细菌研究论文

0引言脆性X综合征（fragile X syndrome, FXS）是一种最常见的遗传性智力发育不全综合征，有超过99%的FXS是由脆性X智障基因1（fragile X mental retardation, FMR1）中5′端非编码区CGG三核苷酸重复序列不稳定扩增及其CpG岛异常甲基化导致. FMR1基因的表达产物FMRP的缺乏导致FXS的发生［1-2］. 本实验对编码基因存在于3号染色体［3］，能与FMR1 基因5′ d (CGG)n3′重复序列特异性结合的蛋白CGGBP1进行原核表达，并对其DNA结合活性进行研究.1材料和方法材料大肠杆菌DH5α, BL21（ DE3）和表达载体pRSET A均为本实验室保存. 质粒提取试剂盒购自Sigma公司； 限制性内切酶BamH I和KpnI购自宝生物工程公司；T4 DNA连接酶购自Promega公司； Ni2+NTA金属螯合蛋白质纯化系统购自Qiagen公司；链酶亲和素磁珠购自Dynal公司；低分子质量蛋白标准购自上海西巴斯生物技术有限公司. 方法 表达载体的构建根据CGGBP1基因起始密码子和终止子邻近序列设计PCR引物：CGGBP1F CGC GGA TCC GAG CGA TTG TAG TAA CAG CA，CGGBP1R GGG GTA CCT CAA CAA TCT TGT GAG TTG AG. 其上游及下游引物分别加入BamHI和KpnI酶切识别位点序列(引物序列下划线部分). PCR反应以人淋巴细胞cDNA文库为模板，扩增编码CGGBP1的基因序列. 设计PCR扩增体系25 μL，灭菌去离子水10 μL，10×反应缓冲液 μL，25 mmol/L MgCl2 μL，DMSO μL，4× dNTP混合物（每种 mmol/L）2 μL，CGGBP1F和CGGBP1R各10 pmol，模板 μL（50 ng/μL）， Taq DNA（5 μ/μL）聚合酶 μL. 扩增条件：95℃预变性5 min，再94℃ 30 s， 53℃ 1 min，72℃ 1 min循环40次，最后72℃终末延伸产物10 min. PCR产物经琼脂糖电泳分离，用胶回试剂盒回收目的基因. 用BamHI和KpnI酶切PCR产物和pRSET A，酶切产物电泳后回收，在T4连接酶作用下，目的片段定向克隆至pRSET A的BamHI和KpnI克隆位点. 将重组质粒转入大肠杆菌DH5α，接种到含氨苄青霉素的LB培养基平板并挑取单菌落.融合蛋白的诱导表达将测序正确的重组质粒转入BL21（ DE3）. 挑取携带目标质粒的单菌落接种于含100 mg/L氨苄青霉素的LB培养基中， 37℃振荡培养12 h， 按10 mL/L比例转接于新鲜培养基，37℃振荡培养至对数生长期时，加入IPTG至终浓度1 mmol/L，32℃诱导振荡培养4 h，离心收集菌体，SDSPAGE分析重组蛋白的表达.蛋白表达形式的分析取5 mL菌液离心，用500 μL的裂解液（10 mmol/L 咪唑，300 mmol/L NaCl及50 mmol/L磷酸二氢钠 pH ）重悬，加溶菌酶至终浓度为1 mg/mL，冰浴30 min，超声波裂菌，离心后分别将上清和沉淀进行SDSPAGE分析.融合蛋白的纯化将1 mL 500 mL/L Ni2+NTA悬液和4 mL细菌裂解上清液轻轻混匀4℃放置60 min，直接过柱. 过柱结束后，用4 mL漂洗液（20 mmol/L 咪唑，300 mmol/L NaCl及50 mmol/L 磷酸二氢钠 pH ），洗脱未和Ni珠结合的杂蛋白. 经过2次漂洗后再用 mL洗脱液(250 mmol/L 咪唑，300 mmol/L NaCl及50 mmol/L 磷酸二氢钠 pH ) 3次洗脱特异结合的目的蛋白，分步收集. 取收集液，进行SDSPAGE分析.与（CGG）29重复序列双链DNA结合实验取10 μL磁珠用1 mL的无RNA酶的三蒸水清洗磁珠2次，除去防腐剂. 