水平基因转移及其在污染修复中的应用

水平基因转移加速了部分生物体基因组的进化和革新;但随着基因改造生物的大量运用,由水平基因转移引起的生态安全问题越来越成为人们争论的焦点.由于大量异生污染物的产生,污染地区成为细菌水平基因转移的一个"热点"区域.为了实现污染地区的生物修复及强化难降解废水处理的效果,人为的制造和加快特定降解基因的水平转移被认为是解决这些问题的一个新思路.图2参57     

废水生物强化处理技术研究进展

生物强化技术具有高效去除目标污染物、加速系统启动、提高系统抗水力及有机负荷能力以及优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能,在废水生物处理实际应用中潜力巨大.总结了国内外废水生物强化处理技术研究进展,在功能微生物选育方面,通过传统选育手段与基因工程手段并举来实现;在功能菌应用与生物强化处理工艺方面,主要通过所投加的功能菌直接作用或是利用基因水平转移(HGT)来实现生物强化;在分子检测技术方面,随着分子生物学的发展,一些技术如变性梯度凝胶电泳(DGGE)、核糖体间隔基因分析方法(RISA)及荧光原位杂交(FISH)等在与微生物生态学研究中得到了广泛应用.分析认为,应用分子生物学等先进技术手段,探讨废水生物强化处理工程应用过程中的微生物生态学机制,并以此为指导研发高性能菌剂,将是本领域的研究重点与方向之一.     

环境中抗药基因水平转移研究进展

抗药基因是一种新型环境污染物,一旦被致病菌获得,将导致抗生素的临床使用失效,从而危害公共健康。抗药基因可通过转移因子在细菌间传播,加剧抗药基因的扩散效应,提升了环境健康风险性,因此抗药基因水平转移受到了越来越多的关注。本文介绍了抗药基因水平转移的分子机制,总结了不同环境中各种抗药基因水平转移途径的研究现状,并对该领域将来的研究方向提出了展望,以期为环境中抗药基因的调查评估、污染控制及合理管理提供理论参考。     

油菜菌核病菌(Sclerotinia sclerotiorum)与细菌间的基因水平转移

油菜菌核病（Sclerotinia sclerotiorum）是油菜生产上最重要的病害之一,其致病性可能来源于基因水平转移（Horizontal gene transfer,HGT）.为认识其致病原理和寻找新的真菌抑制剂的靶点,首先通过BLASTp发现其基因XM₀01585458.1编码蛋白XP₀01585508.1与细菌比对结果中出现低E值3.23e-109和高SCORE值436,暗示存在HGT现象;进一步通过系统进化树的建立,发现该蛋白在进化分枝上更接近于细菌中由Streptomyces sp.C的NZ_CM000832.1基因编码的蛋白ZP₀7291173;同时核苷酸组成分析也发现该基因与油菜菌核病菌基因组的碱基组成有较大差别,GC含量提高了14.95%.这些结果证明了XM₀01585458.1的确存在基因水平转移事件.结构分析和COG蛋白功能分类显示该HGT序列编码蛋白XP₀01585508.1具有FA58C₃（Coagulation factors 5/8 type C domain）、Kelch repeat type 1、Galactose-binding domain-like、Galactose oxidase/kelch,beta-propeller等保守结构域,应为一个膜蛋白并参与多糖代谢,推测该水平转移基因与S.sclerotiorum在侵染植物时进行细胞壁水解和致病性有关.     

高效染料降解真菌的分离及其在印染废水生物处理中的强化作用

用选择培养基从污水处理厂污泥中筛选出能降解3种染料(OrangeⅠ,OrangeⅡ和酸性大红)的菌株.通过梯度驯化,优选出1株适应能力强、活力旺盛的菌株F2,初步鉴定为腐霉菌.以OorangeⅡ为模式染料,比较不同培养基对降解的影响,发现PDA培养基最合适.通过对降解产物的紫外可见光谱分析,发现腐霉菌F2能彻底降解染料,并优先降解简单结构.另外通过用该菌株作为外源菌强化原染料废水处理的混合菌群,得到良好的处理效果.图5参10     

