黄铁矿和斑铜矿中嗜酸氧化亚铁硫杆菌的基因表达调控

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1、黄铁矿和斑铜矿中嗜酸氧化亚铁硫杆菌的基因表达调控摘要嗜酸氧化亚铁硫杆菌是一种嗜中温，嗜酸，化能自养并且从氧化亚铁，硫元素，硫化合物中获得能量的细菌。嗜酸氧化亚铁硫杆菌的工业应用在于它具有能把不溶于水的金属硫化物氧化成可溶性金属硫酸盐的能力，因此，可以从低品位硫化物矿石中重获所需的金属。在最近的研究中，RAP-PCR被用来辨别斑铜矿和黄铜矿的嗜酸氧化亚铁硫杆菌的细胞生长中有二价铁离子存在和细胞在铜硫化物存在时维持24小时这两种情况的cDNAs表达差异。18个cDNAs相对应的已知功能的基因是相同的，它们的相对表达通过实时定量PCR来进一步表征。斑铜矿对这18个基因表达的分

2、析有温和的影响。黄铜矿表现出最显著的变化。有五个基因在蛋白质加工中起下调作用，另外五个基因在运输系统中起上调作用。本结果显示，基因表达调控很可能对嗜酸氧化亚铁硫杆菌早期对铜的反应很重要。关键词嗜酸氧化亚铁硫杆菌黄铁矿斑铜矿基因表达介绍嗜酸氧化亚铁硫杆菌是生物湿法冶金操作中应用最广泛的微生物之一。嗜酸氧化亚铁硫杆菌是一种嗜中温，化能自养并且从氧化亚铁，硫元素，硫化合物中获得能量的细菌。嗜酸氧化亚铁硫杆菌的工业应用在于它具有能把不溶于水的金属硫化物氧化成可溶性金属硫酸盐的能力，因此，可以从低品位硫化物矿石中重获所需的金属。嗜酸氧化亚铁硫杆菌被成功应用于在生物浸出中获得铜。黄

3、铜矿和斑铜矿是自然界中普遍找得到的铜硫化物。虽然由相同的元素组成，但他们的溶解特性不同，可能是由于其独特的晶体结构。斑铜矿特别容易溶解在有嗜酸氧化亚铁硫杆菌的存在，黄铜矿更耐细菌攻击，甚至是化学浸出，导致了低溶出率。尽管如此，黄铜矿在采矿行业的经济意义依然存在，因为这种矿石是含铜最丰富的矿物，因此，是一个铜的重要来源。人们对生物浸出过程中的分子生物学方面还知之甚少。嗜酸氧化亚铁硫杆菌的研究集中在了最多样化的问题上，重金属耐受性、营养饥饿和其他方面。此外，由于硅元素的生物信息学分析的到来，已经获得的有关嗜酸氧化亚铁硫杆菌细胞代谢的信息包括硫同化、铁代谢、碳代谢和生物膜形成

4、。一些蛋白质组分析在铜的硫化物存在下的嗜酸氧化亚铁硫杆菌已经在进行。硫代硫酸盐的转移被证明在二价铁存在下会抑制细胞生长，但在铜蓝、黄铜矿和其他金属硫化物中会极大的诱导细胞生长。这些结果表明，该蛋白可能在嗜酸氧化亚铁硫杆菌对矿物的溶解和/或硫代谢中有一个重要的角色。从另一方面看，当铜蓝存在时，铁硫菌蓝蛋白被证明与细胞在二价铁离子存在下生长相比起下调作用。关于嗜酸氧化亚铁硫杆菌细胞维持在有铜硫化物存在的蛋白质方法（Felcio等。2007）表明，当黄铜矿和斑铜矿都存在时，一种蛋白质存在核铜糖二磷酸羧化酶时，其合成受到抑制。有趣的是，在这些铜硫化物中存在一种涉及细胞解毒的抗氧

5、化蛋白存在于诱导蛋白之中。目前的工作旨在查明和评估当黄铜矿和斑铜矿存在时，嗜酸氧化亚铁硫杆菌细胞的基因表达。结果与讨论RNA随即引物PCR法用来识别嗜酸氧化亚铁硫杆菌浮游细胞生长在二价铁离子（控制条件）存在与保持在有黄铜矿和斑铜矿（测试条件）存在下24个小时的cDNAs表达差异。具有最高水平的诱导或抑制的cDNAs是由克隆和测序而来的。测序是为了寻找可在运行BLASTn算法的TIGR-CMR数据库运行的嗜酸氧化亚铁硫杆菌ATCC23270基因组的相似性。已经鉴定出18个cDNAs相应的基因的功能，并且预测细胞中每个基因的作用是在TIGR-CMR数据库（表1）的基础上分配

6、的。18个选定基因的相对表达是通过实时定量PCR（RTq-PCR，表1.图1）来进一步表征的。预测的18个基因的细胞作用的发现表明，有黄铜矿和斑铜矿存在的培养液中调控基因的表达涉及了运输，蛋白质命运和合成，DNA复制和换位，中央代谢和能量代谢相关基因的表达。运输和结合蛋白在18个确定的基因中，5个与运输有关。这些基因位于基因位于Afe_0074,Afe_0853,Afe_1149(pstA基因),Afe_1592和Afe_3203。位于位点Afe_0074和Afe_3203的基因在铜硫化物存在时表达上调。位于位点Afe_0074的基因编码的一个ABC-2型运输机的基板是

7、未知的。根据调查，细菌中的ABC转运通常通常与毒力，养分吸收和在各种环境下的运输能力有关。位于基因位点Afe_3203的基因编码的电压门控氯离子通道的门控控制机制是控制膜电位的变化，同时也与氯离子和内外部的pH值有关。在肠道细菌中，氯离子参与了极端酸性反应。其他三个与运输系统相关的基因在黄铜矿存在下表达上调，但在斑铜矿存在下保持不变。位于位点Afe_0853的基因编码的Na+/H+逆向转运涉及了钠离子的运输，在氢离子的交换中，可能还涉及其他阳离子。因此，这种膜蛋白参与了调节细胞阳离子含量和细胞内pH值平衡。在大肠杆菌中，逆向转运蛋白表达的