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异化铁还原微生物(Dissimilatory Iron-Reducing Microorganism,DIRM)是一类能够以Fe(Ⅲ)为外部电子受体进行代谢的微生物,它们广泛分布于厌氧环境中。
从东太平洋洋中脊热液区采集的两个硫化物样品(22VI-EPR-S019-TVG13和22VI-EPR-S025-TVG19)中,采用蛋白胨铁氧化物培养基分离纯化获得两株嗜热厌氧异化铁还原细菌,分别命名为DY22613T和DY22619T。
菌株DY22619T是一株严格厌氧细菌,其细胞呈长杆状,菌体大小为2-6 um×0.5μm,有多个周生鞭毛,具有游动性。温度生长范围为40-70℃,最适生长温度为60℃;pH生长范围为4.5-8.5,最适pH值为7.0;盐度生长范围为10-100g/L海盐,最适生长盐度为30g/L海盐。在最适生长条件下,最短代时为0.92小时。异养生长可利用蛋白质类和糖类如蛋白胨、胰蛋白胨、酵母膏、牛肉浸膏、半乳糖、葡萄糖和多种氨基酸作底物。以蛋白胨为电子供体,可还原正方形针铁矿(Akaganeite)、无定形羟基氧化铁(Amorphous FeOOH)、无定形氧化铁(Amorphous ferric oxide)以及硫酸钠,微弱还原针铁矿(Goethite),不能利用可溶性的柠檬酸铁和氯化铁、强晶态的赤铁矿(Hematite)、单质硫和硝酸钠作电子受体。菌株DY22619T的基因组G+C含量是29.5 mol%。该菌株与Caloranaerobacter azorensis MV1087T的相似度最高(97.4%),16S rDNA序列号为KC794016。根据该菌株与Caloranaerobacter azorensis MV1087T在基因型和表型上的差异,我们提出DY22619T代表了Caloranaerobacter属的一个新的种,并且命名为Caloranaerobacterferrireducens sp.nov.
菌株DY22613T是一株严格厌氧细菌,其细胞呈长杆状,菌体大小为10-15μm×0.5 u m,有多个周生鞭毛,具有游动性。温度生长范围为45-70℃,最适生长温度为60-65℃;pH生长范围为5.0-9.0,最适pH值为7.0;盐度生长范围为10-80g/L海盐,最适生长盐度为35g/L海盐。在最适生长条件下,最短生长代时为0.91小时。异养生长可利用蛋白质类和糖类如蛋白胨、胰蛋白胨,酵母膏,牛肉浸膏、半乳糖、葡萄糖和多种氨基酸作底物。以蛋白胨为电子供体,可还原正方形针铁矿(Akaganeite)、无定形羟基氧化铁(Amorphous FeOOH)、无定形氧化铁(Amorphous ferric oxide)以及硫酸钠,微弱还原针铁矿(Goethite),而不能利用可溶性的柠檬酸铁和氯化铁、强晶态的赤铁矿(hematite)、单质硫和硝酸钠作电子受体。其基因组G+C含量是36.7%。该菌株的16S rDNA序列号为KC794016,与来自盐湖的嗜热嗜盐菌Halothermothrix orenii的相似度最高(87%)。根据该菌株与Halothermothrix orenii在基因型和表型上的较大差异,我们提出DY22619T代表了一个新属。
透析袋实验和透析管实验发现DY22619T和DY22613T可以不依赖直接接触而还原胞外的铁氧化物,推测其可能利用电子穿梭体(electron shuttle)将电子传递给胞外的铁氧化物。添加0.1mM的AQDS(一种人工电子穿梭体)使这两株细菌的铁还原能力分别提高了11.7%和74.0%。而添加4mM NTA(一种人工螯合剂),并没有对这两株细菌的铁还原速率有显著的促进。因此,电子穿梭机制可能是这两株细菌还原铁的重要机制。醌类物质在模式生物Shewanellaspp.中已被证明具有重要的电子穿梭功能,在这两株细菌铁还原培养液的上清中也发现有大量的醌类物质,其分离纯化工作正在展开,以进一步分析其化学结构,并且探究这些醌类物质在电子传递过程中的作用。
菌株DY22619T和DY22613T的基因组草图已完成测序,在它们的基因组中没有发现在模式菌Geobacter spp.和Shewanella spp.铁还原代谢中起重要电子传递功能的细胞色素c,推测它们可能采用另一套电子传递系统进行胞外电子传递。其它可能参与铁还原代谢的重要基因TypeⅣ纤毛合成基因、TypeⅡ分泌系统、醌的合成基因、核黄素合成基因和生物金属螯合剂(如siderophore)都有在这两株细菌的基因组中发现。