1×生物素亲和素结合缓冲液（10 mmol/L TrisHCl，2 mol/L NaCl，1 mmol/L EDTA，1 g/L Tween 20）15 μL重悬磁珠，各5 μL分3组实验. 其中一组加入25 μL（100 ng/μL）生物素化的（CGG）29重复序列双链DNA，另外两组分别加入25 μL（100 ng/μL）非生物素化的（CGG）29重复序列双链DNA和25 μL三蒸水做对照；三组分别再加入2×生物素亲和素结合缓冲液30 μL，25℃轻摇1 h. 经磁力吸附后，弃上清. 重复上述步骤3次；加入纯化后CGGBP1（500 μg/mL）15 μL 和2×核酸蛋白结合缓冲液（20 mmol/L HEPES，100 mmol/L NaCl， mmol/L DTT，100 g/L甘油）20 μL，室温下静置30 min；经磁力吸附后，弃上清；用1×核酸蛋白结合缓冲液清洗磁珠2次；加三蒸水10 μL，沸水煮10 min，进行SDSPAGE分析.2结果原核表达载体的构建及鉴定扩增产物在15 g/L的琼脂糖凝胶电泳，可观察到一条约504 bp的条带（图1）； 重组质粒pRSET A/CGGBP1及质粒pRSET A分别用BamHI和KpnI酶切，pRSET A/CGGBP1分为两个片段，分别为 ku和504 bp（图2），均与预计结果相同.的表达用BamHI和KpnI双酶切pRSET A/CGGBP1表达质粒，筛选阳性重组质粒. 携带有pRSET A/CGGBP1质粒的 BL21(DE3)菌株，经IPTG诱导后，在Mr 约25 000处出现1条表达条带；而未经IPTG诱导的菌体则无此条带. 诱导后的菌体经溶菌酶及超声波裂解，离心后分为上清和沉淀两部分. 经SDSPAGE分析表明，CGGBP1部分存在于细菌裂解液的上清中，为可溶性蛋白，上清液中的目标蛋白相对较少（图3）. 蛋白纯化在表达质粒pRSET A多克隆酶切位点的上游， 插入有连续6个组氨酸的序列 —(His )6 tag. 重组质粒经诱导表达后，(His )6 tag可以和外源插入片段共同表达. 利用(His )6 tag 和金属Ni2+的螯合所设计的固定化金属配体亲和柱层析方法，是纯化目的蛋白的一种高效而简单的方法. SDSPAGE显示，CGGBP1得到较高程度的纯化（图4）.与5′d（CGG）293′重复序列双链DNA结合实验生物素化的5′d（CGG）29 3′重复序列双链DNA被固定到链酶亲和素磁珠上，非生物素化的5′d（CGG）293′重复序列双链DNA因无法固定到链酶亲和素磁珠上而被洗脱掉. 同理，加入CGGBP1后，未和5′d (CGG）293′重复序列双链DNA结合的蛋白也被洗脱（图5）.3讨论关于微卫星的产生机制，普遍认为是DNA复制过程中DNA聚合酶的滑动［4］，或DNA复制和修复时滑动链与互补链碱基错配，导致一个或几个重复单位的插入或缺失. 已发现微卫星可能是一种非常活跃的碱基序列，通常各种简单的重复序列成簇地聚集在一个染色体区域，这个染色体区形成特异染色体结构的能力将会增强. 这些区域在核糖体RNA基因中非常复杂，同时这些重复序列所折叠形成的结构还能与特异的蛋白质相结合，成为“染色质折叠密码”［5-6］，参与遗传物质的结构改变，基因调控及细胞分化等过程. 脆性X综合征是Igarashi等［7］研究报道的与三核苷酸重复片段扩增突变有关的7种神经变性疾病其中的一种. 该蛋白只和（CGG）n重复序列发生特异性结合，而与其它类型的三核苷酸重复序列不结合［8］. 因此，对该蛋白功能的研究具有重要的理论研究意义. 本实验成功地构建了含CGGBP1的重组质粒，以可溶性蛋白形式获得较高表达. 通过Ni2+NTA柱纯化，获得纯化的目标融合蛋白质，同时证明了该蛋白能和人FMR1基因5′d (CGG)293′重复序列双链DNA特异性结合. 这将为进一步开展真核生物蛋白CGGBP1功能的研究和阐释CGG三核苷酸动态突变的致病机理奠定基础.

