《異化金屬還原細菌胞外電子轉移能力的螢光探針表征》是依託中國科學技術大學，由俞漢青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：異化金屬還原細菌胞外電子轉移能力的螢光探針表征
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：俞漢青
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
異化金屬還原細菌(DMRB)能夠將胞內代謝產生的電子傳遞通過特殊的電子傳遞鏈給胞外的電子受體，在多種元素的地球化學循環、環境修復、廢水處理和能量轉化等過程中都發揮重要作用。通過分離DMRB並對其胞外電子轉移能力進行定性表征和定量檢測，將有助於我們更好的了解和利用這類微生物，因此具有重要的研究意義。本項目擬建立一套螢光探針法，通過特殊螢光探針分子螢光特性的變化來反映電子的轉移情況，從而實現環境中DMRB胞外電子傳遞能力的定性表征和定量檢測。與傳統方法相比，該方法具有快速靈敏、原位無損和操作簡單等優點。此外，擬結合理論計算，從分子水平上進一步驗證和解析DMRB胞外電子轉移能力定性表征和定量測定的機理，並將此方法與微生物胞外電子傳遞呼吸鏈相關的分子生物學研究平台相結合，探索DMRB豐富的外膜蛋白在胞外電子傳遞中的作用，為環境中DMRB的基礎研究和環境套用提供可靠的理論依據和實用的技術指導。
結題摘要
異化金屬還原細菌(DMRB)在多種元素的地球化學循環、環境修復、廢水處理和生物能產生等過程中都發揮重要作用。項目建立了定性表征和定量檢測環境中DMRB胞外電子傳遞能力螢光探針的新方法，並在分子尺度上解析了螢光探測胞外電子傳遞過程的機制；在此基礎上，從不同環境樣品中篩選出了DMRB並比較其胞外電子轉移能力，探索了環境中DMRB的分布規律及其環境功能。 研究發現核黃素能作為螢光探針定量檢測DMRB的胞外電子轉移能力，並成功地測定了模式兩種DMRB Geobacter sulfurreducens DL-1 (60.29 fA)和Shewanella oneidensis MR-1 (2.11 fA)的胞外電子轉移能力。與傳統方法相比，該螢光探針方法簡單、快速、可靠、靈敏度高；項目闡明了DMRB外膜蛋白與核黃素之間的電子傳遞機制，利用光譜電化學、電子順磁共振、二維相關光譜等分析手段發現，氧化態Hemin(III)在電化學過程中僅能被還原為中間體Hemx(II)，但在核黃素存在的條件下，核黃素與Hemx(II)間的共軛效應促使氧化態Hemin(III)轉變為完全還原態的Heme(II)；電子順磁共振譜捕捉到了黃素類自由基中間產物與負離子中間產物的信號，實現DMRB外膜蛋白活性中心卟啉鐵與核黃素間完整的電子傳遞機制的實時跟蹤。理論模擬的結果與實驗結果相吻合。 此外，項目利用新方法對人工環境和自然環境中的DMRB進行了高通量原位篩選，建立了一套簡易、準確的細菌產電能力評價方法；通過對不同環境生物樣品中DMRB物種組成及產電能力的綜合分析，探明了環境中DMRB在污染湖泊、底泥、人工濕地及污水處理廠中的分布，考察了環境理化因子對群落中物種平均產電能力的影響。該方法有望成為選育、表征、研究DMRB的可靠手段。 通過項目的實施，成功地建立了幾種定性表征和定量檢測DMRB胞外電子傳遞能力的螢光探針檢測新方法，定量測定了模式DMRB的胞外電子轉移能力，確定了DMRB幾種關鍵外膜蛋白在胞外電子傳遞中的作用和貢獻率。結合理論計算方法進一步從分子水平上闡述DMRB胞外電子轉移的的機理；將該方法套用到環境中DMRB的檢測和篩選，並獲取幾株高產電能力菌株。該研究成果為環境中DMRB的基礎研究和套用於污染物的還原降解提供了科學依據和技術支撐。