非抗生素类新污染物影响质粒携带的抗生素抗性基因(ARGs)水平转移研究进展

人们通常认为抗生素的选择压力是造成抗生素抗性基因快速扩散的原因,但是越来越多的研究表明环境中非抗生素类新污染物也能够造成抗生素抗性基因快速扩散。本文对非抗生素类新污染物影响质粒携带抗性基因水平转移规律和机制研究进展进行了归纳总结。目前的研究大多集中在内分泌干扰物、药品及个人护理产品以及纳米材料影响R质粒携带抗生素抗性基因水平转移,相关机制主要关注非抗生素类新污染物对活性氧、应激反应以及细胞膜通透性的影响。持久性有机污染物影响质粒携带抗性基因水平转移规律以及非抗生素类新污染物对其他质粒携带的抗生素抗性基因水平转移规律和其他类型的机制可以作为未来的研究方向。     

不同生态系统中细菌遗传物质的转移

核苷酸序列分析和全基因组序列分析表明,细菌的进化通常是由于不同种属之间遗传物质水平转移而推进,基因转移的主要方式有转化、转导和接合,本文综述了有关自然界不同生态系统中细菌遗传物质转移的研究,这些研究可以促使更好地评估基因的水平转移,同时在农业生产或环境补救时人们会特意向环境中释放天然或重组细菌,了解环境中基因的水平转移对于安全评估这些细菌造成的后果也是必需的,参46     

抗生素抗性基因在土壤中积累、转移与消减的研究进展

细菌耐药性给人类健康及公共卫生带来巨大的威胁。土壤尤其是农业土壤是环境中抗生素抗性重要的源库。为减少抗生素抗性基因(ARGs)的传播风险,了解其在土壤中的传播规律非常重要。通过总结分析国内外发表的相关文献,对目前ARGs在土壤中的积累、转移情况及消减特征进行了综述。已有调查结果发现,农业发达及经济发地区土壤是ARGs积累的热区。有机肥施用及污水灌溉等原因导致ARGs在土壤中持续积累,其丰度可达10² gene copies/16S rRNA gene copies。胞内抗生素抗性基因(i ARGs)、胞外游离抗生素抗性基因(eARGs)是ARGs的两种赋存形态,其中,i ARGs是主要的赋存形态。i ARGs通过接合转移、转导在土壤中传播,其中接合转移是目前研究最多及最主要的水平转移方式。eARGs通过转化在土壤中传播。胞外DNA可以在土壤中留存几个月甚至一年以上,由于检测方法的限制eARGs在土壤中的自然转化并不经常被发现,因此,对土壤eARGs的风险研究有所忽略。外源ARGs进入土壤后的命运受到ARGs种类、形态、土壤特性、污染物等因素的影响。ARB进入土壤后...     

抗生素单一及联合暴露对RP4质粒介导的抗性基因水平转移的hormesis效应研究

抗生素滥用导致的抗性基因(ARGs)泛滥问题引起人们的日益关注。目前关于抗性基因的研究主要集中在环境监测方面,但是关于抗生素对ARGs传播的影响研究还相对缺乏。质粒是ARGs传播的重要载体,因此以基于RP4质粒的大肠杆菌(E.coli)接合转移体系为研究对象,探讨了盐酸四环素、甲氧苄啶、磺胺氯哒嗪、磺胺异唑在单一暴露条件下对RP4质粒接合转移的影响。根据单一暴露的结果设计混合抗生素的浓度比,探究抗生素联合暴露实验对质粒接合转移的影响。结果表明:在单一暴露条件下,只有盐酸四环素对含有四环素抗性的RP4质粒的接合转移频率有低促高抑的hormesis效应;在联合暴露条件下,对RP4质粒接合转移无促进作用的抗生素会抑制四环素的hormesis效应,这一定程度上降低了抗生素的环境风险。并且用受体理论解释了抗生素对质粒接合转移的hormesis效应产生机制,为目前尚无定论的hormesis受体理论机制提供了证据支持。     

信息素调控质粒介导的粪肠球菌耐药基因接合转移机制研究进展

粪肠球菌是一种在自然环境中广泛存在的革兰氏阳性细菌.由于其特殊的耐药机制及高频率的耐药基因转移方式,导致了环境中耐药粪肠球菌的广泛传播,生态安全形势严峻.其中,信息素应答质粒介导的粪肠球菌耐药基因的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式.本文回顾了近些年关于信息素应答质粒接合转移的研究成果,分析总结了接合转移的必要条件、正负调控信息素对接合转移的调节作用,并以携带四环素抗性的质粒pCF10为例简要探讨了接合转移相关基因、蛋白的调控机制,旨在更加全面地揭示粪肠球菌的耐药基因传播机制,为耐药细菌的基因转移机制研究提供参考.     

