多能硫碱弧菌D306脱硫过程硫颗粒表面的蛋白包覆及对团聚的影响机制

Sulfide is a poisonous gas, widely distributed in gas, biogas etc. Microorganisms can oxidize sulfide to form elemental sulfur, which can be used as raw material. In the former research, we firstly discovered that the sulfur globules formed in the process of biodesulfurization could agglomerate automatically and be separated from the liquid phas. In this project, Sgp (sulfur globule protein) proteins coating of sulfur particle and influence on its agglomeration through desulfurization with Thialkalivibrio versutus D306, a novel haloalkaliphilic chemolithoautotrophic sulfide oxidizing bacteria separated from soda lakes in Inner Mongolia, will be studied. The research will include the following aspects. The expression and regulation mechanism of Sgps will be studied using transcriptomics and proteomics analysis. The effect of Sgps on the formation and surface characterizations of sulfur globules will be elucidated. The expression intensity and the ratios of different Sgps will be adjusted through the design of promoter and gene copy number. Thus, the surface hydrophobicity and agglomeration of the sulfur globules will be regulated. Recombinants with high desulfurization activity will be constructed. The formed sulfur globules will agglomerate automatically and be fast separated from the reaction liquid. The engineered bacteria obtained will be valuable in the biodesulfurization of hydrogen sulfide containing natural gas and biogas. The implementation of this project is of great value in the basic research and application of the biodesulphurization process.

硫化氢广泛存在于天然气、沼气等，危害巨大。微生物可以将硫化氢转化为单质硫，实现硫资源回收。我们的前期研究首次发现多能硫碱弧菌D306脱硫过程形成的单质硫颗粒会自发团聚，快速沉降分离。本项目在此基础上，进一步解析脱硫过程硫颗粒表面的蛋白包覆修饰对硫颗粒团聚情况的影响机制，建立硫颗粒团聚性能调控方法，实现含硫化氢气体生物脱硫过程中单质硫的快速分离，提高生物脱硫过程效率。主要研究内容包括：利用转录组、蛋白组学方法解析硫颗粒包覆蛋白的表达过程和调控机制，解析包覆蛋白对硫颗粒形成和表面亲疏水性的影响；通过改造包覆蛋白启动子和拷贝数等手段，调节各个包覆蛋白的表达强度和表达量比率，实现对硫颗粒表面亲疏水性和团聚情况的调控；构建高效脱硫和产物硫颗粒快速团聚沉降分离的工程菌，获得具有应用价值的硫化氢高效脱除工程菌。本项目的实施在含硫化氢气体生物脱硫过程的基础研究和应用方面都具有重要价值。

硫化氢(H2S)是多种化工生产过程中产生的一种有毒，有害气体。生物脱硫是一种天然气脱硫新技术，具有能耗低、环境友好等优点。微生物可以将硫化氢转化为单质硫，实现硫资源回收。在嗜盐嗜碱微生物天然气脱硫过程中，我们发现反应器中的单质硫颗粒会自发聚团，快速沉降分离。本项目针对这一有趣现象开展研究，采用组学、合成生物学、生化反应工程等相关技术，并结合色谱、电镜、X射线衍射等检测手段解析脱硫过程硫颗粒表面的蛋白包覆修饰对硫颗粒团聚情况的影响机制，建立硫颗粒团聚性能调控方法，实现含硫化氢气体生物脱硫过程中单质硫的快速分离，提高生物脱硫过程效率。本项目取得得成果有以下方面：首先开发出了针对硫碱弧菌 D306 的高效CRISPR基因编辑方法，构建出硫颗粒尺度可控的工程菌株；进一步，结合基因编辑工具，转录组、基因组等方法实现了对D306菌株硫代谢途径关键基因功能的全面验证，绘制出完整的代谢途径；开展了对硫颗粒特征的研究，揭示了硫颗粒的组成、结构以及包覆生物大分子的种类，阐明了硫颗粒生物特性的形成机理。此外，还开展了生物脱硫工艺优化的相关研究，为新型高效生物脱硫系统的应用奠定基础。本项目的实施在含硫化氢气体生物脱硫过程的基础研究和应用方面都具有重要价值。