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[目的]铬(Chromium,Cr)是常见的重金属,广泛应用于电镀、冶金、制革等行业。含Cr污染物进入环境介质,不仅造成生态环境的破坏,还可能严重威胁人类健康。Cr在自然条件下主要以六价铬(Hexavalent chromium,Cr(VI))和三价铬(Trivalent chromium,Cr(Ⅲ))形式存在。其中,Cr(Ⅵ)具有强生物毒性及“三致”作用,被美国环境保护署列为A类致癌物。Cr(Ⅵ)污染的修复方法包括:物理、化学与生物修复法,其中微生物修复法成本较低、操作简便且修复效率高,具有实际应用潜力。但微生物易受环境因素的影响,难以保证修复效率。因此,本研究对菌株Sporosarcina saromensis M52耐受Cr(Ⅵ)的分子机制开展多组学联合分析,并在此基础上利用基因工程技术构建高效Cr(Ⅵ)基因工程菌,以期为生物修复Cr(VI)污染提供科学依据。[方法]本研究利用分离自福建省厦门市马銮湾近海潮间带沉积物样品的Cr(VI)耐受菌株M52。提取该菌的基因组DNA并扩增16s rRNA序列,确定菌株信息并进行基因组测序。以400mg/L Cr(VI)为高浓度组,并以8倍极差确定低浓度组Cr(VI)浓度为50mg/L,分别培养菌株至对数后期,提取M52的总蛋白并进行蛋白质组学分析,根据多组学联合分析结果,筛选出参与Cr(Ⅵ)耐受的相关功能基因,阐明其Cr(VI)耐受机制。以编码铬酸盐转运蛋白的chrA为目的基因,以M52基因组DNA为模板扩增chr4基因,连接至载体pET-28a(+)中并转化至大肠杆菌感受态细胞E.coli Trans5a,构建重组表达质粒pET-2 8a(+)-chrA并转化至大肠杆菌感受态细胞E.coli BL21,获得chrA基因工程菌,探究其Cr(VI)去除特性。[结果]菌株M52的16s rRNA序列全长为1423bp,与原始序列信息一致。基因组学测序提示:10个基因参与M52的Cr(VI)耐受。其中,orf3458编码铬酸盐转运蛋白,外排胞内Cr(VI),以降低菌株对Cr(VI)的摄入;orf0423与orf2987编码的NAD(P)H依赖型黄素单核苷酸还原酶,以NAD(P)H为电子供体,Cr(VI)为电子受体,还原Cr(VI)为低毒性的Cr(Ⅲ);orf0415、orf3015及orf3237分别为硝酸盐还原酶、NAD(P)H依赖型硝酸盐还原酶及黄素单核苷酸还原酶,亦能实现Cr(VI)的生物还原过程;orf1201、orf1202、orf1273及orf1686能够修复Cr(VI)还原过程中产生的氧化活性物质导致的DNA错配等氧化损伤。蛋白质组学分析提示:低浓度组中,基因orf3503、orf3504、orf3505、orf3506等参与编码的ABC转运蛋白在Cr(VI)的胁迫下呈现显著性上调表达,有助于从胞质中主动外排Cr(VI),保证M52的生存;高浓度组中,鞭毛合成相关蛋白(FlaG、FliS及FlgM)显著上调表达,增加菌株的运动能力以趋避高浓度Cr(VI)的致死效应.高、低2个浓度组中,orfl 693编码的Tat蛋白转运途径相关蛋白均显著上调表达,协助蛋白质的正确合成。运用基因工程技术,扩增出长度为1194bp的chr4a基因,该基因编码铬酸盐转运蛋白ChrA。构建重组表达质粒pET-28a(+)-chrA并转化至大肠杆菌感受态细胞coli BL2 1,成功获得chr4工程菌株并通过IPTG诱导表达出约48 kD的蛋白。经验证,该chrA工程菌具有Cr(VI)去除能力,72h以内几乎可完全去除100mg/L浓度的Cr(VI),但其总体Cr(VI)去除能力略低于M52原菌。[结论]组学分析初步揭示了M52耐受Cr(VI)的主要机制包括:编码表达Cr(VI)还原酶,减少胞质内外Cr(VI)浓度:增强主动外排Cr(VI),降低Cr(VI)对菌体的直接损伤:编码表达具有DNA修复能力的蛋白酶,减轻ROS对遗传物质的氧化性损伤;增加鞭毛合成相关蛋白的表达,增强运动性以趋避高浓度Cr(VI);激活Tat途径,确保蛋白质的正确合成:通过群体感应协同抵抗Cr(VI)胁迫。成功构建chrA工程菌株并证明其Cr(VI)去除能力,为构建其他功能基因工程菌奠定了可供借鉴的理论基础并具有较好的应用潜力。