单环刺螠肠道电活性Shewanella marisflavi的氯霉素降解潜力研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李新 |
| 答辩日期 | 2020-05-26 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 刘芳华 |
| 关键词 | 肠道电活性微生物 胞外电子传递 单环刺螠 希瓦氏菌 氯霉素降解 Intestinal electrochemically active bacteria Extracellular electron transfer, Urechis unicinctus Shewanella Chloramphenicol degradation |
| 学位名称 | 工程硕士 |
| 学位专业 | 生物工程 |
| 英文摘要 | 电活性微生物能够利用其细胞膜上的细胞色素c蛋白和导电纤毛，将底物氧化产生的电子从胞内传递到胞外电子受体，该过程被称为微生物胞外电子传递（Extracellular electron transfer，EET）。EET是一种新型微生物厌氧能量代谢方式，在环境修复及清洁能源产生等领域具有广阔的应用前景。近年来，在人和哺乳动物肠道中陆续发现新的电活性微生物和微生物胞外电子传递方式，电活性微生物在维持宿主的肠道菌群稳态和宿主健康过程中发挥着重要作用。单环刺螠是国家地理标志性海洋生物，富含多种营养成分和极高的研究价值，而关于单环刺螠肠道中电活性微生物的存在情况及其肠道微生物应用方向的探究还未见报道。本研究以单环刺螠作为研究对象，分离、筛选及研究该物种肠道中的电活性微生物的基础生理学及电化学特征，并初步探索其在氯霉素降解中的应用潜势，以期为肠道电活性微生物与宿主的相互作用研究提供新的思路。 （1）单环刺螠肠道微生物的分离及鉴定。厌氧条件下对取自新鲜单环刺螠肠道中的微生物进行富集培养，通过稀释涂布和平板划线法从该肠道富集物中分离到5个形态、大小、颜色、透明度等明显不同的单菌落。通过16S rRNA序列比对及构建系统发育树进行分类鉴定，结果表明5株肠道微生物分别来自4个不同的菌属，包括希瓦氏菌属（Shewanella）、葡萄球菌属（Staphylococcus共2株）、赖氨酸芽孢杆菌属（Lysinibacillus）和芽孢杆菌属（Bacillus）。随后对5株肠道微生物的环境分布、电化学活性及应用潜势进行了分析；其中，与单环刺螠肠道希瓦氏菌和赖氨酸芽孢杆菌亲缘关系最为接近的Shewanella marisflavi、Lysinibacillus macroides均被证明具有EET能力；希瓦氏菌属是当前研究电活性微生物的模式菌之一，因此本论文选择该希瓦氏菌株Shewanella marisflavi作为后续实验的研究对象，并将其命名为Shewanella marisflavi UU-3-2。 （2）单环刺螠肠道Shewanella marisflavi的电活性及生理学特征。对分离到的肠道微生物UU-3-2的基础生理特征和电化学活性进行检测分析。首先，革兰氏染色法结果显示该菌株为革兰氏阴性菌，扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM）进一步观察确定其形态为短杆状，长度约2 μm，宽度约为0.5 μm，伴有端生鞭毛；其次，高效液相色谱（High performance liquid chromatography，HPLC）检测其无氧呼吸底物消耗及产物生成情况，结果显示在厌氧条件下该菌株可以乳酸盐为电子供体富马酸为电子受体生成乙酸盐及琥珀酸；随后，菲啰嗪显色法及甲醛肟显色法分别证明菌株UU-3-2能够在厌氧条件下还原可溶性电子受体柠檬酸铁（FeC6H5O7）及不溶性电子受体Fe2O3中的Fe(III)和MnO2中的Mn(IV)，表明该肠道菌株具有异化金属还原能力；最后，通过构建单室微生物燃料电池（Single-chamber Microbial Fuel Cells，SCMFCs）对UU-3-2进行电化学特征分析，结果表明菌株UU-3-2具有产电能力，最大电流密度为146 mA/m2，且通过循环伏安扫描（Cyclic voltammetry，CV）曲线突出的氧化还原峰推断UU-3-2能够分泌氧化还原物质。由此可知，菌株UU-3-2是一株具有异化金属还原能力及产电能力的肠道电活性微生物。 （3）单环刺螠肠道Shewanella marisflavi的氯霉素降解潜力。向UU-3-2培养体系中添加不同浓度的氯霉素溶液（10、20、30 mg/L），通过HPLC检测氯霉素浓度变化情况，结果显示三种浓度氯霉素均可被降解。其中，当添加10 mg/L氯霉素时，该菌株12 h内氯霉素的去除率为78.7%。此外，实验进一步探究了培养基pH值、盐浓度、电子供体和电子受体浓度对菌株生长情况及降解氯霉素作用的影响。实验结果表明，菌株对氯霉素的去除率受到环境条件的影响。具体表现为，1）pH值为7.2中性条件时菌株生长情况及氯霉素去除量相比较pH值为6.5及8.4更佳，但菌株在偏酸或偏碱性条件下仍具备氯霉素降解能力；2）盐浓度的改变对菌株降解氯霉素的影响表现为，盐度为3%-5%时具有最佳降解效果（分别为77.4%和71.6%），且低盐（1%）或高盐（8%）条件下仍具备降解能力，表明该菌株能够耐受较为严苛的盐度环境；3）菌株UU-3-2在不同浓度电子供体和受体中降解氯霉素曲线显示，随着电子供体或电子受体浓度升高，氯霉素去除率增加；4）药敏实验检测菌株的抗生素敏感性及生物安全性，结果显示多种革兰氏阴性菌抗菌剂对菌株具有较强的抑制效果，表明该菌株虽然具备降解氯霉素能力，但仍可以被多种抗生素抑制，具有较高的安全性。以上结果表明菌株UU-3-2是一株具有降解氯霉素能力的肠道电活性微生物，在抗生素污染治理方面表现出一定的应用潜力。 综上所述，本研究成功从单环刺螠肠道中分离并鉴定了5株肠道微生物，其中1株（UU-3-2）具有电化学活性，是一株电活性微生物。在海洋肠道电活性微 生物应用方向分析中发现，UU-3-2具有降解氯霉素的潜力，且具有广泛的环境适用性。本研究不仅将肠道电活性微生物的分离扩展到了海洋生物，为海洋肠道电活性微生物的生理学及电活性研究提供了一定的数据支持，而且对海洋电活性微生物在抗生素污染治理中的应用进行了早期探索，为该方向研究工作提供了前期基础数据。 |
| 学科主题 | 微生物学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/25257]  |
| 专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
| 通讯作者 | 李新 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李新. 单环刺螠肠道电活性Shewanella marisflavi的氯霉素降解潜力研究[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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