[发明专利]一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株及构建方法及应用

说明书

本发明公开了一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株及构建方法及应用，一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株的构建方法包括：(1)将编码抑制细胞分裂蛋白的基因sulA连接在载体PHG12‑Lacuv5上，得到PHG12‑Lacuv5‑sulA；(2)将载体PHG13‑tet‑ribABCDE导入希瓦氏菌MR‑1中，得到菌株MR‑1/Ptet5；(3)将PHG12‑Lacuv5‑sulA导入希瓦氏菌MR‑1/Ptet5中，得到促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株；本发明所构建的促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株，在IPTG诱导下，厌氧发酵不仅促进了生物膜的形成，还提高了EET能力。

技术领域

本发明属于希瓦氏菌胞外电子转移的研究领域。具体地涉及一种可以促进生物膜形成并提高胞外电子转移能力的菌株及构建方法及应用

背景技术

Shewanella oneidensis MR-1是一株重要的模式菌株，具有金属还原能力，能够在固体物质表面形成生物膜，实现微生物和胞外环境如电极之间的胞外电子传递，在环境修复、纳米材料的生物合成和生物发电等方面有着巨大的应用前景。这种生物膜具有电化学活性，可直接与胞外固态物质(腐殖质、金属氧化物或电极等)进行电子交流，既可将微生物消耗有机碳化合物产生的电子传递到电极表面，也能从周围环境中获得能量用于维持自身的生长。正是由于生物膜的这些特性，目前与生物膜相关研究已经被广泛关注。

电活性生物膜的形成过程可以分为四个阶段：阶段一涉及细胞与电极表面的可逆附着。即电极附近微环境的离子强度，渗透压，pH和营养条件等均不同于液体环境，浮游的细菌细胞识别出将要附着的电极表面并启动附着过程。首先细菌细胞表面会表现出理化性质的改变；随后，细菌细胞的鞭毛和菌毛先后进行附着，鞭毛和菌毛不仅增强与电极表面的粘附，同时起信号传递作用，促进胞内第二信使的产生，使细菌胞内对这种粘附做出响应；在起始附着阶段后期，基于酸碱作用力、范德华力、静电力等作用下，菌体在接触电极表面后引起细胞膜形变，最终完成与电极表面的可逆附着。在生物膜形成的第二阶段，在群体感应信号分子的表达和细胞外聚合物的形成介导下，细菌细胞不可逆地附着在基质表面。第三阶段涉及形成具有三维结构的成熟生物膜，该生物膜包含堆积成簇的细胞，簇之间具有通道，允许水和养分的运输以及代谢废物的排出。在阶段四，细菌细胞生物膜逐渐分离和分散，并开启新的生物膜形成。分散的细胞在形态上更类似于浮游细胞，并非成熟的生物膜细胞，浮游细胞对于再次发展成新的生物膜至关重要。

在自然条件下的电活性生物膜往往表现出厚度薄、生物量少以及结构不稳定等缺点，进而导致胞外电子传递效率低下。生物膜工程改造可以用来克服与电活性生物膜性能相关的限制。例如，控制生物膜厚度、维持pH值和营养物质在生物膜基质内的均匀分布，以维持细胞的生理状态和生物膜内的电梯度。近年来，对改善电极生物膜的成分、电子传递效率和厚度等进行了研究。如通过在S.oneidensis MR-1中过表达来自大肠杆菌的c-di-GMP生物合成基因ydeH，增强了胞内第二信使c-di-GMP的表达，进而促进了生物膜的形成和胞外电子传递，此外，也有一些研究表明，通过敲除一些调控希瓦氏菌细胞表面多糖和eDNA合成的基因可以提高其生物膜的形成，但是对于生物膜厚度和胞外电子传递效率改善仍然不是很理想。然而生物膜上菌体形态对生物膜形成影响从未被研究。目前通过调控菌体形态，更多的报道是改善生物基化学品合成方面，用于改善生物膜形成还未有报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株。

本发明的第二个目的是提供一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株的构建方法。

本发明的第三个目的是提供一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株促进生物膜形成的应用。

本发明的第四个目的是提供另一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株。

本发明的第五个目的是提供另一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株的构建方法。

本发明的第六个目的是提供另一种促进生物膜形成的希瓦氏菌菌株促进生物膜形成的应用。