氧化亚铁硫杆菌密度感应系统在金川镍矿浸出中的细胞与分子机制

Quorum sensing(QS) is a system of stimulus and response correlated to population density. existing in in many Gram-negative and Gram-positive bacteria. Our preliminary studies show that, The biomining bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans（A. ferrooxidans） can effectively adsorption to mineral surfaces with the help of QS system .But the mechanism of the attachment and biofilm formation has not been fully elucidated. Our preliminary experimantal results showed that the natural AHL as the molecular basis of chemical synthesis, and its had significant influence on the surface structure, ultrastructure ,tropism and metal oxide dissolution of A. ferrooxidans.So this project is to further explore these that the Quorum sensing(QS)system on the attachment and adhesion of A. ferrooxidans to mineral surfaces and the subsequent biofilm formation, and the regulatory mechanisms in the cellular and molecula Level by Quorum sensing(QS)system on the attachment and adhesion of A. ferrooxidans to nickel mine surfaces and the subsequent biofilm formation. The contents mainly include including the signal molecule synthesis and validation, adsorption of Jinchuan nickel film forming and the QS system regulate the adhesion of A. ferrooxidans to mineral in heap leaching and the adhesion mechanism in cellular and molecular level,and provide an important theoretical basis for the artificial breeding of the leaching bacteria.

群体感应系统（Quorum Sensing）存在于多种革兰氏细菌中并调控细菌的相应生理行为及功能。申请者前期研究证实嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A. ferrooxidans）能借助QS系统功能有效地吸附在矿物表面，但A. ferrooxidans吸附成膜的机制至今尚不清楚。我们初步试验表明，以天然的AHL作为化学合成的分子基础，所合成的信号分子对该菌的表面结构、超微结构、趋向运动及金属氧化溶出具有显著影响，因此本项目拟对A. ferrooxidans在镍矿浸出中吸附成膜的特性、生理过程及浸矿效率的影响因素做进一步的探索。主要研究内容包括QS系统中类AHL信号分子的合成与验证、A. ferrooxidans 中QS系统对该菌吸附镍矿成膜的影响及QS系统在金川镍矿浸堆中调控菌-矿吸附过程的细胞与分子机制，我们还将通过实践验证该菌的浸矿机理，也为人工选育高效浸出镍矿的菌株提供重要的理论依据。

浸矿微生物在生物冶金中具有非常重要的地位，生物被膜的形成是浸矿微生物发挥浸矿作用的前提条件。群体感应（Quorum Sensing，QS系统）是细菌根据细胞密度变化进行基因表达调控的一种生理行为，QS系统对调节生物膜的形成、发展起着至关重要的作用。嗜酸性氧化亚铁硫杆菌QS系统如何调控浸矿微生物吸附成膜的机制至今未能完全阐明。.. 本项目建立了嗜酸性氧化亚铁硫杆菌QS系统信号分子的提取方法、生物学检测方法、高效液相-质谱检测方法以及QS系统信号分子AHL结构解析方法；研究了QS系统对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生物膜形成量，生物膜的三维结构等的影响，并研究了QS系统对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌afeI, afeR基因表达的影响、胞外聚合物(EPS)的影响，系统研究了QS系统调控嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生物膜形成的分子机制。进一步探讨了QS 系统对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌浸出金川镍矿的影响。.. 研究结果表明：QS系统抑制剂能够抑制QS系统基因afeI的表达，干扰A. ferrooxidans QS信号分子的合成，减少胞外聚合物的产生，抑制生物被膜的形成，降低镍黄铁矿的浸出速率。该项目的研究结果有利于我们更深入的了解QS 系统功能的广泛性和复杂性，一方面使群体感应系统的研究范围扩展到极端微生物尤其是嗜酸微生物当中，另一方面从另一个角度阐明了氧化亚铁硫杆菌的浸矿机理，尤其是其早期吸附成膜的机制，这将是氧化亚铁硫杆菌浸矿机理理论的重要补充。