基于生物信息学的嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸矿过程能量传递体系的研究

生物浸出是一个矿物在生物作用下进行分解的过程，其作用机理尚未完全探明，但生物的作用主要体现为生物对矿物能源的消耗。生物在矿物能源驱动下又可利用空气中的二氧化碳和氮气为碳源和氮源合成生物体并得以生长繁殖，生物繁殖反过来又使生物作用得到加强，循环往复。本项目以嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A. f菌)利矿物铁硫能源驱动二氧化碳和氮气固定的能量传递体系为研究对象，对生物浸矿过程中A. f菌的作用和生长机理及其能量传递规律进行基础科学研究。具体研究内容包括：A. f菌基因组的能量传递体系的生物信息学挖掘，预测功能未定相关基因；不同培养条件下能量传递体系相关基因的表达差异；未定基因的蛋白质表达纯化和功能确定，重构能量传递体系代谢调控网络模型。本项目旨在揭示生物浸出中微生物的作用和生长机理及其能量传递规律，为生物浸出过程中强化生物作用因素以提高生物浸出效率奠定理论基础。

环境友好高效的生物冶金技术的工业应用和发展亟需理论的突破以给生产实践提供指导，但由于对生物因素了解的局限性及生物冶金体系本身的复杂性，一直妨碍了人们对生物冶金体系的全局的理解。本项目以生物冶金模式菌—嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A. f 菌)利矿物铁硫能源驱动二氧化碳和氮气固定的能量传递体系为研究对象，通过全基因组生物信息学挖掘和不同培养条件下基因转录、表达差异研究，从全基因组基因中筛出了浸矿功能关键基因，对若干关键基因进行了蛋白质表达纯化、表征、生物信息学分析、分子结构预测和功能鉴定，最终构建出了的A. f 菌浸矿过程能量传递网络细节图，系统全面地揭示了生物浸矿过程中微生物的作用和生长机理及其能量传递耦合规律，并据此提出通过浸矿过程微生物高密度培育实现生物冶金过程中强化生物作用因素以提高生物浸出效率的策略。