深海热液区烷烃降解微生物及其降解基因多样性研究

在深海极端环境中热液口是极端中的极端，它能够持续不断的向海水中喷发一些高温的富含矿物和原核微生物的热液流体，剧烈的物理化学梯度变化是其最典型的特征。本研究将首次对深海热液区烷烃类降解微生物进行研究。热液区样品包括了第22次(2010-2011) 及以后的大洋科考中获取西南印度洋、南大西洋和东太平洋的多个新发现的热液区的热液、烟囱壁及沉积物等，将利用深海高压模拟培养系统分离鉴定各样品的烃类降解微生物，并通过实时荧光定量PCR技术和Pyrosequence测序技术以及其它分子生物学手段分析降解菌的丰度和生物多样性，并进一步分析其降解基因。在此基础上综合分析热液环境中烃类降解与微生物之间的关系。研究内容具有开创性，所获结果将对认识烷烃极端环境中去向有重要意义，而所获降解菌株和降解基因是研究微生物降解机制、开发极端微生物修复剂和生物催剂的重要材料。

深海热液区是大洋底部的一个特殊区域，具有高温、高压、重金属胁迫等极端特点，这个区域微生物种类丰富功能特殊，然而烃降解微生物未有报道。我们的研究有三个主要的发现：首先，分别在来自SWIR，EPR 和SMAR的深海热液喷口羽流，沉积物和硫化物烟囱样品中发现了几种烷烃和多环芳烃的存在。其次，使用深海细菌培养模拟系统在不同海域的热液区得到的烃富集菌群的组成形式具有显著差异。最后，第一次从热液喷口环境中分离并鉴定了烃氧化嗜压细菌，这表明烃氧化可能是热液喷口环境中微生物代谢的重要组成部分｡其中Erythrobacter sp. S21-N3菌对PAHs的降解效果较好，并对其基因组及PAHs降解通路进行初步分析。.日前的调查发现在极端环境下存在天然的生物活性物质，然而，在深海极端环境下产生生物表面活性剂的物种依然未知。从深海热液区分离到的Dietzia maris As-13-3能够产生生物表面活性剂——二鼠李糖脂。纯化后的二鼠李糖脂的临界胶束浓度为120 mg•L-1，并且能够将水的表面张力从74±0.2 mN•m-1降低至38±0.2 mN•m-1。并且，依据D. maris As-13-3的基因组序列分析和Q-PCR分析分别得到了烷烃生物代谢相关通路基因以及二鼠李糖脂生物合成相关基因。Q-PCR的分析还表明这些基因的表达受到十四烷、十六烷以及姥鲛烷的诱导。据我们所知，这是第一次报道Dietzia属完整的二鼠李糖脂生物合成通路。 .此外，选取一株柴油食烷菌Alcanivorax dieselolei T6-6为研究对象，它是一株分离自西南印度洋深海沉积物的海洋细菌，该菌株不仅具有优良的烃降解能力而且在以正十六烷为唯一碳源的液体培养基中可以将发酵液的表面张力降至27mN m-1左右。将菌体发酵液冷冻离心后发现表面活性物质主要存在于上清液中，用酸沉淀方法得到粗提物后,粗提物过正相硅胶柱、反相硅胶柱、凝胶柱等方法纯化，最后获得具有良好生物表面活性的纯品。纯品经高分辨质谱FT-MS及核磁共振NMR检测，经鉴定为赖氨酸脂，分子量为382，是β-羟基-十六烷酸与赖氨酸反应生成的环状脂。另外通过对赖氨酸脂的生物学和物理化学特性的研究发现，这种氨基酸脂有较低的临界胶束浓度CMC值（32mg l-1）、较好的抗高温和耐酸碱性及较好的乳化能力，而且对革兰氏阳性菌，真菌均具有抗性。