辉,任丽花,傅建炜

    2023,63(1):297-318, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220310

    Abstract:

    【目的】土壤微生物对农业生态系统的长期可持续性至关重要。为探讨不同连作年限对辣椒土壤细菌群落结构和潜在功能的影响。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序PICRUSt功能预测相结合的研究方法,对不同连作年限下(1Y、3Y、5Y和10Y)的辣椒土壤细菌微生物群落结构和功能进行分析。【结果】微生物多样性指数和共生网络复杂度随连作年限的延长而降低,同时,连作年限变化对细菌群落组成有显著影响。不同的土壤细菌种群对连作措施的响应程度不一,长期连作增加了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,但降低了绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和髌骨细菌门的相对丰度。PICRUSt功能预测结果表明,延长连作年限改变了土壤细菌整体的氮、磷代谢能力,导致细菌群预测功能基因发生了变化,能量代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等重要代谢功能基因减少,而折叠、分类和降解、复制和修复、膜转运、细胞生长与死亡等功能基因丰度明显增加。冗余分析表明,土壤有机质和有效磷是影响细菌群落迁移和功能变化的关键土壤理化因子。【结论】延长辣椒连作年限后,细菌群落结构改变和多样性下降导致土壤微生物群落功能失调可能是造成辣椒连作障碍的原因之一。

  • 张素平,林晓颖,徐明超,乔蕾,杨晶,孙晖,张桂,刘丽云,徐建国

    2023,63(1):319-332, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220318

    Abstract:

    【目的】对分离自健康成人粪便样本的棒状腐败乳杆菌(Loigolactobacilluscoryniformis) Lc7进行分类学鉴定和益生潜力评估。【方法】基于16S rRNA基因和基因组核心基因构建系统发育树,对Lc7进行分类学鉴定;通过耐酸和胆汁酸盐、粘附、抗氧化和抑菌实验,以及溶血、明胶酶活性和抗菌药物敏感性实验,评估Lc7的益生特性。同时,构建小鼠溃疡性结肠炎模型,评估Lc7的体内抗炎潜力。【结果】Lc7鉴定为L. coryniformis,在酸和胆汁酸盐的连续作用下,Lc7的存活率为70.17%。Lc7对HT-29细胞的粘附指数为56.33 CFU/cell,其自聚集和疏水性分别为80%和40%;Lc7对福氏志贺菌和鼠伤寒沙门菌等7个常见致病菌均有较强的抑制能力;对1,1-二苯基-2-苦基肼(1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl,DPPH)和羟自由基(hydroxyl radicals,·OH)的清除率分别为91.70%和48.53%;Lc7无溶血现象和明胶酶活性,对选取的大多数抗生素均敏感。在小鼠结肠炎实验中,Lc7干预组小鼠结肠长度明显长于模型组(P<0.01),结肠病理明显改善(P<0.01),并且降低了血清促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的浓度,升高了抗炎细胞因子IL-10的浓度(P<0.01)。【结论】Lc7具有益生特性和体内抗炎潜力,可作为益生菌株进行开发和应用。

  • 李向茸,吴贝,高铭,李殿玉,李洪珊,牛宇辉,马瑞仙,张梦月,赵旭,谢晶莹,冯若飞

    2023,63(1):333-345, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220330

    Abstract:

    【目的】探究热休克蛋白27(heat shock protein 27,HSP27)在脑心肌炎病毒(encephalomyocarditis virus,EMCV)体外增殖过程中对多种信号通路的调控作用,为明确其他宿主因子体外调控EMCV增殖的机制研究奠定基础,并为进一步揭示EMCV致病的分子机制提供有力证据。【方法】利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)、免疫印迹、间接免疫荧光和核质分离等方法检测干扰或过表达HSP27对EMCV感染引起的细胞自噬、翻译起始因子2α(eukaryotic translation initiation factor 2α subunit 1,EIF2S1)-应激特异性转录因子4(activating transcription factor 4,ATF4)信号通路及髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88,MyD88)/核转录因子κB(nuclear transcription factor kappa B,NF-κB)信号通路的影响。【结果】干扰宿主细胞中HSP27的表达可促进自噬及EIF2S1-ATF4信号通路,抑制EMCV诱导的MyD88/NF-κB信号通路的活化。相反,过表达HSP27不仅能有效降低EMCV诱导的自噬及EIF2S1-ATF4信号通路,还能促进MyD88/NF-κB信号通路分子的表达、p65的核移位和炎症相关因子的转录表达。【结论】HSP27既可以通过抑制EIF2S1-ATF4信号通路来负调控EMCV诱导的自噬,还可以正向调控EMCV触发的MyD88/NF-κB信号通路,表明HSP27在EMCV感染中具有多重调控作用。

