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前言


      在生物资源对环境治理的研究方向上,同时拥有高经济价值和市场需求的微生物聚合物引起了人们的广泛关注,已知蓝藻素颗粒肽(Cyanophycin Granule Geptide,CGP)是首次在蓝藻细胞中被发现且合成步骤简单的一种富氮储备聚合物。

    湘潭大学研究团队于2022年7月在Appliced and Environmental Microbiology(IF=5.005)上发表了名为“Cyanophycin Granule Polypeptide: a Neglected High Value-Added Biopolymer, Synthesized in Activated Sludge on a Large Scale”的课题文章,该课题利用宏基因组学、宏转录组学,对污水处理厂中的八种生物聚合物进行分析,揭示了污水处理厂中的CGP回收和应用的前景,该成果对环境治理开启新靶点具有重要意义。


拜谱生物在该课题研究中提供宏基因组学和宏转录组学的技术,该研究团队对拜谱生物数据分析支持表示感谢。


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期刊:Applied and Enviornmental Microbiology

影响因子:5.005

发表时间:2022.07

关键词:蓝藻素颗粒肽;微生物聚合物;生物资源;宏基因组学;宏转录组学





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研究路线:



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研究结果:



1.蓝藻素颗粒肽CGP在生物合成物中具有很高的合成潜力

利用宏基因组学和宏转录组学对8种微生物的基因表达、基因丰度、生物合成途径等进行分析,结果显示,CGP的合成酶Cpha与聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate ,PHA)合成途径中phac酶的基因表达丰度和水平相似,这表明污水处理厂中具有一定的CGP合成潜力。


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2.活性污泥中的CGP主要由ASP和ARG组成

为了进一步探索活性污泥中CGP的存在,作者采用了多种方法鉴定CGP的组成和性质,包括染色实验、LC-MS验证结构、红外光谱检测,实验结果表明,从污水处理厂中提取的CGP与已报道的菌株相类似,由ASP和ARG构成。


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3.CGP与海藻酸盐和Pha的原油产量相当

为了进一步验证宏基因组学和宏转录组学的结果,作者分别对冬季和夏季活性污泥中包括纤维素在内的六种生物聚合物的粗干重进行测试,利用FTIR技术比较其组成,分析后发现CGP的粗产量与海藻酸盐和Pha的原油水平相同,这些结果表明污水处理厂是CGP资源的重要来源。


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4.CGP的吸附性能检测

已知CGP是一种富含羧基和胍基/氨基的两性分子,为了进一步验证CGP的经济价值,作者对CGP对阴离子、阳离子重金属和染料的吸附能力进行了检测。结果显示,CGP对阴离子有比阳离子更强的吸附优势,且从不同污泥中提取的CGP的吸附能力相似,该结果表明活性污泥可能是CGP作为吸附剂材料的稳定来源。


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研究总结:



该研究团队利用宏基因组学和宏转录组学技术对污水处理厂中的生物聚合物进行检测,揭示了活性污泥中蓝藻颗粒素多肽的高经济价值和应用市场,该成果为微生物聚合物在环境治理中的运用开启了新靶点。




04

技术学习:




①宏基因组学是一种对特定环境样品中所有微生物的总DNA(宏基因组,Metagenomic)提取克隆,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略对环境样品中全部微生物的遗传组成及群落功能进行研究的技术。

优点:宏基因组学的研究对象是特定环境中的总DNA,不是某特定微生物或某细胞中的DNA,不需要对微生物进行分离纯化,可以用来发现难培养或不可培养微生物的天然产物及处于“沉默”的天然产物,这一特性增加了某环境样品中总微生物的利用率,且该技术应用范围广泛,在海陆空、动植物、人体、发酵工艺与生物能源再到环境治理等多个领域均可被应用。

②宏转录组学是一种将特定时期、环境样本、组织样本中所有微生物的总RNA转录本进行集合,通过对这些转录本大规模高通量测序从而获得环境中可培养或者不可培养微生物转录组信息的技术。

优点:这种技术不仅具有宏基因组技术的全部优点,可以检测环境中的活性微生物、活性转录本以及活性功能进行研究,还可以比较不同环境下的差异表达基因和差异功能途径,有助于揭示微生物在不同环境压力下的适应机制,探索环境与微生物之间的互作机理。



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The Cyanophycin Granule Peptide from Cyanobacteria.

Structures and function of the amino acid polymerase cyanophycin synthetase.

Cyanophycin accumulated under nitrogen-fluctuating and high-nitrogen conditions facilitates the persistent dominance and blooms of Raphidiopsis raciborskii in tropical waters.



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