重组微生物生理学研究进展

重组微生物生理学及其研究进展专业：微生物学姓名：田方源学号：2140410102指导老师：张庆庆摘要：重组微生物生理学主要研究目的外源基因与宿主的相互作用以及细胞生理状态对这种相互作用的影响。宿主与外源基因的相互作用可发生在复制、分配、表达、代谢等各种水平，主要的分子机制为核酸一核酸、核酸一蛋白质的相互作用，一些小分子化合物可作为信号或效应子参与大分子的相互作用。重组微生物生理学研究主要包括下列三方面工作:1.噬菌体、质粒与可作用宿主的相互作用以及基因工程菌中目的基因的复制分配和表达规律。2.微生物所有响答系统的响答及适应的分子机制及其对外源基因调控的影响。这些主要融合了分子水平和细胞水平的研究，模糊了分子生物学和生理学的界限，成为基因工程的理论基础之一。美国微生物学会自1987年起把重组微生物生理学列为年会的一个独立专题。一．外源基因与宿主的相互作用噬菌体和质粒等染色体外基因与宿主基因处于一种依赖、互补和竞争的复杂关系。染色体外基因的复制、分配和表达都广泛地依赖于宿主功能，这种依赖性引起外源基因与染色体。基因对复制、分配、转录翻泽机器以及氨基酸核苷酸等代谢库的竞争。除了这种一般的竞争机制外，许多质粒和噬菌体还编码专一性竞争机制，抑制或破坏宿主功能，宿主也有限制外源基因的各种机制质粒编码为许多功能如坑药性，降解酶又是宿主细胞在特殊环境中生存所必需的。噬菌体与宿主为相互作用已得到广泛研究。一般烈性噬菌体感染后或温和噬菌体从溶原状态转换为溶菌状态后的几分钟内宿主的复制和表达功能被大大降低或完全关闭。宿主的RNA聚合酶是噬菌体主要为作用把，噬菌体可通比备种不同机制抑制或者改变宿主的RNA聚合酶。已报道的机制可归纳为三类:1共价修饰，即RNA聚合酶的磷酸化和核糖基化，共价修饰可改变RNA聚合酶的活性或专一性。2与RNA酶直接作用，即通过a因子取代改变酶作用的专一性，或者由抗a因子阻断宿主G因子的功能，以及由RNA酶结合蛋白质调节酶的活力及专一性。3DNA结合蛋白质结合于转录起始区与启动子区的RNA聚合酶作用，改变其专一性，活化或阻遏转录起始。噬菌体通过上述机制关闭一系列宿主基因表达，使宿主基因复制和录受阻，转向噬菌体基因的复制和表达。大部份噬菌体还编码溶菌基因，作用于细胞膜，在感染后期释放成熟的噬菌体。大部份质粒与宿主稳定地共存，它们编码的杀宿主细胞功能往往在一定条件下才得以表达。大肠杆菌素质粒编码的大肠杆菌素和溶菌蛋白只有当SOS响答系统被诱导时才大量合成，近年来在一些低拷贝质粒中发现另一类杀细胞功能，这种功能系统由毒素蛋白基因与相应的抑制基因组成。当质粒向子代细胞分时，无质粒的细胞中失去了抑制基因，但仍残存毒素蛋白，使细胞致死，这种机制使质粒复制分配与宿主细胞分裂偶合，确保了质粒在细胞分裂时稳定地传代。噬菌体与质粒的复制和分配不同程度地依赖于宿主功能。x174噬菌体的复制需要十多种宿主蛋白质，T4噬菌体的前期复制主要利用宿主的复制机器COLE1质粒不编码复制蛋白质，依赖于宿主的DNA聚合酶I，其稳定传代所必需的定位重组则至少需要宿主的xerA、B、C基因产物和重组酶。质粒pSC101的复制与分配机制与染色体相似，其复制起始区的结构也与ric相似，具DnaA，IF和解旋酶的结合位点，质粒仅编码一个解旋酶及分配位点。一些广泛宿主的复制和分配对宿主功能依赖性较小，但仍在一定程度上依赖于宿主功能，如质粒RKZ的复制依赖于宿主的DnaA、BG蛋白质，促旋酶及DNA聚合酶l，而且RKZ小质粒的稳定性是宿主依赖性，在不同宿主中稳定性不同。一些宿主蛋白质如IHF、HU和Fis蛋白质广泛地参与染色体和外源基因的复制，分配和表达。其中IHF研究得最多，它是由于参与入噬菌体位点专一的整合而被发现的，故称为整合宿主因子。随后又发现它参与质粒Psc101、R6的复制，质粒PI的分配，F因子的接合转移，转座子的转座，并对某些外源基因的表达具调控作用。IHF的作用机制可能是使DNA形成高级结构，从而促使其他蛋白质与DNA相互作用，因此具有如此广泛的作用。