光合细菌 Rhodopseudomonas capsulata BG-6 的分离、鉴定、生长特性及其氮素代谢的初步研究

本篇论文报道了从北京市高碑店地区污水中分离获得的一株光合细菌的鉴定过程。报道了对其生长特性，工厂发酵罐大规模生产进行研究的结果，报道了对该菌株氮素营养和氮素代谢特点所做的初步研究的结果。整个工作有利于今后系统研究该菌株的代谢特点和利用该菌株进行实际应用。

复合藻-菌净化系统处理麦秆造纸废液初步研究

在室内模拟条件下,采用正交设计法建立了一种由蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、鱼腥藻7120(Anabaena sp.PCC7120)、硝化细菌(Nitrate bacteria)和荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)组成的复合藻-菌净化系统去除造纸废液中有机质和氨态氮的最优化模型,确定了藻类与细菌的最优化数量配比关系为蛋白核小球藻∶鱼腥藻7120∶硝化细菌∶荚膜红假单胞菌=1∶2.17∶2.83∶5.09.比较了复合藻-菌净化系统最优化模型与单

A recombinant diheme SoxAX cytochrome - Implications for the relationship between EPR signals and modified heme-ligands

The multiheme SoxAX proteins are notable for their unusual heme ligation (His/Cys-persulfide in the SoxA subunit) and the complexity of their EPR spectra. The diheme SoxAX protein from Starkeya novella has been expressed using Rhodobacter capsulatus as a host expression system. rSoxAX was correctly formed in the periplasm of the host and contained heme c in similar amounts as the native SoxAX. ESI-MS showed that the full length rSoxA, in spite of never having undergone catalytic turnover, existed in several forms, with the two major forms having masses of 28 687 +/- 4 and 28 718 +/- 4 Da. The latter form exceeds the expected mass of rSoxA by 31 4 Da, a mass close to that of a sulfur atom and indicating that a fraction of the recombinant protein contains a cysteine persulfide modification. EPR spectra of rSoxAX contained all four heme-dependent EPR signals (LS1a, LS1b, LS2, LS3) found in the native SoxAX proteins isolated from bacteria grown under sulfur chemolithotrophic conditions. Exposure of the recombinant SoxAX to different sulfur compounds lead to changes in the SoxA mass profile as determined by ESI while maintaining a fully oxidized SoxAX visible spectrum. Thiosulfate, the proposed SoxAX substrate, did not cause any mass changes while after exposure to dimethylsulfoxide a + 112 +/- 4 Da form of SoxA became dominant in the mass spectrum. (c) 2005 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Lasers - An effective artificial source of radiation for the cultivation of anoxygenic photosynthetic bacteria

The laser diode (LD) is a unique light source that can efficiently produce all radiant energy within the narrow wavelength range used most effectively by a photosynthetic microorganism. We have investigated the use of a single type of LID for the cultivation of the well-studied anoxygenic photosynthetic bacterium, Rhodobacter capsulatus (Rb. capsulatus). An array of vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) was driven with a current of 25 mA, and delivered radiation at 860 nm with 0.4 nm linewidth. The emitted light was found to be a suitable source of radiant energy for the cultivation of Rb. capsulatus. The dependence of growth rate on incident irradiance was quantified. Despite the unusual nearly monochromatic light source used in these experiments, no significant changes in the pigment composition and in the distribution of bacteriochlorophyll between LHII and LHI-RC were detected in bacterial cells transferred from incandescent light to laser light. We were also able to show that to achieve a given growth rate in a light-limited culture, the VCSEL required only 30% of the electricity needed by an incandescent bulb, which is of great significance for the potential use of laser-devices in biotechnological applications and photobioreactor construction. (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.

