课题基金 / 基金详情

一株鞘氨醇杆菌基于纳米线的胞外电子传递机制研究

批准号:
32070097
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王霞
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王霞

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微生物胞外电子传递对有机污染物的分解代谢、化学元素循环及能量再生等具有重要意义。目前对于专性好氧微生物的胞外电子传递研究鲜有涉及。前期研究发现专性好氧菌Sphingobium yanoikuyae XLDN2-5能形成具有电活性的生物膜并具有胞外电子传递现象,且该菌在生物膜内生长时会生成导电纳米线,由此提出当该菌在生物膜低溶氧区内生长时可通过胞外电子传递进行胞外呼吸并且在低氧胁迫条件下存在一种新型的基于纳米线胞外电子传递机制的假设。基于以上假设,本项目拟在该菌全基因组测序完成及发现其生成导电纳米线基础上,深入开展该菌在低氧胁迫条件下基于纳米线的胞外电子传递机制研究。通过基因组挖掘、转录组测序分析和Tn5转座诱变等技术筛选该菌利用纳米线进行胞外电子传递的关键基因,并利用基因敲除等方法确定相关基因功能,揭示该菌基于纳米线的胞外电子传递机制,为专性好氧微生物的胞外电子传递研究提供理论基础。
英文摘要
The extracellular electron transfer (EET) of microorganisms is of great significance to organic pollutant biodegradation, chemical element cycle, and energy regeneration. There are few studies on the EET of obligate aerobic microorganisms. We found that Sphingobium yanoikuyae XLDN2-5, a heterocyclic pollutant degrading bacterium, has capabilities to form electroactive biofilm and extracellular transfer electron, and produces conductive nanowires when it grows in the low dissolved oxygen zone of anodic biofilm. Thus, we hypothesized that the obligate aerobic bacterium can carry out extracellular respiration via EET when it grows in the low dissolved oxygen zone of anodic biofilm, and has a novel EET mechanism based on nanowires. Based on the sequencing of the whole genome of S. yanoikuyae XLDN2-5 and the discovery of its conductive nanowires, the nanowires-based EET mechanism of this bacterium will be investigated in this proposal. The key genes of the nanowires-based EET under hypoxia conditions will be characterized by genomic mining, transcriptome analysis, and Tn5 transposon mutagenesis. The functions of key genes will be explored by gene knockout. Based on above research, the nanowires-based EET mechanism will be constructed for S. yanoikuyae XLDN2-5. This proposal will provide a theoretical foundation for the EET mechanism research of obligate aerobic microorganisms.
基于目前专性好氧微生物的胞外电子传递研究缺失现状,本项目旨在解析好氧菌Sphingobium yanoikuyae XLDN2-5基于纳米线的胞外电子传递机制。. 首先分析了S. yanoikuyae XLDN2-5基于氧化还原介体的间接胞外电子传递途径。MFC阳极液的电化学分析证实该菌不能通过自身代谢产生氧化还原介体进行间接电子传递。而且该菌也不利用乙酸硫堇酯、蒽醌-2,6-二磺酸二钠、VB2和吩嗪-1-羧酸等外源氧化还原介体来提高MFC的产电性能。由此判断,该菌不能利用氧化还原介体进行间接胞外电子传递。. 然后分析了S. yanoikuyae XLDN2-5基于纳米线的直接胞外电子传递途径。MFC阳极生物膜SEM形貌表征发现,该菌在阳极能形成较厚的生物膜且细胞表面生成网状结构的纳米线。MFC产电启动期纳米线开始生成;产电稳定期纳米线的数量大增且形成网络结构;在产电衰退期和结束期,纳米线的数量和网络结构均没明显变化,这证实纳米线生长和网络结构形成与MFC产电过程是一致的。且C-AFM证实该纳米线具有导电性。由此判断该菌生成的纳米线与其胞外电子传递相关。. 基于上述结果,以有无低氧胁迫为条件对摇瓶培养液和阳极生物膜中菌体进行了转录组测序分析,根据基因功能注释及基因表达情况筛选确定17个可能与该菌胞外电子传递相关的基因。根据同源重组原理利用接合转移方法对17个基因进行无痕敲除,成功获得5个基因(包含菌毛相关基因pilZ和鞭毛相关基因filS)的敲除菌株。经过性状分析,5个敲除菌株的产电能力和纳米线生成能力均未受到影响。另外,经过敲除实验证实所筛选的17个胞外电子传递相关基因中膜蛋白、孔蛋白和细胞色素等编码基因均不能被成功敲除,可能这些基因所编码的蛋白与S. yanoikuyae XLDN2-5的基本生理功能相关。. 综上,本项目首次证实S. yanoikuyae XLDN2-5在生物膜低溶氧区内生长时利用细胞表面生成的导电纳米线而非氧化还原介体进行胞外电子传递,且分子机制研究表明该纳米线与菌毛和鞭毛无关,可能是细胞膜的延伸。本项目研究结果不仅为好氧菌胞外电子传递研究提供理论基础,并且对基于生物电化学系统的环境污染物资源化利用具有重要意义。
NETs靶向驱动S100a8+巨噬细胞转化在UC治疗中的作用及机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    王霞
  • 依托单位:
DIM调控Nrf2/HO-1信号通路和肠道菌群在儿童肥胖中的作用和机制研究
  • 批准号:
    81973065
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    王霞
  • 依托单位:
基于硫醌氧化还原酶表达的微生物传感器构建及其对环境污染物硫化物检测研究
  • 批准号:
    31570103
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    王霞
  • 依托单位:
MicroRNA-199a调控脂肪细胞分化及在肥胖发生中的作用和机制研究
  • 批准号:
    81370966
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    王霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金