基于典型嗜热古菌浸出硫化矿过程中硫氧化的分子机制研究

This item is to research the molecular mechanism of sulfur oxidation during bioleaching of sulfide ore by typical thermoacidophilic archea. By mainly basing on genomic approaches for screening and verifying the functional genes related-oxidizing sulfur of typical thermophilic archaea, it investigates the differential expressions of the aforementioned genes of thermophilic archaea which grown at differential sulfur-containing substrates, and on which to characterize the sulfur oxidation activities of thermoacidophilic archea in the view of molecular aspects to reveal the true reflection of the sulfur oxidation activity of thermoacidophilic archea in bioleaching system. Meanwhile, it investigates the sulfur oxidation activities of the functional genes and their effects on the formed surface sulfur speciations before and after bioleaching of sulfur-containing substrates in the specific environment, and investigates the chemical transformation of sulfur combined with the sulfur oxidation metabolites in biooxidation process.It is expected by these researches to demonstrate the molecular mechanism of sulfur oxidation of thermoacidophilic archea, and lay the theoretical bases for further evaluating the dissolution mechanism of the sulfur in bioleaching of sulfide ore, and provide the theoretical bases for further researching and evaluating the sulfur metabolic pathways of thermoacidophilic archea.

本申请立题研究基于典型嗜热古菌浸出硫化矿过程中硫氧化的分子机制。主要基于基因组学方法筛选和验证典型嗜热古菌硫氧化相关功能基因，研究嗜热古菌硫氧化相关功能基因在不同能源底物上的表达差异，从分子生物学的角度表征微生物的硫氧化活性，揭示浸矿体系中微生物硫氧化活性的真实反映；研究典型嗜热古菌在特定环境因素下氧化含硫能源底物过程中，硫氧化相关功能基因的活性及其对氧化前后含硫能源底物中硫分子形态变化的影响规律，并结合硫氧化（中间）产物分析硫在生物氧化过程中化学转变过程。通过这些研究，揭示嗜热古菌硫氧化的分子机制，为进一步阐明嗜热古菌作用下金属硫化矿生物溶出机理奠定理论基础，同时为进一步研究和阐明嗜热古菌硫代谢途径提供理论依据。

金属硫化矿生物浸出是一个受各种理化因素和生物因素影响的复杂过程，其中浸矿微生物硫氧化活性和硫氧化（中间）产物的形成是整个金属硫化矿生物浸出过程的制约环节。本项目主要针对典型嗜热古菌浸出黄铜矿过程中的硫氧化活性，开展“基于典型嗜热古菌浸出硫化矿过程中硫氧化的分子机制研究”。主要研究内容包括筛选嗜热古菌硫氧化相关蛋白基因，研究其硫氧化活性，推衍其可能的作用结构模型；同时研究不同环境条件下典型嗜热古菌硫氧化相关基因氧化含硫能源底物时的表达差异，分析含硫能源底物表面的硫分子形态变化，以及不同含硫能源底物对嗜热古菌硫氧化相关基因活性的影响及其与硫氧化率的关联性。研究取得的以下重要成果：.1.基于嗜热古菌全基因组序列及硫氧化相关基因组信息分析，提出并阐明了极端嗜酸热古菌A. manzaensis的硫氧化模型。.2.通过对编码Heterodisulfide reductase（hdr）复合体的Hdr基因簇与生物浸出黄铜矿过程中硫氧化关联性的研究，证明了Hdr基因簇与嗜热古菌硫氧化的相关性，为Hdr基因簇的硫氧化机理提供了直接实验证据。.3.阐明了嗜热古菌生物浸出黄铜矿过程中硫氧化中间产物的形成机制。.4.揭示了黄铜矿生物浸出过程中各类理化生物因素之间的关联及其作用黄铜矿浸出效率的主次关系。.5.发展了微生物作用下硫化矿表面物相与元素形态转化分析方法和体系。.6.发展了比较蛋白质组学-基因组学方法表征浸矿菌硫氧化途径分析方法和体系。.7.在国内外学术期刊发表学术论文6篇，参加国内外重要学术会议8次。.这些研究成果揭示并阐明了以A. manzaensis为代表的典型嗜热古菌氧化含硫能源底物的分子机制，为进一步阐明嗜热古菌作用下金属硫化矿生物溶出机理奠定理论基础，同时为调控生物浸出过程中嗜热古菌硫氧化活性提供了理论依据。相关研究在同行中具有重要影响，处于相关领域的领先地位。