SBR工艺中硝化作用细菌的氨氮耐受性实验研究摘要：针对SBR脱氮工艺中起硝化作用的亚硝化菌和硝化菌对氨氮的不同耐受浓度，在实验室中利用微生物培养的方法对此进行了实验研究，找出了这两种菌对氨氮的最适宜以及最高耐受浓度，为脱氮微生物的驯化培养以及以脱氮为目的SBR工艺的运行提供了参考。关键词：生物脱氮 亚硝化菌 硝化菌 氨氮耐受性The Experiment Research of Endurance of Nitrifying Organisms to Ammonia Nitrogen PanAbstract:The endurance concentration of nitrifying organisms in SBR to ammonia nitrogen is different so experiment were done to find out the optimum and maximal endurance concentration of nitrosomonas and nitrobacteria to ammonia nitrogen. The result provide reference to the engineering practice of the removal of ammonia nitrogen in SBR : Unconventional pathways of nitrogen removal, nitrification , denitrification intermediate氨氮在水体中浓度过高会使水体具有高耗氧性以及富营养化。目前，生物脱氮工艺中经常会涉及到高浓度氨氮废水的处理，比如说垃圾渗滤液中的氨氮浓度可以达到几万个mg/L甚至更高，在生物处理之前必须对其进行其他的预处理，比如说物理化学处理、浓度稀释等[1]。如果能通过预处理使得进入生化反应器的氨氮浓度控制在合适的水平，一方面能避免因负荷过高使脱氮微生物失去活性和死亡，另一方面也可以提高反应器的处理效率。另外，近年来出现了废水生物脱氮的新机理，比如说短程硝化反硝化，就是将硝化过程控制在亚硝酸盐的阶段，再以亚硝酸盐为电子受体进行反硝化。这个反应的过程可以表示为NH4+NO2-N2，相比NH4+ NO2-NO2- NO2-N2需氧量减少25%，碳源减少40%，并有反应速率高，产生污泥量少等优点[2] [3]，控制氨氮浓度在一定的水平，可以实现优化亚硝化菌，淘汰硝化菌的目的。1．生物脱氮的原理废水的生物脱氮由硝化过程和反硝化过程实现，氨氮氧化成亚硝酸盐的硝化反应是由两组自养型好氧微生物通过两个过程完成的。第一步是先由亚硝酸菌将氨氮（NH4+-N）转化为亚硝基氮（NO2--N）；第二步再由硝化菌将亚硝基氮转化为硝基氮（NO3--N），这两个反应可以由以下两个反应式表示：NH4+ + NO2-+ 2H+ + H20 （1）NO2- + NO3- （2）反硝化是由异养型微生物，在缺氧或厌氧的条件下将NO2-–N和NO3-–N还原为N2，反硝化的生化过程可以由以下两个反应式表示：NO2-+3H+ N2 + H20 + OH- （3）NO3-+5H+ N2 + 2H20 + OH- （4）2. 实验过程及结果 SBR脱氮微生物的培养及脱氮效果实验室中SBR反应器是一个有效容积为4L的有机玻璃柱，每个周期小时，实验工序为：进水→厌氧搅拌3hr→曝气8hr →厌氧搅拌→沉淀1hr→排水，每个周期排水2L进水2L，曝气阶段溶解氧控制在～。采用试验进水CODcr为720mg/L, NH4+-N为110mg/L。经过3个月的驯化，脱氮效果达到稳定的水平，总氮的去除率达到90％以上，CODcr去除率达到95％以上，实验期间污泥浓度MLSS=3368mg/L。 亚硝化菌和硝化菌的NH4+–N耐受性实验于250 mL锥形瓶中分别加入100 mL(亚)硝化富集培养基，再取5滴活性污泥样液接种到富集培养基中，在各锥形瓶中分别加入NH4Cl溶液0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6mL、7mL ，于28゜C气浴恒温振荡器中振荡培养7天，观察各瓶(亚)硝化细菌的生长情况。每隔一天在白瓷板上按1：1的比例加入格里斯试剂的Ⅰ液和Ⅱ液，然后用无菌滴管分别取一滴富集培养液的培养物于白瓷板上，可观察到有些溶液的颜色逐渐变化。并且取各溶液用分光光度计测其吸光度。