Efficient exchange of the primary quinone acceptor QA in isolated reaction centers of Rhodopseudomonas viridis

A key step in the conversion of solar energy into chemical energy by photosynthetic reaction centers (RCs) occurs at the level of the two quinones, QA and QB, where electron transfer couples to proton transfer. A great deal of our understanding of the mechanisms of these coupled reactions relies on the seminal work of Okamura et al. [Okamura, M. Y., Isaacson, R. A., & Feher, G. (1975) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 3491–3495], who were able to extract with detergents the firmly bound ubiquinone QA from the RC of Rhodobacter sphaeroides and reconstitute the site with extraneous quinones. Up to now a comparable protocol was lacking for the RC of Rhodopseudomonas viridis despite the fact that its QA site, which contains 2-methyl-3-nonaprenyl-1,4-naphthoquinone (menaquinone-9), has provided the best x-ray structure available. Fourier transform infrared difference spectroscopy, together with the use of isotopically labeled quinones, can probe the interaction of QA with the RC protein. We establish that a simple incubation procedure of isolated RCs of Rp. viridis with an excess of extraneous quinone allows the menaquinone-9 in the QA site to be almost quantitatively replaced either by vitamin K1, a close analogue of menaquinone-9, or by ubiquinone. To our knowledge, this is the first report of quinone exchange in bacterial photosynthesis. The Fourier transform infrared data on the quinone and semiquinone vibrations show a close similarity in the bonding interactions of vitamin K1 with the protein at the QA site of Rp. viridis and Rb. sphaeroides, whereas for ubiquinone these interactions are significantly different. The results are interpreted in terms of slightly inequivalent quinone–protein interactions by comparison with the crystallographic data available for the QA site of the two RCs.

Photogenerated radical intermediates of vitamin K-1: a time-resolved resonance Raman study

Quinones play a vital role in the process of electron transfer in bacterial photosynthetic reaction centers. It is of interest to investigate the photochemical reactions involving quinones with a view to elucidating the structure-function relationships in the biological processes. Resonance Raman spectra of radical anions and the time-resolved resonance Raman spectra of vitamin K-1 (model compound for Q(A) in Rhodopseudomonas viridis, a bacterial photosynthetic reception center) are presented. The photochemical intermediates of vitamin K-1, viz. radical anion, ketyl radical and o-quinone methide have been identified. The vibrational assignments of all these intermediates are made on the basis of comparison with our earlier TR3 studies on radical anions of naphthoquinone and menaquinone. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Augmentation de la production d'hydrogène par l'expression hétérologue d'hydrogénase et la production d’hydrogène à partir de résidus organiques

La recherche de sources d’énergie fiables ayant un faible coût environnemental est en plein essor. L’hydrogène, étant un transporteur d’énergie propre et simple, pourrait servir comme moyen de transport de l’énergie de l’avenir. Une solution idéale pour les besoins énergétiques implique une production renouvelable de l’hydrogène. Parmi les possibilités pour un tel processus, la production biologique de l’hydrogène, aussi appelée biohydrogène, est une excellente alternative. L’hydrogène est le produit de plusieurs voies métaboliques bactériennes mais le rendement de la conversion de substrat en hydrogène est généralement faible, empêchant ainsi le développement d’un processus pratique de production d’hydrogène. Par exemple, lorsque l’hydrogène est produit par la nitrogénase sous des conditions de photofermentation, chaque molécule d’hydrogène constituée requiert 4 ATP, ce qui rend le processus inefficace. Les bactéries photosynthétiques non sulfureuses ont la capacité de croître sous différentes conditions. Selon des études génomiques, Rhodospirillum rubrum et Rhodopseudomonas palustris possèdent une hydrogénase FeFe qui leur permettrait de produire de l’hydrogène par fermentation anaérobie de manière très efficace. Il existe cependant très peu d’information sur la régulation de la synthèse de cette hydrogénase ainsi que sur les voies de fermentation dont elle fait partie. Une surexpression de cette enzyme permettrait potentiellement d’améliorer le rendement de production d’hydrogène. Cette étude vise à en apprendre davantage sur cette enzyme en tentant la surexpression de cette dernière dans les conditions favorisant la production d’hydrogène. L’utilisation de résidus organiques comme substrat pour la production d’hydrogène sera aussi étudiée.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Singlet oxygen generation in the reaction centers of Rhodobacter sphaeroides

