关键基因对微生物胶体稳定性的影响机制与细菌细胞的絮凝行为调控

Studies on the cell surface and colloid stability of B. licheniformis will be carried out with mutations of different flocculating activities by gene knockout. The effection of flocculating gene on bacterial cell surface and the interrelations between flocculating genes and microbial colloid stability and cell flocculation will be illustrated. Then site directed mutagenesis is used for mutation of the key gene regarding cell colloid stability. The molecular regulation of bacteria flocculation is finally realized. In contrast to the systematically studied flocculating yeast, this project will clarify the mechanism of bacteria flocculation, and also help to complete the genomics and the metabolism of Bacillus licheniformis.

通过构建絮凝突变菌株，研究基因敲除前后地衣芽孢杆菌细胞表面物质组成及微生物胶体稳定性的变化，解析絮凝基因对细胞表面特性的影响机制，获得影响细胞胶体稳定性的关键基因。进而研究关键基因对细胞絮凝的影响规律，确立絮凝基因、微生物胶体稳定性、细胞絮凝行为之间的内在联系，阐明细菌细胞絮凝机制。利用基因工程手段对关键基因进行改造，最终实现对地衣芽孢杆菌絮凝行为的调控。在酵母细胞絮凝机制明晰之后，本项目为揭示细菌细胞的絮凝机制提供依据，对地衣芽孢杆菌全基因组学与细胞代谢机制研究具有补充意义。

细胞间的相互吸附絮凝在生物医学研究和工业生产应用过程中具有重要意义。微生物细胞之间的絮凝是生物化工生产和生活中常见的现象，在应用于工业过程固液分离过程时，具有环保、简单和无能耗等优点。本项目从实验室自主筛选的一株具有絮凝活性的地衣芽孢杆菌出发，首先通过二代测序技术获得全基因组信息，进而通过基因挖掘的手段找出了B. licheniformis CGMCC 2876合成多糖絮凝剂的相关基因。利用Conserved Domains预测分析基因簇上各基因的功能，构建多糖絮凝剂合成代谢途径，并通过实时荧光定量PCR和过表达手段获得絮凝剂合成的关键基因。通过蛋白质组学手段对菌株胞外聚合物合成代谢机制进行研究，阐明了两种胞外聚合物合成代谢途径之间的转换机制，为进一步构建高产絮凝剂工程菌株提供坚实的遗传基础。最后通过对地衣芽孢杆菌表面性质及细胞间的相互作用进行分析，建立了新的基于表面热力学分析的扩展DLVO理论模型，定量描述了细菌在合成生物絮凝剂过程中的絮凝行为，并揭示了细菌胶体稳定性行为变化的根本原因，构建了细菌絮凝机制模型，以实现对细菌絮凝行为的调控。