嗜酸热古菌Metallosphaera sp.Ar-4硫代谢及调控蛋白质群

嗜酸热古菌在自然界硫循环和金属固定等方面及生物冶金过程中起着重要的作用，对不同价态硫的异化代谢是它们获取生长和代谢所需能量的重要生命活动方式。以往对于这些古菌硫氧化过程中相关酶的研究较多，而关于硫代谢调控机制及细胞整体代谢网络的分子基础，则鲜见报道。本项目拟以嗜酸热古菌Metallosphaera sp. Ar-4为材料，通过基因组及蛋白质组分析，发现与硫代谢相关的基因和蛋白质群；利用遗传、生化及分子生物学方法，探索该菌株硫代谢及其调控机制；比较Metallosphaera、Sulfolobus和Acidianus属的基因组，揭示嗜酸热古菌，尤其是Metallosphaera硫代谢及其调控机制的特异性，构建细胞整体代谢网络，预期从全局认识嗜酸热古菌特殊的生理及代谢能力。这不仅有助于认识古菌的生命特征和生物进化规律，还可为加速嗜酸热古菌在低碳生物冶金过程的应用提供理论指导和技术支持。

嗜酸热古菌Metallosphaera cuprina是Metallosphaera属的新种，该菌能够在65 oC，pH3的环境中兼性自养生长，对酸热环境有很强的适应性。为了揭示该菌碳、硫代谢的特异性，通过本研究工作，完成了嗜酸热古菌Metallosphaera 属新种M. cuprina的基因组测序、拼接及注释，基因组注释支持该菌具有利用CO2代谢还原性无机硫化合物或利用有机化合物进行兼性生长的生理特点；进一步通过比较蛋白质组学手段，分析了不同生长条件下，细胞全蛋白组成的差异表达，研究发现M. cuprina中心碳代谢及硫代谢相关的蛋白和蛋白质群在不同生长环境中的表达有较大差异；利用生化及分子生物学方法，集中测定了3-羟基丙酸/4-羟基丁酸CO2固定途径中关键酶：琥珀酸半醛还原酶 Mcup_0811，3-羟基丙酸CoA合成酶Mcup_0744，4-羟基丁酸酸CoA合成酶Mcup_0813及丙二酰辅酶A/琥珀酰辅酶A还原酶Mcup_1427等酶的活性；同时验证了硫代谢相关基因簇Mcup_0681-0683中DsrE Mcup_0681与TusA Mcup_0683之间的相互作用及硫转移功能；测定了硫代谢相关蛋白硫化物：醌氧化还原酶的酶活。根据基因组、蛋白质组、生化及分子生物学研究结果，构建了Metallosphaera cuprina Ar-4的碳、硫代谢途径及网络，通过比较Metallosphaera、Sulfolobus，Acidianus属及嗜酸细菌代谢模式，揭示了嗜酸热古菌Metallosphaera的代谢特征。