运城盐湖可培养嗜盐细菌多样性及功能菌株筛选

Halophilic bacteria are extremophilic microorganisms that grow well in environments with a certain concentration of salt. They possess particular physiological structure and metabolic mechanism, and can produce various bioactive metabolites, which have very high scientific research value and application potential. Yuncheng Salt Lake, which locates in the southwest of Shanxi province, have a long history, special climatic characteristic and geographic environment. It has abundant resource for novel halophiles. This project will construct the culture-dependent method to obtain a large number of halophilic bacteria from the samples collected in Yuncheng Salt Lake. According to the phylogenetic analysis of strains, biodiversity of culturable halophilic bacteria in Yuncheng Salt Lake is analyzed. Combined with the sampling sites, environmental conditions, related physical and chemical properties, distribution characteristic of halophilic bacterial populations will be elucidated. This work will also screen for functional strains which produce novel extremozymes. After PCR screening of PKSⅠ and NRPS genes, sequence alignment and analysis, halophilic strains which produce novel complex polyketide or nonribosomal peptide are obtained. Two to five functional strains are selected to optimize their fermentation conditions. The novel metabolites are isolated and purified, then their chemical structures are characterized. Results from the present project will be very important for extremophile resource enrichment of our country and the development of novel drugs or enzymes which have decision-making power of intellectual property.

嗜盐细菌是一类只有在一定浓度的盐介质中才能良好生长的极端微生物，生理结构与代谢机制独特，并可产生许多具有特殊功能的代谢产物，极具科学研究价值和应用开发潜力。地处山西省西南部的运城盐湖历史悠久，气候特征与地理环境独特，蕴藏着丰富的嗜盐微生物资源。本项目将于运城盐湖进行样品采集，建立嗜盐细菌的纯培养分离方法，大量获得各种菌株；进行菌株分类学鉴定，分析盐湖中可培养嗜盐细菌的种群多样性；结合样品采集地点、环境条件及相关理化检测指标等因素分析，阐明嗜盐细菌资源的分布特点及规律。通过产酶活性筛选及PKS I和NRPS基因的PCR筛选分析，获得具有产新型极端酶或新型次生代谢产物（大环聚酮类化合物和非核糖体肽类化合物）潜力的功能菌株。优选其中2-5株，开展其发酵条件优化及代谢产物的分离纯化与结构解析等相关研究。本项目的实施，对丰富我国极端微生物资源及开发具有自主知识产权的新药物或新型酶制剂等具有重要意义。

嗜盐细菌是一类只有在一定浓度的盐介质中才能良好生长的极端微生物，生理结构与代谢机制独特，并可产生许多具有特殊功能的代谢产物，极具科学研究价值和应用开发潜力。本项目主要针对运城盐湖中的嗜盐微生物资源开展了研究，在嗜盐微生物的分离培养、资源收集、种群多样性分析及代谢产物研究等方面取得了部分成果。项目实施以来，课题组依托地域优势，针对运城盐湖中的可培养嗜盐微生物资源开展研究。针对不同区域，采集盐湖黑泥样品，设计选择特殊培养基，优化培养条件，进行盐湖中不同种群嗜盐微生物的纯培养分离，迄今共收集并保存各种嗜盐微生物菌株1200 余份，在Genbank 上提交16S rRNA 基因序列共340 个。已鉴定的盐湖微生物主要包括嗜盐细菌312 株和极端嗜盐古菌28 株，共分布于17个不同属内。在自主建立的菌种资源库基础上，经过活性检测及筛选，获得了一批具有应用潜能的功能菌株：建立了嗜盐菌产酶活性和抗菌活性筛选的方法。针对产酶活性菌株，采用凝胶色谱及离子色谱等技术建立了不同生物酶的分离纯化方法，并对其酶学特性进行研究，获得了多种具有耐盐、耐碱、耐热及抗有机溶剂等特性的功能酶，如丝氨酸金属蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等。 课题组首次将嗜盐微生物产生的功能酶应用于生物能源（如生物乙醇及生物柴油）的制备研究，获得了良好的效果（J Ind Microbiol Biotechnol 2013, 40(12):1357-1365; Extremophiles 2014, 18(1):171-178），为嗜盐酶的工业应用等奠定基础。筛选获得具有抗菌活性的菌株30余份。利用兼并引物，对部分菌株基因组进行了PKS和NRPS基因的PCR 筛选，获得携带PKSⅠ基因的菌株26株（KM000039-KM000047，KM054979-KM054995），携带NRPS基因的菌株7株（KM054996-KM055002）。序列比对分析发现，其中12条PKS基因与6条NRPS基因与已知序列的相似度为82％-96％，推测其可能编码新型次级代谢产物，部分研究结果已发表在相关学术杂志上。本项目的实施和取得的部分成果，将对丰富我国极端微生物资源及开发具有自主知识产权的新药物或新型酶制剂等具有重要意义。