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我院田永强教授团队在特殊生境微生物资源及其新型胞外多糖发掘取得系列重要进展

发布时间:2021年11月10日 10:20   文章来源:   浏览次数:

微生物是地球的拓荒者,在地球贫瘠的环境中顽强斗争,开垦着生命的沃土,为之后各种生命在地球的立足奠定了基础。目前对微生物的认知约占其总量的1%,这极大地限制了科学家对微生物生命的了解,并且阻碍了对通常来自微生物的新功能分子的寻找。因此,探索及开发近99%的未知微生物是一项艰巨而富有挑战性的任务,也具有广阔的前景。

为充分了解和认识特殊生境微生物,田永强教授团队前期通过合理设计多种选择性培养基对特殊生境(盐碱地、盐湿皮、铬污染场地、药用植物、发酵食品等)可培养微生物进行了完整地分离、收集及保存,并采用现代分子生物学手段初步完成了整理和归类;针对所发现的疑似新物种,团队系统地开展了以基因型、表型和化学特征为主的多相分类鉴定研究工作。上述工作完成了近2000株嗜(耐)盐细菌、耐铬细菌、内生放线菌和乳酸菌的收集及保藏,极大程度地丰富了我国的极端环境微生物菌种资源库。首次报道并正式命名了原核微生物新物种近20个,包括Halomonas saliphila sp. nov.、Gracilibacillus salitolerans sp. nov、Ornithinibacillus salinisoli sp. nov.、Planococcus halotolerans sp. nov.、Leucobacter chromiisoli sp. nov.、 Streptomyces geranii sp. nov.、Paracoccus acridae sp. nov.、Ochrobactrum teleogrylli sp. nov.等,所鉴定的新物种均已获得国际同行认可——有效模式菌。相关科研成果已发表于国际原核生物系统学委员会会刊International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology (IF2020 = 2.747)。

 

 

图1. 嗜盐菌株SCU50分离纯化及多相分类鉴定

这些来自特殊生境的未知微生物类群,经过长期的适应与进化,形成了独特的生物多样性、遗传背景和代谢途径,以适应外界极端生存环境。例如,嗜盐菌能在高盐浓度条件正常生长繁殖,因而具有易于实现开放式、规模化发酵生产的天然优势。嗜盐菌新种具有生物合成的新途径和新机理,是寻找挖掘具有特定生理功能的生物大分子的重要源头。微生物胞外多糖因其安全无毒,理化性质独特,特异性优良而备受人们的关注。目前自然界发现有100多种微生物产胞外多糖,主要是细菌,也有少数真菌。然而,随着工业化社会的高速发展,现有的微生物胞外多糖产品的种类已远不能满足现实需要,新型微生物胞外多糖的挖掘及应用开发迫在眉睫。

为进一步挖掘和开发新型微生物多糖,该团队后续在以特殊生境微生物为主的新糖源发现、糖链结构、功能特性、构效关系及多糖基活性食品包装膜开发等方面开展了大量的基础性研究工作。多糖发酵后,经醇沉、除蛋白、透析等系列前处理,再经离子色谱和尺寸排阻色谱完成多糖纯化制备。采用HPAEC-PAD、HPSEC-RI-MALLS、GC-MS、FTIR、TG-DSC、XRD、NMR、SEM等开展了多糖的单糖组成、分子量、热稳定性、晶型结构、键合方式和初级结构的测试及表征,并完成了多糖分子功能特性分析。上述工作开发了多个具备特定功能的新型胞外多糖,相关科研成果已发表于生物大分子领域国际知名期刊Food Chemistry (IF2020 = 7.514)、International Journal of Biological Macromolecules (IF2020 = 6.953)和Frontiers in Microbiology (IF2020 = 5.640)。

图2. 芽孢杆菌SCU-E108胞外多糖结构表征

图3. 乳酸菌F2胞外多糖流变学特性

相关论文链接如下:

[1] Int J Syst Evol Microbiol 2021; 71(7) (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004923)

[2] Int J Syst Evol Microbiol 2020; 70(10): 5417-5424 (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004426)

[3] Int J Syst Evol Microbiol 2020; 70(6): 3701–3710 (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004224)

[4] Int J Syst Evol Microbiol 2020; 70(4): 2217-2225 (https://doi.org/10.1099/ijsem.0.003964)

[5] Food Chem 2021; 365: 130496 (https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130496)

[6] Front Microbiol 2021; 12: 744007 (https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.744007)

[7] Int J Biol Macromol 2020; 156: 372–380 (https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.04.062)

[8] Int J Biol Macromol 2020; 154: 1140–1148 (https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.11.143)




 




 

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