  • 肖文轩,项智灏,林晨,刘军,张鹭

    2023,63(1):346-356, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220333

    Abstract:

    卡介苗(Mycobacterium bovis Bacille Calmette-Guérin,BCG)是目前唯一许可的结核病预防用疫苗,但菌株间基因组水平的改变导致疫苗在保护效果、安全性等方面存在诸多差异。【目的】验证DU2 Ⅲ和Ⅳ遗传型中sigH-rshA过表达与BCG菌株毒力变化的相关性。【方法】利用分子克隆技术构建了过表达sigH-rshA的重组BCG China和BCG Japan菌株,通过RT-PCR和Western blotting验证基因表达。利用巨噬细胞和重症联合免疫缺陷(server combined immune-deficiency,SCID)小鼠感染模型评价重组BCG的毒力变化;酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)试验评估肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)分泌。【结果】SigH-RshA蛋白过表达能够显著促进BCG的胞内增殖,同时刺激巨噬细胞产生更高水平的TNF-α分泌;SCID小鼠试验结果显示sigH-rshA过表达能提高重组BCG对免疫缺陷小鼠的毒力。【结论】sigH-rshA过表达能够增强BCG菌株对小鼠巨噬细胞和实验小鼠的致病性。

  • 樊英,王友红,姬广磊,许拉,王淑娴,胡发文,刁菁,姜景腾,叶海斌

    2023,63(1):357-375, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220338

    Abstract:

    对大泷六线鱼不同生长期肠道微生物进行分析。【目的】基于宏基因组学技术揭示其肠道微生物变化特征及其与营养的联系。【方法】对大泷六线鱼仔鱼、稚鱼和幼鱼肠道微生物样本进行HiSeq高通量测序,分析菌群结构,比较微生物群落的多样性,探究生长过程中肠道微生物的相互演替及功能关系。【结果】门水平上,鱼肠道微生物在生长过程中优势菌门变形菌门(Proteobacteria)递减,而厚壁菌门(Firmcutes)递增;属水平上,仔鱼期的弧菌属(Vibrio)(37.8%)、稚鱼期的发光杆菌属(Photobacterium)(77.8%)、幼鱼期的乳酸菌属(Lactococcus)(42.5%)占优势,微生物群落组成发生显著变化;且仔鱼期的多样性高,幼鱼期的丰富度高;物种差异也呈现着与生长特征的相关性,幼鱼期差异标志物是厚壁菌门、芽孢杆菌纲(Bacilli)、乳酸杆菌目(Lactobacillales)、链球菌科(Streptococcaceae)、乳球菌属(Lactococcus)和乳酸乳球菌(Lactococcus lactis);稚鱼期差异标志物是发光菌属、托鲁尼发光菌(Photobacterium toruni);仔鱼期差异标志物是Phaeobacter inhibensColwellia aestuariiColwellia polaris等。宏基因组功能水平分析显示,KEGG数据统计代谢功能占优势,随生长呈现递增趋势,鱼肠道微生物群在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、能量代谢,以及辅助因子和维生素代谢中起着重要作用;从蛋白注释功能上也呈现了类似的结果,碳水化合物代谢(3350)和氨基酸代谢(2424)占代谢通路主要组成部分。功能差异分析表明,随着生长变化,微生物功能逐渐适应机体和环境需求,稚鱼期差异主要体现在能量代谢和糖降解功能;仔鱼期差异显著的是细胞的生长、死亡和凋亡功能,主要体现在光合作用方面;幼鱼期主要体现是二级代谢物的生物合成,其次是糖酵解和糖异生等碳水化合物代谢等。【结论】大泷六线鱼仔、稚、幼不同生长期肠道微生物结构存在显著差异,生长发育改变肠道微生物菌群的功能,采用差异物种和差异功能综合判定生长所需的营养,有助于提高养殖效益,为绿色健康生态养殖提供理论基础。

