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基本信息
- 項目名稱：
- 兩株新的對纖維狀蛋白質(zhì)具有水解能力的菌株篩選和鑒定
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 角蛋白和膠原蛋白，是兩種存在于自然界最廣泛、最典型的纖維狀蛋白質(zhì), 也是動物養(yǎng)殖加工業(yè)大量廢料中的主要成分。如果對這些廢棄物加以合理處理，既變廢為寶，又符合低碳環(huán)保的理念。 本研究針對動物皮、骨等動物加工下腳料和廢棄羽毛的資源化利用，對羽毛降解菌和膠原蛋白降解菌進行了篩選與鑒定。
- 詳細(xì)介紹：
- 羽毛含粗蛋白約80%以上,絕大多數(shù)是角蛋白,還含有未知生長因子等。隨養(yǎng)殖和屠宰加工業(yè)的規(guī)模發(fā)展，廢棄羽毛越來越多，但因羽毛結(jié)構(gòu)堅韌、角蛋白結(jié)構(gòu)致密且具不溶性，普通蛋白酶很難降解，不能直接作為飼料蛋白源加以利用。目前生產(chǎn)上主要用高溫高壓、或酸堿處理將其降解后利用，有耗能高和三廢排放問題，因此羽毛的微生物降解利用法受到廣泛關(guān)注。已發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌、黃單胞菌、放線菌和一些菌物能分泌角蛋白酶，但生物降解法目前還存在速度太慢和降解不徹底等難題，角蛋白酶高酶活新基因資源的發(fā)掘?qū)⒂兄谠撾y題的解決。本實驗室在廢棄羽毛的生物降解與利用研究中分離到一株高效降解羽毛角蛋白的氣單胞菌，迄今為止還未見氣單胞菌降解羽毛角蛋白的相關(guān)報道。 Ⅰ型膠原蛋白在哺乳動物的骨骼有機質(zhì)中占80％以上。由于膠原蛋白具有生物可降解性、免疫原性低、來源廣泛等優(yōu)點, 正成為醫(yī)藥、食品和化妝品工業(yè)中的新寵。但膠原蛋白纖維因分子量大且不溶于水而難以被肌體直接吸收利用, 經(jīng)膠原酶部分降解后的水溶性肽段皮膚透性大大增強, 其抗高血壓、保護胃粘膜、抗衰老等生理功能和護膚防皺效果得到顯著增強。生產(chǎn)用膠原酶主要來自微生物, 目前發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)膠原酶細(xì)菌主要是一些假單胞菌和芽孢桿菌。本研究篩選出一株具有Ｉ型膠原蛋白高效降解作用的蘇云金芽孢桿菌, 不僅為膠原酶生產(chǎn)提供了新的菌種資源, 還為胞外膠原酶在蘇云金芽孢桿菌的殺蟲抗菌和抗癌作用中的意義等研究奠定了基礎(chǔ)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- (1)角蛋白酶：現(xiàn)今羽毛（主要含角蛋白）廢棄量越來越大。目前國內(nèi)外對廢棄羽毛的利用主要通過高溫高壓或強酸強堿,耗能且有污染。我們期望獲得產(chǎn)角蛋白酶菌種。 (2)膠原酶：膠原蛋白在美白、人工皮膚領(lǐng)域有好的前景。但膠原蛋白分子量大、不溶于水難以被肌體吸收,經(jīng)膠原酶降解后的肽段皮膚透性大大增強,于是我們希望找到能降解膠原蛋白的菌株。 研究方法都是采用的“分離-初篩-復(fù)篩-生化/分子鑒定”。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- (1)角蛋白酶： 首次報道產(chǎn)高酶活角蛋白酶的氣單胞菌菌株，為研究FD41菌株的安全性、開發(fā)利用價值以及角蛋白酶基因的序列結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系等奠定了基礎(chǔ)；首次提出了“以均一化的菌種接種量為前提的、以相對酶活為評價標(biāo)準(zhǔn)”的菌種篩選鑒定原則。 (2)膠原酶：我們作出了部分改進，將目的菌株對膠原蛋白和明膠的降解能力與其他芽孢桿菌屬菌株做了比較，得出一個相對結(jié)果。這在國內(nèi)的其他研究中都是沒有的。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- (1)FD41菌株的獲得，為角蛋白酶生產(chǎn)提供了新的菌種資源，對于采用低碳技術(shù)進行大量廢棄羽毛的環(huán)境友好型轉(zhuǎn)化利用，具有潛在利用價值。研究表明，氣單胞菌屬菌通過滅活處理后添加于飼料中，可以提高魚類和家禽免疫力和抗病能力的作用。(2)Schenck發(fā)現(xiàn)捕食線蟲的菌物能產(chǎn)生膠原酶，且其能夠幫助菌體穿透宿主體壁。而羅蘭等篩選出了具有殺線蟲活性的蘇云金桿菌。這為蘇云金芽孢桿菌侵染線蟲的機制提供了新的解釋。
學(xué)術(shù)論文摘要
- （1）用微生物降解法對廢棄羽毛加以有效利用,既可變廢為寶又符合低碳環(huán)保的要求,將有助于微生物降解法中降解不徹底和速度慢等難題的解決。以半腐爛羽毛為材料,先后通過羽毛粉和酪蛋白選擇培養(yǎng)基的初篩和復(fù)篩，得到的19個菌株中,FD41的羽毛發(fā)酵液相對酶活最高,達(dá)3.864 U/OD600 。根據(jù)FD41菌株的16S rDNA序列比對、革蘭氏染色和糖發(fā)酵試驗等結(jié)果,FD41鑒定為氣單胞菌屬細(xì)菌,這是首次報道產(chǎn)高酶活角蛋白酶的氣單胞菌菌株。 （2）本研究通過明膠平板分離和以Ⅰ型膠原蛋白為底物的酶活鑒定, 篩選到了降解Ⅰ型膠原蛋白的菌株BC101, 其發(fā)酵液上清的酶活是10個參試菌株平均酶活的3.369倍, 而明膠水解指數(shù)處于參試菌株的最低水平, 顯示BC101分泌的胞外膠原酶對Ⅰ型膠原蛋白具有突出的底物特異性。通過生理生化鑒定、16S rDNA的序列分析以及伴孢晶體染色觀察, BC101菌株鑒定為蘇云金芽孢桿菌。該菌株的發(fā)現(xiàn)不僅為膠原酶生產(chǎn)菌增添了新的菌種資源, 也為進一步研究胞外膠原酶產(chǎn)生能力對蘇云金芽孢桿菌殺蟲、抗菌和抗癌活性以及環(huán)境適應(yīng)性的影響等奠定了基礎(chǔ)。
