专性自养极端嗜酸性氧化亚铁硫杆菌葡萄糖代谢的基础研究

生物冶金技术以其提高资源利用率、降低环境污染等优点，在低品位、复杂和难处理矿产资源的开发利用领域展现了广阔的应用前景。但是浸矿细菌属于专性自养微生物，不能利用有机质快速生长，限制了其实际应用。本研究以在生物冶金中发挥重要作用的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为研究对象，从分析检测其基因组中注释推测的磷酸果糖激酶基因（pfk）的功能出发，研究该基因的敲除对其自养生活的影响；进一步克隆异养菌（大肠杆菌）磷酸果糖激酶基因（pfkA），采用接合转移方法导入专性自养极端嗜酸性氧化亚铁硫杆菌中，实现pfkA基因分别在质粒上或整合在染色体上（敲除染色体上的pfk基因）高效表达，研究构建的工程菌葡萄糖利用能力和生长状况的变化。本项研究一方面为获得生长速度快的高效浸矿工程菌做好方法上的准备，解决该菌生长速度慢的限制因素；另一方面为阐明细菌自养与异养的关系提供理论依据，具有理论研究和实际应用双重重要意义。

本研究以在生物冶金中发挥重要作用的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌为研究对象，以获得生长速度快的高效浸矿工程菌提高浸矿效率为目的，探究了该类自养细菌代谢葡萄糖的能力。取得了以下主要研究结果：对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌染色体上推测的磷酸果糖激酶编码序列（pfkB）进行了功能验证；在国际上首次建立了该菌的无标记基因敲除方法，构建了敲除自身pfkB基因的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌缺失突变株；克隆了大肠杆菌高活性磷酸果糖激酶的编码基因pfkB，通过接合转移导入该菌中，构建了质粒上表达大肠杆菌pfkB基因的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌工程菌；用大肠杆菌的pfkB基因回补嗜酸性氧化亚铁硫杆菌 pfkB突变株，构建了染色体上表达大肠杆菌pfkB基因的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌工程菌；比较研究了以上菌株分别在元素硫或亚铁基质中的生长状况、葡萄糖代谢能力及葡萄糖代谢途径中某些关键酶基因的表达差异，分析了该菌有限利用外源葡萄糖的原因和途径。本研究获得了预期研究结果，实现了研究目标，具有理论研究和实际应用双重重要意义。