  • 林若钦,张颖,李婧怡,梁馨文,程健恒,胡文艳,吴清平,陈谋通,张菊梅

    2023,63(1):376-386, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220344

    Abstract:

    【目的】筛选能有效抑制单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)形成生物被膜的乳酸菌,分析其活性成分并进行功能表征。【方法】采用结晶紫染色法筛选抑制LM形成生物被膜的不同乳酸菌提取物;通过酸中和、蛋白酶处理及热处理,推测抑制生物被膜活性物质以胞外多糖(extracellular crude polysaccharide,ECP)为主;乙醇沉淀法提取目标乳酸菌分离株胞外粗多糖,分析其抑制生物被膜形成活性和对LM生长的影响;运用激光共聚焦扫描显微镜(laser confocal scanning microscopy,LCSM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察胞外粗多糖对生物被膜细胞形态和结构的影响。【结果】发酵乳杆菌CSC-19发酵上清液对1516-2LM生物被膜的抑制率为81.7%;经热和蛋白酶处理后,发酵上清抑制生物被膜形成的活性未发生显著变化(P>0.05),表明发酵上清液中抑制生物被膜形成的物质可能为胞外多糖;在不抑制LM生长的条件下所提取的胞外粗多糖抑制生物被膜形成能力具有浓度依赖性。激光共聚焦扫描显微镜和扫描电子显微镜结果显示,胞外粗多糖显著抑制了生物被膜的形成能力,生物被膜三维、有组织的蜂窝状结构被破坏,仅有少量的粘附细胞分散于细胞爬片表面。【结论】发酵乳杆菌CSC-19胞外粗多糖能有效抑制LM生物被膜的形成,有望应用于高效防控该菌污染食品。

  • 周梦洁,胡汶松,胡刘秀,余春苗,王洲,黄茜琳,黄俊宝,梁雪艳,汤俊,罗建泉,薛正莲,刘艳

    2023,63(1):387-402, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220346

    Abstract:

    聚谷氨酸(polyglutamic acid,PGA)作为一种天然多功能的聚合物,近年来成为研究的热点。由于很难通过化学方法合成,微生物发酵是目前生产聚谷氨酸的有效途径。【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌聚谷氨酸合成途径中degSdegQdegUswrArocAputM基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的调控。【方法】以枯草芽孢杆菌为出发菌株,通过对代谢途径中相关基因进行敲除或过表达,分别构建degSdegQdegU基因缺失的重组菌,swrArocAputM基因过表达的重组菌,借助菌株胞外聚谷氨酸积累的变化分析影响途径的关键节点。【结果】在摇瓶发酵条件下,重组菌Bacillus subtilis 168-swrABacillus subtilis 168-rocABacillus subtilis 168-putM的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.28倍、1.47倍和1.37倍。重组菌Bacillus subtilis 168-△degSBacillus subtilis 168-△degQBacillus subtilis 168-△degU的胞外聚谷氨酸含量分别是原始菌株的1.01倍、0.98倍和0.94倍。在静态培养时,BS168-△degU不能形成完整的生物膜,Bacillus subtilis 168-△degSBacillus subtilis 168-△degQBacillus subtilis 168-swrABacillus subtilis 168-rocABacillus subtilis 168-putM菌株的生物膜形成量分别是原始菌株的1.48倍、1.31倍、1.77倍、2.59倍和2.16倍,且胞外蛋白含量与生物膜的形成量呈正相关。【结论】degSdegQdegU基因的缺失不会明显影响聚谷氨酸的合成,swrArocAputM基因的过表达均能显著提升细胞合成聚谷氨酸的能力,rocAputM基因的表达量增强能提高胞内谷氨酸的积累,从而增加聚谷氨酸的合成。

  • 代安娜尔,乔少婷,孙思霖,聂佳莹,丹彤,孙志宏

    2023,63(1):403-418, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220354

    Abstract:

