喜温硫杆菌SOX硫氧化系统机制及分子改造

生物冶金可有效利用占我国有色金属矿藏80%的难冶低品位矿，扩大我国可经济开采的矿产总量，缓解资源紧张状况，摆脱国际卖家讹诈。生物冶金主要缺点是氧化效率低，生产周期长。喜温硫杆菌是生物冶金重要的硫氧化细菌。通过对该菌全基因组测序分析，我们发现该菌的硫氧化途径与其它嗜酸性硫杆菌常用生物浸矿菌完全不同。该菌利用不完整的SOX和不完整的非SOX硫氧化系统一起进行硫氧化。不完整SOX系统氧化1mol硫代硫酸盐比完整SOX系统少产生6mol电子，对硫的氧化效率低。本项目将利用基因工程技术改造该菌的SOX硫氧化系统，补足缺失的soxCD基因。考虑到SOX系统蛋白组分之间的相互作用，（1）选用亲缘关系近的SOX系统基因来源，（2）同时克隆与soxCD产物相互作用的soxYZ蛋白基因一同转入该菌。然后，对工程菌改进的SOX系统及其与非SOX系统之间以及与细胞中心代谢之间相互作用进行研究，揭示其代谢调节机制。

与传统冶金技术相比，生物冶金具有适用于极低品位和难冶矿物资源，可以大大扩大矿物资源总量，还具有成本低、节能、环保等优点。A. caldus是生物冶金过程最重要的硫氧化细菌之一，其硫氧化系统极为复杂，集中了多种不同来源的硫氧化系统，主要包括不完整的Sox系统、A. ferrooxidans的非Sox硫氧化系统和古菌的SOR酶三个有代表性的硫氧化系统。研究其硫氧化机制，提高其硫氧化性能意义重大。.由于A. caldus的Sox系统不完整，缺少soxCD基因，因此本研究克隆了外源soxCD基因转入A. caldus菌，同时由于soxYZ是底物结合蛋白，可能是限制因素，因此也过表达了soxYZ基因，对工程菌的性能进行了测定。此外，为了进一步弄清A. caldus菌的硫氧化机制，本研究对该菌进行了全基因组测序，构建了全基因组芯片；对硫氧化还原酶（SOR）基因、SOX操纵子相关基因进行了敲除，对敲除子进行了生物信息学分析，基于上述研究结果，建立和完善了该菌的硫代谢模型，论文2012年发表至今已经被引用11次。在A. caldus菌研究技术方面取得突破，A. caldus菌电转基因敲除以及该菌接合转移无痕基因敲除技术都是国际上首创。对浸矿中与A. caldus菌联合使用的其它浸矿细菌以及浸矿过程特性和生物反应器也进行了研究。