深渊细菌Halomonas piezotolerans NBT06E8T的分离、新种鉴定及该菌的过氧化氢酶的表达与特征研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxiaoxiaoren
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过氧化氢酶(Hydrogen peroxidase,EC1.11.1.6)可以分解H2O2,在纺织、造纸、造浆、食品等行业具有广泛的应用价值。为了应对氧化胁迫,微生物进化出了抗氧化系统,但是关于低温高压与抗氧化机制的联系我们还缺乏深入研究。目前低温高压与抗氧化机制的研究在深海细菌Shewanella piezotolerans WP3中被研究,还需在更多的模式菌中进行研究。因此获得新的耐压抗氧化能力强的模式菌株作为抗氧化机制的研究是本实验的研究目的。本研究中分离的Halomonaspiezotolerans NBT06E8T菌株来自2017年6月从8900 m深的新不列颠海沟航次中所获得的沉积物(153.8°E,6.4°S),样品一直保存于4°C。本课题耐H2O2菌株的分离是通过向培养基中添加不同浓度的H2O2进行平板筛选而获得的,选取耐受最高H2O2浓度的菌株并将其命名为NBT06E8T。对NBT06E8T菌株的16S r RNA的DNA序列进行测序,根据测序比对的结果得到最相似的种属,以16S r RNA序列相似度<97%为鉴定阀值,构建系统进化树(邻位连接法(NJ)和最大似然法(ML)),初步鉴定其为盐单胞菌属Halomonas的新种,进一步对该菌进行全基因组测序,将测序结果与其模式菌株进行DNA-DNA杂交值、ANI(平均核苷酸值)和AAI(平均氨基酸值)比对,分析比对结果也进一步显示该菌株为Halomonas的新种,在此基础上对实验菌株进行新菌鉴定,主要包括形态观察和生理生化指标的测试。后续我们利用大肠杆菌的异源表达法获得NBT06E8T菌株中的过氧化氢酶的体外酶产物,将粗酶经过凝胶过柱和过夜透析的方法进行纯化,最终获得纯化的过氧化氢酶,对纯化的过氧化氢酶进行酶学生化的研究,通过测定酶学特征得出该酶的最大酶活及最适温度,为深海微生物来源的过氧化氢酶的工业应用提供参考价值。耐高浓度H2O2的NBT06E8T菌株的筛选:Halomonas属的大多数物种分离自全世界的盐湖,有些种类的Halomonas是从非水生生境中分离出来的,包括土壤、奶酪、工业盐水、咸叶等。Halomonas属的一个共同特点是耐盐,许多盐单胞菌菌株能在盐度高达32.5%的环境中生长。在此实验中,我们利用过氧化氢平板筛选法得到耐高浓度H2O2的Halomonas的新菌株NBT06E8T,NBT06E8T生理生化指标鉴定结果表明,该菌株为需氧的革兰氏阴性菌,电镜下的细胞形态为棒状,宽0.8-1μm,长1.5-1.8μm,有鞭毛可运动,氧化酶和过氧化氢酶显阳性。菌落为黄色,圆形,光滑;在30°C下培养2 d后,菌落直径为1-2 mm。NBT06E8T的生长温度范围为4-45°C,最适生长温度为30°C;p H生长范围为5-11,最适p H为8-9;盐度耐受范围是0.5-21%(w/w),最适盐度范围为3-7%。高压胁迫实验表明该菌株为耐压菌株,生长的最适压力为0.1-30 MPa,最高可耐受60 MPa。而且,该菌株可在终浓度为15 m M的H2O2中生长。Mn2+、Co2+、Cu2+和Zn2+对NBT06E8T的最小抑制浓度分别为300、3.5、35和80 m M。16S r RNA基因序列分析表明NBT06E8T菌株与Halomonas aquamarina DSM 30161T(16S r RNA基因序列相似性:99.5%),Halomonas meridiana DSM 5425T(99.43%)和Halomonas axialensis Althf1T(99.35%)的亲缘关系最近。NBT06E8T菌株与这3个模式菌株H.aquamarina,H.marinmarina和H.axisensis之间的DNA-DNA杂交值依次为30.5±2.4%,30.7±2.5%和31.5±2.5%;ANI平均核苷酸同一性值依次为86.26、86.26和83.63%。NBT06E8T细胞中的主要脂肪酸为C18(18:1ω7c和C18:1ω6c)和C16,主要呼吸醌为泛醌Q-9。根据其表型和系统发育特征,我们得出菌株NBT06E8T是盐单胞菌耐压菌属的新种。菌株NBT06E8T的16S r RNA基因和基因组序列的Gen Bank号分别为MN435603和VWRT00000000。过氧化氢酶学实验:通过在大肠杆菌中进行异源表达并通过Ni-NTA琼脂糖凝胶亲和纯化获得纯化的过氧化氢酶(Kat E)。酶学性质结果表明:该酶的最适底物浓度为60 m M;最适酶活温度为20°C;最适酶活p H为7,在p H为5-7范围酶活较稳定;最适盐度在2-4%之间;纯化后的酶活达到47448.4 U/mg;Km为54.03 mmol/L,Vmax为71584 U/mg。综上所述,16S RNA测序比对及基于全基因组系统发育分析结果表明NBT06E8T该菌株为Halomonas新种。酶学特征结果显示该酶最适温度为20°C。本研究对该菌种氧化应激机制的新发现以及深海细菌应激适应机制的认识建立了基础,并为今后Halomonas菌种的生物技术应用提供了可能。
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