    【目的】嗜热链球菌IMAU20246是一株具有良好发酵特性且高产胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)的菌株,但其EPS基因簇及合成途径尚不清晰。因此可通过全基因组测序及生物信息学分析菌株基因组序列,探究EPS合成及调控机制。【方法】本实验对嗜热链球菌IMAU20246进行全基因组测序并进行生物信息学分析,解析EPS生物合成相关基因簇及EPS合成途径,同时采用实时荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)对其不同时间点EPS基因簇的表达进行定量分析。【结果】嗜热链球菌IMAU20246基因组中有一个18.1kb的EPS生物合成基因簇,编码15个与EPS生物合成相关的基因。嗜热链球菌IMAU20246通过转运葡萄糖、甘露糖、果糖、半乳糖、乳糖、海藻糖、纤维二糖及蔗糖合成UDP-葡萄糖、dTDP-葡萄糖、dTDP-鼠李糖、UDP-半乳糖、UDP-呋喃半乳糖、UDP-N-乙酰葡萄糖胺和UDP-N-乙酰半乳糖胺等7种糖核苷酸。qRT-PCR的结果表明,EPS基因簇中的基因在细胞生长阶段均能表达,特别是糖基转移酶基因epsEepsFepsHepsJ在培养6h时表达量最高,此时EPS产量达到最高。【结论】本研究从基因组解析了嗜热链球菌IMAU20246 EPS基因簇及其合成途径,为菌株的进一步开发提供了理论依据。

  • 张金新,段园园,毕洪凯,蔡磊,刘玲

    2023,63(1):419-429, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220360

    Abstract:

    【目的】研究一株西北太平洋深海沉积物来源真菌Aspergillus jensenii LW128的次级代谢产物及其抗菌活性。【方法】利用硅胶柱色谱(silica gel column chromatography)、凝胶柱色谱(Sephadex LH-20 column chromatography)和反相高效液相色谱(reversed-phase high-performance liquid chromatography,RP-HPLC)等方法对菌株的发酵粗提物进行分离纯化得到单体化合物;将核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance,NMR)、质谱(mass spectrometry,MS)数据与相关文献报道数据进行比对后确定化合物结构;采用肉汤微量稀释法测定化合物的抗菌活性。【结果】从海洋真菌Aspergillus jensenii LW128中分离并鉴定了10个已知化合物,分别为diorcinol D(1)、diorcinol K(2)、diorcinol I(3)、(+)-(7S)-7-O-methylsydonic acid(4)、(+)-sydonic acid(5)、pseudaboydin B(6)、anthraquinone aversin(7)、6,8-di-O-methylnidurufin(8)、5-methoxysterigmatocystin(9)和sterigmatocystin(10);抗菌活性测试结果表明,化合物123具有一定的抑菌作用。【结论】Aspergillus jensenii LW128具有被开发成抗菌药物的潜力。

  • 孙伟,许杰,周万平,罗倩,张薇

    2023,63(1):430-445, DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220361

    Abstract:

    【目的】伦茨菌属(Lentzea)放线菌(Actinobacteria)代谢产物具有广泛的生物活性,在医药领域展现出潜在的应用价值。本研究尝试建立以核糖体蛋白质为标志物,利用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry,MALDI-TOF MS)技术鉴定伦茨菌属放线菌的方法。【方法】检索基因组数据库,提取伦茨菌属菌种模式菌株15种核糖体蛋白质的序列并计算理论分子量;通过分子量比对分析伦茨菌属菌种模式菌株之间及其与邻近属菌种模式菌株之间15种核糖体蛋白质的匹配度,提出鉴定至菌种及属的核糖体蛋白质匹配数标准;选取目标属和非目标属菌种进行MALDI-TOF MS测试和分析并修正鉴定标准。【结果】将待测菌株的MALDI-TOF质谱峰与伦茨菌属各菌种模式菌株的15种核糖体蛋白质分别匹配,通过最大匹配数及质谱峰强度模式可鉴定至属或种。【结论】本研究建立了基于15种核糖体蛋白质标志物及MALDI-TOF MS技术鉴定伦茨菌属放线菌的方法,可为放线菌纲其他类群的快速鉴定提供借鉴。

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