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小分子热休克蛋白(sHSPs)是一种普遍存在的热休克蛋白。它能够保护有机体在受到各种环境胁迫如温度、环境污染、资源危机、生物氧化性、病原体等的损害。本研究采用的两种小分子热休克蛋白分别是AgsA(来自鼠伤寒沙门氏菌)和CeHSP17(来自秀丽隐杆线虫)。通过小分子热休克蛋白AgsA和CeHSP17在大肠杆菌中的外源表达,研究大肠杆菌BL21(DE3)+AgsA和BL21(DE3)+CeHSP17和BL21(DE3)在温度和重金属复合胁迫下的剂量与效应关系和细胞蓄积效应,探讨小分子热休克蛋白AgsA和CeHSP17在重金属和温度的复合胁迫下对大肠杆菌的保护作用,以及小分子热休克蛋白AgsA在重金属细胞蓄积和受损细胞的恢复中的作用。1.大肠杆菌在温度和重金属复合胁迫效应研究:研究结果表明对于重金属Zn和Cd胁迫,小分子热休克蛋白AgsA有较明显的的应激反应,保护了大肠杆菌细胞,在各个温度下小分子热休克蛋白AgsA都提高了大肠杆菌对重金属Zn和Cd的耐受性,特别是42℃和50℃。而重金属Zn和Cd胁迫下,CeHSP17的应激反应不显著,仅50℃显著作用保护了大肠杆菌细胞,显著提高了大肠杆菌对重金属Zn和Cd的耐受性。对重金属Cu和Pb胁迫,小分子热休克蛋白AgsA的应激反应不显著,仅50℃显著作用保护了大肠杆菌细胞,显著提高了大肠杆菌对重金属Zn和Cd的耐受性。对重金属Cu和Pb胁迫,小分子热休克蛋白CeHSP17的细胞保护作用不显著,大肠杆菌对重金属Cu和Pb的耐受性与对照组相比不显著。2.大肠杆菌在相同时间不同浓度下的重金属蓄积研究:重金属Zn和Cd胁迫下的蓄积结果显示,在37℃、42℃和50℃时,重金属和温度复合胁迫促进小分子热休克蛋白AgsA的快速表达,从而降低了相同浓度下大肠杆菌细胞的单位细胞的蓄积量,并且提高了大肠杆菌对重金属Zn和Cd的耐受性。其中42℃测试组对Zn和Cd的耐受性最强。重金属Cu胁迫下,研究结果显示50℃时,重金属Cu和温度复合胁迫促进小分子热休克蛋白AgsA的快速表达,显著降低了大肠杆菌细胞单位细胞蓄积量,并提高了大肠杆菌对Cu的耐受性。重金属Pb胁迫,研究结果表明,各个温度下,大肠杆菌细胞的单位细胞蓄积量与对照组相差不显著,但是50℃下,AgsA显著提高了大肠杆菌对Pb的耐受性。由单位细胞蓄积量和耐受性表现,4种重金属毒性排序为(37℃)Pb>Cd>Zn>Cu,(42℃)Pb>Cu>Cd>Zn,(50℃)Pb>Cd>Zn>Cu。3.大肠杆菌在不同时间的重金属蓄积和恢复研究:Zn胁迫后,大肠杆菌细胞恢复结果显示,4小时毒性胁迫后细胞恢复略好于2小时胁迫后的细胞,其他重金属胁迫后恢复结果显示2小时大肠杆菌细胞恢复略好于4小时胁迫后的细胞,测试组(BL21(DE3)+AgsA)和对照组(BL21(DE3))相比,重金属Zn的4小时的胁迫后细胞恢复效率最高,能达到84.9%,重金属Cu和Cd 2小时胁迫后的细胞恢复效率能达到73.8%和72.5%,重金属Pb胁迫后测试组恢复效率略低于对照组,胁迫2小时后细胞恢复效率最高为62.8%。4种重金属毒性排序为Pb>Cd>Cu>Zn。终上所述,本研究结果表明,AgsA在温度和重金属复合胁迫下显著提高了大肠杆菌细胞的存活率,且其应激表现明显强于CeHSP17。这一研究成果可以广泛应用于工业的生产实践中,特别是在采用生物技术进行重金属污染治理,污染生态系统修复等诸多方面。可通过AgsA在工程细菌的外源表达,提高此类工程细菌生存的极限温度,这一特性极大的提升工程细菌的存活率和重金属治理中的去除效率。其次我们的研究发现大肠杆菌对不同重金属同温度同浓度下的单位细胞蓄积量并不相同,表明不同重金属在细胞中的蓄积效率不同。重金属相同抑制率下的大肠杆菌的单位细胞蓄积量结果,显示了该种重金属对细胞毒性的强弱,这对评价重金属毒性具有重要意义。而AgsA在受损细胞恢复中的作用也不能忽视,本研究认为,AgsA显著提高了受损细胞的恢复效率,因此小分子热应激蛋白AgsA可广泛应用于环境科学、医学、生物化学等领域,在有机体受损细胞修复方面发挥重要作用。