【摘 要】
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蓝细菌是一种能够利用光能和二氧化碳进行生长的自养型微生物,随着合成生物学技术的发展和应用,蓝细菌作为“光合微生物细胞工厂”日益受到重视,目前已有几十种生物燃料和精细化学品成功在蓝细菌底盘中合成。然而,蓝细菌在天然水圈中的强生命力、高适应性以及容易发生水平基因转移等特性也决定了一旦工程蓝细菌释放到自然环境,可能引发物种入侵、基因污染等一系列生物安全问题。围绕着这些问题,我们以模式蓝细菌聚球藻PCC
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蓝细菌是一种能够利用光能和二氧化碳进行生长的自养型微生物,随着合成生物学技术的发展和应用,蓝细菌作为“光合微生物细胞工厂”日益受到重视,目前已有几十种生物燃料和精细化学品成功在蓝细菌底盘中合成。然而,蓝细菌在天然水圈中的强生命力、高适应性以及容易发生水平基因转移等特性也决定了一旦工程蓝细菌释放到自然环境,可能引发物种入侵、基因污染等一系列生物安全问题。围绕着这些问题,我们以模式蓝细菌聚球藻PCC 7942和快速生长的蓝细菌聚球藻UTEX 2973为对象,进行生物封存策略的研究。为了在蓝细菌中开发一种可自发诱导的生物封存系统,本文开展了如下工作:1、我们选择了六种蓝细菌来源的金属离子诱导型启动子,以gus A作为报告基因,在两种宿主菌中分别测定β-D-葡糖醛酸糖苷酶的活性,鉴定出了一种来源于聚球藻PCC 7942的铁离子抑制启动子Pisi AB,同时具有良好的严谨性和较高的诱导倍数（在聚球藻PCC 7942和聚球藻UTEX 2973中诱导倍数分别为5.4和7.9）。2、我们以Pisi AB为启动子,分别引入了穴蛋白-内溶素系统P22和核酸酶Nuc A系统,通过生长曲线测定证明二者均可对聚球藻的生长产生抑制但不能完全杀死细胞。随后我们测试了4组基于毒素/抗毒素模块（TA）的自杀程序,其中来源于聚球藻PCC 7942的TA组合sep A1/T1在聚球藻UTEX 2973中效果显著,经缺铁诱导后使宿主菌株迅速死亡,而sep A2/T2同时适用于本文两种宿主。3、我们针对这两种生物封存系统进行了细菌逃逸率的测定,发现在3天后逃逸率低于检测限10-9,符合NIH对于生物封存的推荐标准(<10-8/CFU)。此外我们对比了工程菌株及其野生型菌株在自来水中的生长情况,发现野生株能够生长而工程菌未能长出可见的单菌落,证明在聚球藻中整合缺铁诱导型启动子Pisi AB和毒素/抗毒素模块的生物封存策略具备大规模应用的前景,为进一步解决蓝细菌的生物安全问题奠定了基础。
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