獲獎情況
- 1、本論文已在《微生物學(xué)通報》2011年38卷第2期第187-194頁發(fā)表。 2、本作品在我校第六批學(xué)生科研創(chuàng)新項目結(jié)題驗收中獲得A等。 3、本作品為四川師范大學(xué)第七屆學(xué)術(shù)科技節(jié)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲獎?wù)撐摹?
鑒定結(jié)果
- 獲得《微生物學(xué)通報》2011年38卷第2期錄用證明。 獲得四川師范大學(xué)第六屆科研創(chuàng)新A等證書。 參與四川師范大學(xué)第七屆學(xué)術(shù)科技節(jié)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽
參考文獻(xiàn)
- 1、利用NCBI搜索引擎的文獻(xiàn)高級搜索工具對“(Aeromonas) /(Bacillus thuringiensis) AND Keratinase[Title/Abstract]/ Collagenase [Title/Abstract]”進行搜索以及中文文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示，到目前為止還未見氣單胞菌產(chǎn)角蛋白酶及蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)膠原酶的報道。 2、本論文已發(fā)表的電子版可在《微生物學(xué)報》官方網(wǎng)站 3、Bijay K. Khajanchi, Amin A.Fadl, Mark A. Borchardt, et al. Distribution of Virulence Factors and Molecular Fingerprinting of Aeromonas Species Isolates from Water and Clinical Samples：Suggestive Evidence of Water-to-Human Transmission. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY,2010,76(26):2313–2325. 4、Wu Q, Li C, Li C, et al. Purification and characterization of a novel collagenase from Bacillus pumilus Col-J.Appl biochem biotechnol, 2010, 160 (1):129-139. 5、Naoki Tsuruoka, Yuri Isono, Osamu Shida, et al. Alicyclobacillus sendaiensis sp. nov., a novel acidophilic, slightly thermophilic species isolated from soil in Sendai, Japan.Int J Syst Evol Microbiol, 2003, 53: 1081-1084. 6、傅偉,阮暉,劉婧,王金玲,陳啟和,何國慶．羽毛的生物降解及其酶學(xué)性質(zhì)的研究．科技通報,2008，24（3）：320-25．
同類課題研究水平概述
- （1）利用NCBI搜索引擎的文獻(xiàn)高級搜索工具( pubmed/advanced)對“(Aeromonas) AND Keratinase[Title/Abstract]”進行搜索以及中文文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示，到目前為止還未見氣單胞菌產(chǎn)角蛋白酶的報道。近年來氣單胞菌功能利用方面的研究取得了一些重要進展,比如對堿性孔雀綠染料的強脫色能力[10]、對銅離子的強吸附性、轉(zhuǎn)化月桂酸為可降解塑料聚3-羥基丁酸-3-羥基己酸酯的功能菌、幾丁質(zhì)酶產(chǎn)生菌等。Liu等(2009)從A.schubertii分離到兩種新的對SDS具有抗性的分泌型幾丁質(zhì)酶。已發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌、黃單胞菌、放線菌和一些菌物能分泌角蛋白酶，但生物降解法目前還存在速度太慢和降解不徹底等難題，角蛋白酶高酶活新基因資源的發(fā)掘?qū)⒂兄谠撾y題的解決。迄今為止還未見氣單胞菌降解羽毛角蛋白的相關(guān)報道。（2）現(xiàn)今的膠原酶產(chǎn)生菌大部分來自于細(xì)菌，已投入工業(yè)使用的有一些梭菌，芽孢桿菌。而芽孢桿菌現(xiàn)已報道的有枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌。未有蘇云金芽孢桿菌的研究。而且目前在國內(nèi)大部分的研究還停留在膠原酶蛋白質(zhì)純化方面，很少有研究膠原酶基因的，對基因的改造研究更是少。已知，蘇云金芽孢桿菌具有殺蟲抗菌特性，但是對其殺蟲機制沒有完全徹底弄清楚?，F(xiàn)在報道的大部分跟幾丁質(zhì)酶和伴孢晶體有關(guān)。至于蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)膠原酶在這方面的研究還沒有人進行。
