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史前地球表面的一个特点是高温炎热，因此嗜热性是一种原始生命的特性。生物的一个基本特征是对环境的适应性，微生物作为地球上最早形成的第一类生命体征，对高温的适应能力尤为惊人。可以想象在地球表面温度逐渐降低的过程中会出现各种各样的嗜温细菌，嗜热细菌则可能是嗜温细菌适应高温环境的产物。鉴于嗜热菌在基因工程、蛋白质工程、发酵工程及矿产资源的开发利用上均有很大的应用价值和开发前景，近些年来国内外科研人员都对嗜热菌的研究展示了极大兴趣。本论文从太平洋深海热液区和厦门近海温泉分离到50株嗜热菌，进一步对它们的产脂肪酶能力进行了筛选，其中TW-1产脂肪酶能力最强。在16S rDNA鉴定的基础上，TW-1归属为Gebacillus sp．。随后，对TW-1菌的脂肪酶基因进行了克隆及在Escherichia coli中的表达。结果表明，该酶基因长1254bp，编码417个氨基酸。重组脂肪酶的最适反应温度在40℃左右，在90℃时约有10％酶活。重组脂肪酶的最适pH值在7-8，在pH6．0-9．0范围内保留80-100％的活性。该酶在1mM的变性剂（EDTA，2-ME，SDS，PMSF或DTT）和0．1％的去污剂（Tween 20，Chaps或Triton X-100）作用下，EDTA、2-ME、SDS可以抑制大约18-30％的重组脂肪酶及粗酶活性，DTT和PMSF对酶活基本无影响。0．1％Tween 20、Chaps和的TritonX-100对粗酶酶活几乎无什么影响，而对重组脂肪酶的酶活有5-10％的抑制。在1mM或5mM的Ca2+，Mg2+，Zn2+，1 mM的Fe2+and Fe3+作用下，酶活均增强到了103-283％，1 mM的LiCl，CuCl2或MnCl2对酶活有轻微的抑制，5 mM的CuCl2或MnCl2作用下完全测不到酶活。Fe2+，Fe3+形成沉淀，无法测定脂肪酶活性。本研究提供了一种快速、有效、大量获取高温脂肪酶的方法，在工业上具有广泛应用前景。为了探索嗜热菌的热适应性机理，本文以近海温泉分离获得的Thermusthermophilus WL为材料，采用蛋白质组学进行研究。根据已测序T.thermophilus的基因组序列，建立其开放阅读框（ORF）数据库。通过不同温度下全菌蛋白的SDS-PAGE及Tricine-SDS-PAGE电泳发现，图谱以最适生长温度（70℃左右）为分界线呈两种带型，低于最适生长温度为一种带型，等于或高于生长温度为另一种带型。将其中11条差异明显的条带进行质谱鉴定，在ORF数据库比对后获得相应的基因。为了寻找更多与热适应性相关的蛋白，进一步采用双向电泳对55℃和75℃两个温度下的全菌蛋白样品进行分析，将75℃条件下蛋白表达量明显上调的10个点进行质谱鉴定。通过蛋白质组学分析，共有17种蛋白在高温下上调表达。对差异表达蛋白相应的基因进行标记，采用Northern blot检测基因转录量，结果17种基因均明显上调表达，与蛋白电泳图谱结果一致。对高温差异表达的超氧化物岐化酶、延胡索酸水化酶、转录与释放因子基因进行重组表达及抗体制备后，利用Western blot进行验证，结果可检测到3种基因的表达产物。Northernblot和Western blot分析证实了蛋白质组学的分析结果。从17个基因中选择SOD进行基因功能研究，利用基因插入失活手段将耐高温的卡那霉素编码基因插入SOD基因中间，构建SOD突变株。通过含卡那霉素平板在65℃下筛选突变株，获得SOD基因失活的突变株。提取突变株基因组DNA，经PCR检测正确后，PCR产物进行测序分析，结果表明构建的突变株正确。标记卡那霉素编码基因，对突变株进行Northern blot，结果发现卡那霉素基因有转录产物；以SOD特异的抗体进行Western blot分析，结果SOD突变株中检测不到SOD。在上述试验证实SOD突变株正确的前提下，测定突变株的生长曲线。结果显示，突变株与野生型菌株相比，最适生长温度下降，最高生长温度也下降了5℃，从80℃下降到75℃。为了证明温度下降与SOD缺失有关，向培养基中添加不同浓度的重组SOD，发现在接种12小时左右后，突变菌株在80℃下恢复生长。这些结果说明，SOD与嗜热菌的热适应性有关。蛋白质组学研究表明17种蛋白与嗜热菌的热适应性有关，为了了解这些蛋白通过何种途径参与热适应性，本文选用SOD进一步进行蛋白质互作研究。采用免疫共沉淀技术，从T.thermophilus WL中获得与其结合的蛋白，经质谱鉴定为2-酮异戊酸脱氢酶亚基。2-酮异戊酸脱氢酶基因重组表达，纯化重组蛋白制备抗体，Western blot结果表明，与SOD结合的蛋白是2-酮异戊酸脱氢酶。利用细菌双杂交系统，将SOD和2-酮异戊酸脱氢酶相应的基因克隆在质粒中，随后共转化，通过选择性培养基进行筛选。结果显示，SOD和2-酮异戊酸脱氢酶存在相互作用。将2-酮异戊酸脱氢酶亚基进行分段克隆，以寻找特异的作用区域，结果表明，它只在整个分子水平发生相互作用。上述结果表明，SOD通过能量代谢途径采用嗜热菌的热适应反应。通过以上的研究发现，参与嗜热菌热适应的蛋白主要是能量代谢相关蛋白、染色体稳定性相关蛋白、热稳定蛋白、SOD等，本论文的结果为嗜热菌的热适应机理研究打下了良好的基础。