硫转移蛋白在嗜酸热硫氧化古菌Metallosphaera cuprina硫传递网络中的功能研究

Microorganisms-involved oxidation processes of reduced inorganic sulfur compounds (RISCs) have important applications in agriculture and industry, while there is no universal mechanism of oxidative metabolism of RISCs in different microorganisms. In particular, the functions of many sulfur-oxidizing proteins of archaea are still unclear. Although it is proposed that the widely studied sulfurtransferases, rhodaneses, play critical roles in sulfur trafficking in bacteria, the understandings of their physiological roles as well as physiological substrates remain unclear in archaea. The acidothermophilic sulfur-oxidizing archaeon Metallosphaera cuprina has a good application prospect in high temperature bioleaching. Previous studies have revealed the intracellular thiosulfate transfer mechanism between sulfur-trafficking proteins DsrE3A and TusA in M. cuprina. This project aims to investigate the roles of the rhodanese-like protein Mcup_1255 in M. cuprina for sulfur-containing compounds utilizations， the protein interactions between Mcup_1255 and other sulfur-trafficking proteins, and the transfer of sulfur-containing groups between the proteins. This study will provide theoretical supports for intensively understandings of microbial sulfur oxidation mechanisms， thereby enabling sulfur metabolism to play a more important role in agriculture and industry.

微生物参与的还原性无机硫化合物的氧化过程在农业和工业中都有重要的应用。不同微生物中并不存在普遍的无机硫化合物氧化代谢机制，尤其是古菌中还有许多硫氧化相关蛋白功能未知。硫转移蛋白rhodanese在硫原子的传递过程中发挥重要作用，但目前对它在古菌硫代谢网络中具体生理功能的认识还十分有限。嗜酸热硫氧化古菌Metallosphaera cuprina具有良好的高温生物冶金应用前景，申请人前期的研究揭示了该菌中硫转移蛋白DsrE3A和TusA在细胞内的硫代硫酸转移机制。本项目拟以该菌中所含的rhodanese-like蛋白Mcup_1255作为研究对象，研究其对小分子无机硫底物的利用，与该菌中已知功能的硫转移蛋白的相互作用，以及蛋白之间含硫底物的传递，从而揭示其在M. cuprina硫传递网络中的作用，为深入理解硫氧化微生物中的硫代谢机制提供理论支持，促进硫代谢在农业和工业中发挥更重要的作用。

嗜酸热硫氧化古菌Metallosphaera cuprina能高效地利用无机硫化合物进行自养生长或利用有机碳源进行异养生长，其具有很强的Fe2+及金属硫化矿氧化活性和重金属抗性，这些特性赋予了它在高温生物冶金工业中的应用前景。本项目以Metallosphaera cuprina中所含有的rhodanese-like硫转移蛋白Mcup_1255作为研究对象，研究该蛋白与该菌中已知的其他硫转移蛋白TusA或DsrE3A的相互作用关系，以及它对于小分子无机硫底物的利用能力，从而为阐明其在硫转移过程中所发挥的生理功能奠定理论基础。本研究工作在大肠杆菌中对Mcup_1255进行了异源重组表达，结果表明Mcup_1255在体外具有硫代硫酸转移酶的活性，所含的唯一保守半胱氨酸残基对酶活至关重要。该蛋白具有一个活性巯基，位于蛋白结构内部，不能被荧光试剂I-AEDANS所标记。通过亲和层析的方法，并未检测到Mcup_1255与该菌中已知的硫转移蛋白TusA或DsrE3A之间存在相互作用。利用Mcup_1255抗体通过免疫共沉淀的方法捕获菌体中与Mcup_1255互作的蛋白，结合质谱检测和鉴定。结果发现Mcup_1255与菌体内的硫氧化还原酶类，硫化物:醌氧化还原酶（sulfide: quinone oxidoreductase，SQR）以及异二硫化物还原酶复合体（heterodisulfide reductase complex，Hdr complex）之间存在相互作用，硫原子可能以特定的形式在蛋白间进行传递。本研究的结果有利于构建古菌中完善的硫传递网络，从而为更好地理解硫氧化微生物中的硫代谢过程提供理论支持，进而使硫代谢在农业和工业中发挥更重要的作用。