深海细菌Marinobacter metalliresistant M25622等11株具有抗重金属铜功能

相关菌株：

Halomonas CuT3-1=MCCC M25617

Halomonas CuT4-2=MCCC M25619

Marinobacter CuT1-2=MCCC M25615

Marinobacter CuT4-1=MCCC M25618

Marinobacter CuT6=MCCC M25622

Pseudoalteromonas CuT3-2=MCCC M25616

Pseudoalteromonas CuT4-3=MCCC M25620

Pseudoalteromonas CuT5=MCCC M25621

Pseudoalteromonas CuT2-2=MCCC M25659

Psychrobacter CuT10=MCCC M25613

Stutzerimonas CuT1-1=MCCC M25614

背景：

深海热液区富含重金属，如铜、锌、铁等，这些重金属对大多数生物具有毒性。耐重金属菌是一类特殊的极端微生物，在热液区的生物地球化学循环中扮演重要角色。对其代谢特性的分析和基因组解析，将有助于进一步了解其在深海热液喷口环境中的适应策略，特别是抵抗重金属的能力，还可用于开发新的生物技术产品，解决环境污染问题。

微生物铜抗性系统涵盖铜外排（cop, pco, cus, cue等基因和其他染色体外排放系统）、铜螯合（cusF和siderophores）以及铜氧化（混合铜氧化酶和超氧化物歧化酶）。CopA被认为是铜抗性的标志基因，主要介导微生物中的铜离子外流反应。CopA分为两组，编码多铜氧化酶和P型ATP酶。此外，Mer家族基因不仅参与增强微生物的汞耐受性，还被认为是赋予铜抗性的基因的调节因子，如MerR。其他多种重金属抗性基因包括钴-锌-镉外排系统（czcABCD）、砷（arsABCR）和阳离子外排遗传系统（cusAB）。

研究成果：

1、生物活性：从深海热液区中分离出的12种高度抗铜细菌（在液体MB培养基中最高抗性6-10 mM），其抗铜浓度和产胞外聚合物情况如下表。培养基中铜的存在明显诱导了盐单胞菌CuT3-1，假交替单胞菌属CuT4-3和耐金属海杆菌CuT6产生的粗细胞外聚合物物质（EPS）中多糖和蛋白质的含量。它们可吸收40 - 50 mg•g-1铜。

表. 高抗重金属铜活性菌株

原始编号	MCCC保藏号	近缘属	最高抗铜 浓度 (mM)	产EPS
CuT3-1	M25617	Halomonas	10	+
CuT4-2	M25619	Halomonas	10	+
CuT1-2	M25615	Marinobacter	6	+
CuT4-1	M25618	Marinobacter	6	+
CuT6	M25622	Marinobacter	8	+
CuT3-2	M25616	Pseudoalteromonas	6	−
CuT4-3	M25620	Pseudoalteromonas	10	+
CuT5	M25621	Pseudoalteromonas	10	+
CuT2-2	M25659	Pseudoalteromonas	9	+
CuT10	M25613	Psychrobacter	7	+
CuT7	−	Sphingomonas	6	+
CuT1-1	M25614	Stutzerimonas	9	+

2、菌株CuT6基因组分析：对菌株CuT6及其海杆菌Marinobacter属模式菌株开展了基因组分析，其中铜抗性相关基因如下图。菌株CuT6独特地编码了copA基因的四个拷贝，包括两个多铜氧化酶和两个ATP酶，以及其基因组中的一个copB基因。它还编码铜抗性蛋白PcoA，该酶为铜抗性诱导表达。这与其高抗性活性一致。CuT6较其它海杆菌表现出更高的铜抗性，并编码了更多的铜抗性相关基因（copAB和pcoA）。此外菌株CuT6还用有至少一个Mer操作子（包括汞还原酶merA），部分离子外排基因系统（cusAB）和钴-锌-镉外排系统（czcAR）。这些外排基因包括copA(ATPases)、copB、cusAB、czcA和MerPT可能在重金属转运能力中扮演关键作用。copA编码的多铜氧化酶和pcoA编码的酶负责铜的氧化。菌株CuT6中还鉴定到一些EPS合成相关基因和基因簇，主要构成为糖基转移酶，形成多糖合成的功能结构。团队推断多金属抗性基因负责重金属的解毒，为这些抗铜细菌的吸收提供主动转运或外排机制以及EPS生物合成作用。这些基因包括抗铜基因 (copABCD和pcoAB)，钴-锌-镉外排系统蛋白(czcABCD)、砷（arsABCR）和阳离子外排遗传系统（cusAB），也包括多糖合成相关蛋白。

图. 基于16S的海杆菌属进化树（右侧为含抗铜能力和相关基因）

3、新物种描述：

细胞可运动，末端圆形杆状菌体，未见内生孢子。生长条件盐度0-15 % (最适3–4%)， pH 5 - 8 (最适7)，温度4 – 45 °C (最适 28°C)。好氧或兼性厌氧。能利用复杂有机物和有机酸，不还原硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐或硝酸盐。基因组G+C含量57.6 mol%。模式菌株CuT6^T（=MCCC M25622^T=KCTC 92387^T）分离自西南印度洋2900米深的热液硫化物样品。

4、讨论：这些热液区菌株表现出的抗铜能力，可能归因于多糖和蛋白质等外聚物质的产生，以及重金属的主动运输或外排机制。

相关论文：Yu T, Qin M, Shao Z, Zhao Y, Zeng X. Isolation of highly copper-resistant bacteria from deep-sea hydrothermal fields and description of a novel species Marinobacter metalliresistant sp. nov, Frontiers in Microbiology, 2024, 15, 1390451 DOI=10.3389/fmicb.2024.1390451.

 

其他相关论文：Ji B, Yu T, Zeng X. Complete genome analysis of copper resistant bacteria Pseudoalteromonas sp. CuT4-3 isolated from a deep-sea hydrothermal vent. Mar Genomics. 2024 Jun;75:101106.

汇编：Li G. & Zhu Z.

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