给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

人体肠道耐药基因组的研究进展

人类肠道菌群是耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的"储存库",且与人体健康密切相关。目前,抗生素的滥用严重,进一步加剧了耐药基因的传播和扩散。细菌耐药问题严重影响人体健康、食品安全和生态安全,携带耐药基因的致病菌对临床治疗造成巨大威胁。本文结合国内外研究进展,在总结人体肠道耐药基因组研究方法的基础上,探讨了肠道耐药基因的组成、来源、传播和进化,并对未来研究进行了展望,旨在促进公众对肠道耐药基因的认知,并为抗生素的合理使用提供理论支持。     

斑马鱼p53基因结构比对分析及其在生态毒理学中的应用

斑马鱼p53基因由11个外显子和10个内含子组成,外显子1和外显子11部分序列不参与编码蛋白质．其 cDNA核苷酸序列共2089bp,包含一个1122 bp的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)(44 bp-1165 bp),这个 ORF编码373个氨基酸．另外在3’端有924 bp是非翻译区(3’-UTR),5’端同样也存在43 bp的非翻译区(5’- UTR);12种脊椎动物p53氨基酸序列的保守性分析结果表明,在一些特殊的区域,12种氨基酸序列表现出了很高的保守性,这些区域和p53的抑癌功能密切相关．研究结果预示斑马鱼p53基因是一种理想的环境致突变物研究分子模型,在生态毒理学研究中具有良好的应用前景．     

Effects of carrier-attached biofilm on oxygen transfer efficiency in a moving bed biofilm reactor

Three laboratory-scale moving bed biofilm reactors (MBBR) with different carrier filling ratios ranging from 40% to 60% were used to study the effects of carrier-attached biofilm on oxygen transfer efficiency. In this study, we evaluated the performance of three MBBRs in degrading chemical oxygen demand and ammonia. The three reactors removed more than 95% of NH ₄ ⁺ -N at an air flow-rate of 60 L·h^–1. The standard oxygen transfer efficiency (αSOTE) of the three reactors was also investigated at air flow-rates ranging from 60 to 100 L·h^–1. These results were compared to αSOTE of wastewater with a clean carrier (no biofilm attached). Results showed that under these process conditions, αSOTE decreased by approximately 70% as compared to αSOTE of wastewater at a different carrier-filling ratio. This indicated that the biofilm attached to the carrier had a negative effect on αSOTE. Mechanism analysis showed that the main inhibiting effects were related to biofilm flocculants and soluble microbial product (SMP). Biofilm flocs could decrease αSOTE by about 20%, and SMP could decrease αSOTE by 30%–50%.     

Bt肠毒素基因与plcR基因的相关性及肠毒素对小鼠的急性毒性

用PCR方法检测溶血肠毒素BL、肠毒素T和肠毒素S三种肠毒素基因(hblA、becT、entS)及毒素调控基因plcR在30株苏云金芽胞杆菌株(Bt)中的分布.结果表明,含有hblA基因、entS基因、becT基因及plcR基因片段的Bt菌株分别占66.7%、70%、70%和73.3%.其中,含有plcR基因的菌株都至少含有一种肠毒素基因,不含肠毒素基因的菌株也未检测到plcR基因,说明plcR基因与肠毒素基因有着密切的关系.用3个Bt菌株WB9、HD2和HD9(都含有hblA、becT、entS和plcR基因片段,HD2和HD9经RPLA与TECRA肠毒素检测试剂盒检测具有高滴度)对小白鼠进行口服急性毒性试验.结果表明,所有3种供试菌株的发酵上清液对小白鼠行为和健康没有明显影响,对内部器官(心、肝、肺等)也没有产生病理现象.图5表3参14