HU和Fis与IHF相似都是小蛋白质，这些蛋白质的生理功能可能是作为生理传感器，使有关基因的活性同步，在细胞微环境内协调各种生理活性除了上述蛋白质外，细胞的DNA拓扑状态，DNA甲基化程度也对基因表达和时限起广泛的调控作用。二细胞生理状态对基因的调控作用微生物的生活环境和生理状态对基因表达的影响以及微生物对环境变化的响答和适应的分子机制的研究，近年来取得较大进展。对环境变化的适应响答包括从游动的迅速变化到基因表达和细胞形态的长期变化。环境因子作为信号通过一特定的响答系统控制细胞活动。这类响答系统一般由传感器，代谢信号，调节基因和被调节基因组威。刺激和响答的偶合机构常由二类蛋白质组成，一类是组氨酸激酶(HPK)，另一类是调节蛋白质，HPK通过调节蛋白质的磷酸化程度控制受其调节的一系列基因的表达。在一些响答系统中HPK本身是细胞传感器，而在另一些响答系统中还具有其他细胞传感器。对趋化性响答系统的信号传递租转换的分子机制进行了详细研究。这个系统至少有6个基因参与大肠杆菌内膜存在一系列穿膜蛋白质甲基受体趋化性蛋白质(MP)它们可与一系列配基如天门冬氨酸，「丝氨酸，麦芽糖，核糖，亮氨酸，垛乙酸，金属离子结合，并输出信号。cheR编码一个甲基化酶，调节MCP的甲基化程度，从而调节了MCP对配基的敏感度。MCP输出的信号通过chew基因产物与胞内响答系统偶联,chew将信号传给。heA蛋白质，cheA是这个系统的中央调节蛋白，它通过调节比ey蛋白质的磷酸化，调节纤毛取向，通过调节cheB的磷酸化调节MCP蛋白质甲基化的反馈控。已报道的响答系统有:碳源利用系统，氮源利用系统，严紧型响答系统，磷酸盐利用系统，热冲响答系统,SOS响答系统，透压响答系统，氧化势响答系统，趋化性响答系统，厌气响答系统，好气响答系统，固氮系统，二羧酸输送系统。三羧酸输送系统，磷酸己糖输送系统等几十种这些响答系统中都有多种基因参与，而且每个系统都调节一系列基因表达，其中不少与细胞生命活动有关。如严紧型响答系统调节一系列细胞功能，包括rRNA合成。r蛋白质合成，RNA聚合酶合成，翻译起始因子，翻译延伸因子合成，氨基酸代谢核苷酸代榭，糖代谢，营养物和毒物的输送与排泄。除了宿主功能外，严紧型响答系统还影响外源基因的调控，如质粒pBR322的复制，col质粒colEI和colE3基因的表达和质粒编码的内酰胺酶的合成。基因工程研究中的一些常用启动子也受这些响答系统的调节，如lac启动子受碳源利用系统调节，trp启动子受严紧型响答系统调节。而PR、PL受SOS系统调节。phoA和mpA表达系统则分别受磷酸盐调节系统和渗透压调节系统调节。除了直接的调控作用。上述响答系统由于调节了细胞的基本生命活动，间接地影响外源基因的复制和表达。参考文献：1.沈萍主编微生物学北京：高等教育出版社，20002.微生物遗传学第二版北京：科学出版社，19933.高东主编微生物遗传学济南：山东大学出版社，19964.李季伦等微生物生理学北京：北京农业大学出版社，19985.焦瑞身，周德庆主编微生物生理代谢实验技术北京：科学出版社，19906.翟礼嘉、顾红雅等。现代生物技术导论北京：高等教育出版社，施普林格出版社，19987.杨生玉,王刚,沈永红主编.微生物生理学[M].北京：化学工业出版社,20078.袁振宏编.能源微生物学[M].北京：化学工业出版社,20129.张兰英,刘娜,孙立波等编著.现代环境微生物技术[M].北京：清华大学出版社,200510.何奕昆,曾宪录主编.细胞生物学[M].北京：科学出版社,200911.韩贻任主编.分子细胞生物学[M].北京：科学出版社,201212.刘志国主编.新编生物化学[M].北京：中国轻工业出版社,200313.中国环境科学学会编.中国环境科学学会学术年会论文集2009第4卷[M].北京：北京航空航天大学出版社,200914.胡超,洪亚辉,黄颖,黄丽华.月季原生质体分离条件的研究[J].湖南农业科学,2009,第1期15.温洪宇,廖银章,李旭东.菌株N-1对萘的降解特性研究[J].应用与环境生物学报,2006,第1期