《抗輻射微生物》PPT課件.ppt

抗輻射微生物,曹萌,主要內(nèi)容,一、抗輻射微生物概述 二、微生物抗輻射的機(jī)理 三、抗輻射微生物的應(yīng)用 四、抗輻射微生物的篩選,一、抗輻射微生物概述,抗輻射微生物的發(fā)現(xiàn)歷史比較短暫，1956年美國(guó)科學(xué)家 Anderson等從X射線滅菌處理后的肉罐食品中發(fā)現(xiàn)的一株紅色的非致病菌。該菌能夠在 60Gy 輻照條件下正常生長(zhǎng)， 而且經(jīng)15kGy 的急性照射也能保持一定的細(xì)胞存活率。,輻射劑量對(duì)人體的傷害,耐輻射菌是一種古老的細(xì)菌，科學(xué)研究表明在20億年前就存在于地球上。而耐輻射微生物不可能在長(zhǎng)期的輻射選擇壓力下進(jìn)化獲得輻射抗性 ,因此該類(lèi)微生物的物種起源及其進(jìn)化機(jī)制一直是科學(xué)界長(zhǎng)期爭(zhēng)論的焦點(diǎn) ,目前尚無(wú)一種清晰的進(jìn)化模式。,抗輻射微生物可能的進(jìn)化機(jī)制,1、早期地球環(huán)境中存在極強(qiáng)的電離輻射 ,耐輻射微生物的輻射抗性是在強(qiáng)烈輻射環(huán)境下形成的一種適應(yīng)能力。 2、微生物在長(zhǎng)期的環(huán)境 (如干燥 )脅迫下 ,或通過(guò)物種間的基因水平轉(zhuǎn)移 ,或經(jīng)過(guò)趨同進(jìn)化 ,以不同的進(jìn)化方式獲得了電離輻射的抗性。,二、微生物抗輻射的機(jī)理,1、微生物細(xì)胞本身具有的保護(hù)結(jié)構(gòu) 抗輻射微生物產(chǎn)生色素吸收輻射能量，防止輻射對(duì)DNA或其他細(xì)胞物質(zhì)的損害。,細(xì)胞壁堅(jiān)固、細(xì)胞膜脂質(zhì)成分獨(dú)特,耐輻射異常球菌細(xì)胞具有多層特殊的結(jié)構(gòu) 質(zhì)膜含有特殊的磷酸糖脂而非通常的磷脂 肽聚糖厚度達(dá)1420nm，形成橋聯(lián)的氨基酸為L(zhǎng)-鳥(niǎo)氨酸 肽聚糖外層有分隔層，厚度為肽聚糖層的兩倍 外膜不包含脂多糖 S層，由高度有規(guī)律排列的蛋白質(zhì)組成，形成六方點(diǎn)格,2、DNA修復(fù)機(jī)理,光修復(fù)： 在可見(jiàn)光下光復(fù)活酶作用于紫外線引起的T-T二聚體，將二聚體打開(kāi)。 暗修復(fù)： 內(nèi)切核酸酶辨認(rèn)出DNA分子上受損部分，將其切開(kāi) 外切核酸酶切除二聚體DNA部分 DNA聚合酶以完整的DNA鏈為模板，將缺口補(bǔ)上 連接酶將新復(fù)制的DNA鏈連接起來(lái),3、修復(fù)由電離輻射引起的DNA損傷,超快修復(fù)：?jiǎn)捂湐嗔巡糠衷贒NA連接酶作用下極快的修復(fù) 快修復(fù)：在DNA聚酶作用下，修復(fù)由超快修復(fù)后剩下的斷裂的單鏈DNA。 慢修復(fù)：利用重組修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)快修復(fù)所不能修復(fù)斷裂的單鏈DNA。,4、耐輻射異常球菌修復(fù)酶 抗輻射微生物中含有內(nèi)切核酸酶和內(nèi)切核酸酶，它們能修上千個(gè)堿基斷裂的DNA片段。,5、耐輻射異常球菌保護(hù)酶 抗輻射微生物中含有活力很高的SOD、CAT、POD，能有效的清除輻射間接作用產(chǎn)生的大量自由基，保護(hù)細(xì)胞免受侵害。,三、抗輻射微生物的應(yīng)用,抗輻射微生物在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用 抗輻射微生物的微生物是十分豐富和重要的生物資源 ,可以直接作為環(huán)境修復(fù)特別是核廢料的處理工具 ,或者通過(guò)基因改造構(gòu)建工程菌株的方法以提高它們的環(huán)境修復(fù)能力。