Singlet oxygen ((1)O(2)) generation in the reaction centers (RCs) of Rhodobacter sphaeroides wild type was characterized by luminescent emission in the near infrared region (time resolved transients and emission spectra) and quantified to have quantum yield of 0.03 +/- 0.005. (1)O(2) emission was measured as a function of temperature, ascorbate, urea and potassium ferricyanide concentrations and as a function of incubation time in H(2)O: D(2)O mixtures. (1)O(2) was shown to be affected by the RC dynamics and to originate from the reaction of molecular oxygen with two sources of triplets: photoactive dimer formed by singlet-triplet mixing and bacteriopheophytin formed by direct photoexcitation and intersystem crossing.

Morphological, morphometric, and molecular characterization of Hepatozoon spp. (Apicomplexa, Hepatozoidae) from naturally infected Caudisona durissa terrifica (Serpentes, Viperidae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Hydrogen production and consumption of organic acids by a phototrophic microbial consortium

Alternative fuel sources have been extensively studied. Hydrogen gas has gained attention because its combustion releases only water, and it can be produced by microorganisms using organic acids as substrates. The aim of this study was to enrich a microbial consortium of photosynthetic purple non-sulfur bacteria from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor (UASB) using malate as carbon source. After the enrichment phase, other carbon sources were tested, such as acetate (30 mmol l(-1)), butyrate (17 mmol l(-1)), citrate (11 mmol l(-1)), lactate (23 mmol l(-1)) and malate (14.5 mmol l(-1)). The reactors were incubated at 30 degrees C under constant illumination by 3 fluorescent lamps (81 mu mol m(-2) s(-1)). The cumulative hydrogen production was 7.8, 9.0, 7.9, 5.6 and 13.9 mmol H-2 l(-1) culture for acetate, butyrate, citrate, lactate and malate, respectively. The maximum hydrogen yield was 0.6, 1.4, 0.7, 0.5 and 0.9 mmol H-2 mmol(-1) substrate for acetate, butyrate, citrate, lactate and malate, respectively. The consumption of substrates was 43% for acetate, 37% for butyrate, 100% for citrate, 49% for lactate and 100% for malate. Approximately 26% of the clones obtained from the Phototrophic Hydrogen-Producing Bacterial Consortium (PHPBC) were similar to Rhodobacter, Rhodospirillum and Rhodopseudomonas, which have been widely cited in studies of photobiological hydrogen production. Clones similar to the genus Sulfurospirillum (29% of the total) were also found in the microbial consortium. Copyright (C) 2012, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Microbiota and Microsatellite genotypes of Pacific oysters stemming from three oyster bed in the Northern Wadden Sea

Background: Studies of oyster microbiomes have revealed that a limited number of microbes, including pathogens, can dominate microbial communities in host tissues such as gills and gut. Much of the bacterial diversity however remains underexplored and unexplained, although environmental conditions and host genetics have been implicated. We used 454 next generation 16S rRNA amplicon sequencing of individually tagged PCR reactions to explore the diversity of bacterial communities in gill tissue of the invasive Pacific oyster Crassostrea gigas stemming from genetically differentiated beds under ambient outdoor conditions and after a multifaceted disturbance treatment imposing stress on the host. Results: While the gill associated microbial communities in oysters were dominated by few abundant taxa (i.e. Sphingomonas, Mycoplasma) the distribution of rare bacterial groups correlated to relatedness between the hosts under ambient conditions. Exposing the host to disturbance broke apart this relationship by removing rare phylotypes thereby reducing overall microbial diversity. Shifts in the microbiome composition in response to stress did not result in a net increase in genera known to contain potentially pathogenic strains. Conclusion: The decrease in microbial diversity and the disassociation between population genetic structure of the hosts and their associated microbiome suggest that disturbance (i.e. stress) may play a significant role for the assembly of the natural microbiome. Such community shifts may in turn also feed back on the course of disease and the occurrence of mass mortality events in oyster populations.