颜色变化主要是由于培养时间不同，对NH4+-N耐受性不同，(亚)硝化细菌消耗的营养物量不同，产生的NO2-的量不同，与格里斯试剂反应，所得溶液颜色深浅不同，因此可采取用分光光度计测定亚硝化细菌的生长情况，以衡量其对NH4+-N的耐受性能力。亚硝化细菌的氨氮耐受性试验按所述的方法振荡培养7天，每隔一天观察。加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL NH4Cl溶液的培养液颜色逐渐由浅粉色变到深红色；但加入NH4Cl溶液为7mL的，颜色并没有渐增，一直都是浅粉色。以蒸馏水为参比，取各溶液用分光光度计测其500nm处的吸光度：用干净的移液管吸取不同浓度的2mL培养液分别于洁净试管中，再在每根试管中分别滴加一滴格里斯试剂Ⅰ液和一滴Ⅱ液，然后用移液管吸取1 mL 的Ⅰ液和1mL的Ⅱ液，果然试管中的培养液中加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL NH4Cl溶液的颜色是深红色，而加入7mLNH4Cl溶液的培养液是浅红色。在500nm处测其吸光度，发现所有的培养液的吸光度都是无穷大，于是又分别从格样液中吸出1 mL的样液于另一干净试管中，再吸取4mL的蒸馏水于此试管中，即将样液稀释5倍。再装样液于比色皿中，测其吸光度数据见表1，根据表1中数据作图1和图2。表1 不同的NH4Cl加入量下不同培养时间亚硝化菌样品的吸光度培养时间加入NH4Cl的浓度 第1天 第3天 第5天 第7天 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 由图1可知，在加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL下亚硝化菌均可生长，当加入的NH4Cl溶液时，此时培养液NH4+-N浓度是×4/1000=，样品的吸光值达到最大，说明亚硝化细菌生长数量最多，相比较而言该浓度是亚硝化菌的最适宜耐受浓度。由图2可以看出，当加入NH4Cl溶液为7mL时，培养7天，吸光度几乎没有变化，说明细菌的数量并没有明显的增加，说明在NH4+-N浓度为 mg/L时亚硝酸细菌的生长几乎被抑制了。由于培养液NH4+-N浓度间隔较大，以致曲线上的点连续性并不理想，不能完全以和作为亚硝化菌对NH4+-N的最适宜和最大耐受浓度。但可以从曲线上估计出亚硝化菌对NH4+-N的最适宜耐受浓度为100mg/L～150mg/L；最高耐受浓度为180mg/L左右。 硝化细菌的氨氮耐受性试验方法基本与亚硝化菌的实验方法相同，只是显色剂是二苯胺－硫酸试剂，观察到的变化是加入NH4Cl溶液0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6mL的培养液，颜色由浅蓝色变到深蓝色；加入7mLNH4Cl溶液，颜色基本一直是浅蓝色。测其吸光度数据见表2，根据表2中数据作图3和图4。表2 不同的NH4Cl加入量下不同培养时间硝化菌样品的吸光度培养时间加入 NH4Cl的量 第1天 第3天 第5天 第7天 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 由图3可知，在加入0mL、1mL 、2mL、 3mL、4mL、5mL、6 mL下硝化菌均可生长，当加入的NH4Cl溶液时，此时培养液NH4+-N的浓度是×3/1000=，样品的吸光值达到最大，说明亚硝化细菌生长数量最多，相比较而言该浓度是硝化菌的最适宜耐受浓度。由图4可以看出，当加入NH4Cl溶液为7mL时，培养7天，吸光度几乎没有变化，说明细菌的数量并没有明显的增加，说明在NH4+-N浓度为 mg/L时亚硝酸细菌的生长几乎被抑制了。同样的道理，可以从曲线上上估计亚硝化菌对NH4+-N的最适宜耐受浓度为75mg/L～100mg/L；最高耐受浓度为180mg/L左右。3. 实验结果与讨论通过对亚硝化菌和硝化菌的专项培养，找出亚硝化菌对NH4+-N的最适宜耐受浓度为100mg/L～150mg/L；最高耐受浓度为180mg/L左右；硝化菌对NH4+-N的最适宜耐受浓度为75mg/L～100mg/L；最高耐受浓度为180mg/L左右。参考文献1.高延耀，夏四清，周增炎.城市污水生物脱氮除磷工艺评述.环境科学1999,20(1):110～1122.陈际达，曲中堂，邓钥，刘峥，汪俊.亚硝酸盐反硝化脱氮.重庆大学学报.2002，25（3）：81～833.任勇祥，彭党聪，王志盈，袁林江.亚硝酸型硝化反硝化工艺处理焦化废水中试研究。西安建筑科技大学学报。2002，34（256～259）