,1997年美國(guó)能源部便開(kāi)始了以異常球菌屬為工具的放射性污染生物修復(fù)的研究 ,利D.radiodurans和 D. grandis作為外源功能基因受體 ,成功得到了具有抗汞和降解有機(jī)氯化物的“ 超級(jí)細(xì)菌 ” ,并將其應(yīng)用于防護(hù)地下放射性廢物堆積點(diǎn)和核反應(yīng)堆放射性核素的泄漏。研究發(fā)現(xiàn) ,在有氧或厭氧條件下 D. radiodurans可以還原鈾和锝。,2、植物抗逆品系培育,生物芯片分析結(jié)果表明， 輻射和干燥脅迫都會(huì)誘導(dǎo)一些與修復(fù)有關(guān)的相同基因的高表達(dá)，抗輻射微生物都具有抗干旱的能力?？馆椛湮⑸镏泻胸S富的基因資源 ,具有應(yīng)用于作物抗干旱研究的潛在價(jià)值。,Monsanto公司已將枯草芽孢桿菌 (B acillus subtilis)的冷激蛋白基因 ( csp B )在植物中表達(dá) ,提高了其干旱抗性。 2009年本研究室將 D. radiodurans調(diào)控因子 irrE基因在油菜中表達(dá)后明顯提高了轉(zhuǎn)基因油菜的耐鹽性 (達(dá)到 350 mmol /L NaCl)。,3、藥物開(kāi)發(fā),為抗氧化藥物的研究提供了新的思路 已經(jīng)從 D. radiodurans中鑒定了許多與抗氧化有關(guān)的蛋白質(zhì) ,主要包括:耐輻射異常球菌的微生物資源及其應(yīng)用Mn/ Fe超氧物歧化酶 、Cu /Zn超氧化物歧化酶 、過(guò)氧化氫酶 、過(guò)氧化物酶 、巰基烷基過(guò)氧化物還原酶 、硫氧還蛋白還原酶 /烷基過(guò)氧化物還原酶、甲硫氨酸亞砜還原酶和谷氧還蛋白等。,發(fā)現(xiàn)治療腫瘤的新方法和新藥物 耐輻射球菌對(duì)輻射的高抗性表明，其基因組內(nèi)含有對(duì)輻射抗性極強(qiáng)的基因。向骨髓細(xì)胞導(dǎo)入耐輻射基因，增強(qiáng)骨髓細(xì)胞對(duì)射線的耐受性，提高放射應(yīng)用劑量殺傷體內(nèi)殘存的腫瘤細(xì)胞。,四、抗輻射微生物的篩選,以一株極端耐輻射奇異球菌的分離為例,1、試驗(yàn)菌株和培養(yǎng)條件 供試菌株分離于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能利用研究所同位素試驗(yàn)網(wǎng)室的土樣。菌株用 TGY 培養(yǎng)基(0.5 % 胰蛋白胨 ,0.3 %酵母提取液 ,0.1 % 葡萄糖) ,30 培養(yǎng) 2 3d。用于 DNA 操作的大腸桿 菌( Escherichia coli)DH5 和野生型菌株 K12 ,用LB 培養(yǎng)基(蛋白胨 10 g/ L、 酵母粉 5g/ L、 NaCl 10g/ L、 pH7.0) ,37 培養(yǎng)過(guò)夜。固體培養(yǎng)基中加入1.5 %的瓊脂。,2 、菌株的分離和純化 取1g 土樣加入 5ml 1mol/ L Na3 PO4 中 ,充分振蕩30min ,混勻靜置15min 后 ,取 100 l 上清液涂布于 TGY固體培養(yǎng)基 ,置于 30 培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 23d。挑取單菌落 ,接種到新的 TGY固體培養(yǎng)基中 ,反復(fù)多次獲得純培養(yǎng)菌株。,3、耐輻射菌株的篩選,4、結(jié)果,由于放射性實(shí)驗(yàn)區(qū)中土壤長(zhǎng)期受到一定放射性強(qiáng)度的輻射 ,生存在該環(huán)境中的微生物種類(lèi)和數(shù)量較少。本試驗(yàn)從土壤樣品中共分離到12個(gè)單菌落。通過(guò)顯微鏡( 1000)觀察各菌落對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期或穩(wěn)定期細(xì)胞以及菌株在固體培養(yǎng)基上形成的菌落形態(tài) ,初