”吃“砒霜微生物.pptVIP

“吃”砒霜的微生物 ——揭露微生物的砷代谢 砒霜之所以有剧毒，就是因为其中含有剧毒的类金属砷（As）。 砷在自然界中广泛存在，主要在地壳中以三价（Ⅲ）和五价（Ⅴ）的形式存在。其中三价的毒性高于五价的毒性。 近年，由于大量矿业开采等人为因素，造成了全世界近70个国家地下水砷超标，而亚洲是砷污染最严重的地区。 然而，如此剧毒的物质，却能被某些神奇的微生物利用。 早在1994 年，科学家就发现了一些特殊的微生物能够利用砷来生长，而且有些微生物把砷当做必须的粮食，不“吃”砒霜便不能生存。 随着科学研究的进展，人们对这些微生物的探索取得了不少的成绩。2010年12月，Science杂志上刊登的细菌可以用砷代替磷进行生长的文章轰动了全球。美国科学家从加利福尼亚的莫诺湖分离出了一株盐单胞菌GFAJ-1，可以在含砷（As）不加磷（P）的培养基上生长。这一发现，对人类认识生命体做出了重大贡献。 下面将具体介绍微生物的各种砷代谢机制： 一、化能无机自养As(Ⅲ) 氧化供能 化能无机自养型能够在有氧或厌氧的条件下利用无机态As(Ⅲ) 为电子供体O2或 NO3ˉ为电子受体，固定CO2作为碳源，提供能量。 其模式菌株是根瘤菌NT-26和MLHE-1 二、有机异养型As(Ⅲ)氧化供能 大多数As氧化菌不能利用氧化As(Ⅲ)的能量支持其生长，普遍认为这类As(Ⅲ)氧化是微生物的解毒机制，但研究者发现As(Ⅲ)氧化菌Herminiimonas arsenicoxydans可以利用As(Ⅲ)氧化的能量驱动鞭毛的运动，这便是首次报道的有机异养As(Ⅲ)氧化供能菌。 三、呼吸性As(Ⅴ)还原供能 细菌或古菌在厌氧的条件下，以无机物 (OHˉ，S2ˉ) 或有机物( 醋酸盐，甲酸盐，延胡索酸，葡萄糖，甲苯等) 作为电子供体，以无机As(Ⅴ) 作为电子受体进行异化还原作用，产生能量支持微生物的生长。 代表菌为希瓦氏菌( Shewanella sp. ANA-3) 四、As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用 剧毒的As(Ⅲ) 可以在一些微生物里像H2O 一样作为电子供体进行光合作用。 代表菌株是砷氧化光合自养细菌PHS-1和属于γ-Proteobacteria 的光合细菌外红硫螺菌 五、As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长 研究者发现GFAJ-1 (Halomonadaceae)（分离自美国加利福尼亚莫诺湖）可以在+ As(Ⅴ) /-P 的培养基内稳定生长，并伴随有细胞形态的改变。而且探测到砷分布于细胞内的重要生物分子DNA、蛋白质和脂类中，特别是在DNA 。 因此研究者推断，砷能类似于磷的存在形式维持细菌生长。 六、微生物对砷的甲基化作用 很多厌氧和好氧的细菌以及真菌都可以进行砷的甲基化作用，其产物或毒性减小，或具有挥发性，可以将砷带离污染的环境，因此微生物对砷的甲基化作用不仅被认为是生物体去除砷毒的适应性过程还被认为是理想的砷污染的生物修复途径。 砷能代替磷而维持生命的报道令人耳目一新，“砷基生命”的出现使得生命组成形式变的更加多样化，但是这项研究中还有一些问题需要进一步论证。 对微生物砷代谢机制的研究发现，微生物的砷甲基化和微生物对砷的氧化作用都可以将As（Ⅲ）转化为毒性较低的有机砷或As（Ⅴ）. 如何利用微生物对砷污染环境进行修复已成为国内外关注的焦点. 微生物参与全球砷循环 微生物砷代谢的研究不仅使生命的多样性得到了极大的丰富，更重要的是对利用微生物对砷污染环境进行修复有重要意义。 相信在不久的将来，“吃”砷的微生物必将成为人类生活中极其重要的角色。 在进行各项学习和研究的同时，我们也不得不感叹微生物的神奇！ * * * * 砒 霜 砒霜(As2O3)以其剧毒而闻名，至古就被用作杀人凶器。 右图是研究人员拍摄的正常生长的微生物和靠砷生长的微生物的对照图片 近年来，关于微生物利用砷产能的研究进展很快，迄今为止，共发现了6 类微生物砷代谢机制: 1）微生物的As(Ⅲ) 氧化 2）细胞质As(Ⅴ) 还原 3）呼吸性As(Ⅴ) 还原 4）As(Ⅲ) 甲基化 5）As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用 6）As(Ⅴ) 代替磷维持微生物生长 砷的全球循环 * *