耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用技术

本发明专利技术公开了耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用，构建：构建载体pJA2

【技术实现步骤摘要】
耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用


[0001]本专利技术属于工业微生物领域，具体涉及耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌及构建方法与应用。

技术介绍

[0002]重金属是密度相对较高且在低浓度下具有毒性的金属化学元素。尽管重金属是地球的自然组成部分，但由于快速的工业化和城市化，重金属对环境造成了严重污染。近年来，释放到土壤或水圈中的镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、汞(Hg)、铬(Cr)等化学物质，引起了越来越多的生态和全球公共卫生问题。例如，一些诸如铜、锌和镁的重金属，虽然是人体必需的微量元素，但它们的过度积累也造成严重损害。此外，其他重金属，特别是汞和铅，将导致严重的并发症，包括腹痛、血性腹泻和肾衰竭。因此，制定高效、低成本的重金属污染治理策略至关重要。
[0003]传统的重金属化学和物理处理方法通常成本高昂且效果较差。通过细菌、微藻和酵母等微生物进行经济环保的生物修复，已成为一种有希望的策略。其中，蓝藻是唯一进行产氧光合作用的原核生物，约占地球总固碳量的25％。除了作为主要生产者的传统角色外，蓝藻模型如集胞藻PCC 6803已被设计为“光驱动电池工厂”，直接从二氧化碳中生产几十种可再生燃料和化学品。更重要的是，蓝藻由于其丰富的重金属结合位点和结合亲和力，具有一定的生物修复潜力。例如，生物量为2.8g/L的发菜在15
‑
30分钟内对铅和镉(80μg/mL)的去除效率分别达到85％和79％。此外，海洋蓝藻Ccy0110释放的多糖被用作重金属的生物吸附剂，对Cu
2+
、Cd
2+
和Pb
2+
的吸附效率分别约为18.4、23.5和16.5mg/g。然而，大多数重金属即使在低浓度下也对蓝藻有毒，这反过来限制了它们的生物修复能力。例如，虽然集胞藻PCC 7806对10mg/L Cr
3+
溶液的吸附效率达到约75.4％，但由于生长明显受阻，在20mg/L的Cr
3+
浓度下吸附效率显著降低。此外，Toth等人证明，Cd
2+
对集胞藻PCC6803的毒性作用涉及快速抑制CO2依赖性电子传输，随后抑制PS II电子传输和反应中心蛋白D1的降解。因此，亟需一种耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌的构建方法。
[0006]本专利技术的第三个目的是提供耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌在重金属生物处理中的应用。
[0007]本专利技术的技术方案概述如下：
[0008]耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌的构建方法，包括如下步
骤：
[0009](1)构建载体pJA2
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P
tho
‑
PCS
‑
P
tho
‑
MT：
[0010]将pJA2
‑
SPE
‑
P
tho
‑
T
rbcl
质粒骨架与编码植物螯合蛋白合成酶的基因pcs通过重组连接组装成载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS；
[0011]将pJA2
‑
SPE
‑
P
tho
‑
T
rbcl
质粒骨架与编码金属硫蛋白的基因mt连接组装成载体pJA2
‑
P
tho
‑
MT；
[0012]以pJA2
‑
P
tho
‑
PCS为模板，以SEQ ID NO.10和SEQ ID NO.11所示核苷酸序列为上、下游引物，反向PCR扩增得到pJA2
‑
P
tho
‑
PCS质粒骨架；
[0013]以pJA2
‑
P
tho
‑
MT为模板，以SEQ ID NO.12和SEQ ID NO.13所示核苷酸序列为上、下游引物，PCR扩增得到P
tho
‑
MT
‑
T
rbcl
片段；
[0014]将pJA2
‑
P
tho
‑
PCS质粒骨架与P
tho
‑
MT
‑
T
rbcl
片段通过重组连接，得到载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS
‑
P
tho
–
MT；
[0015]所述pJA2
‑
SPE
‑
P
tho
‑
T
rbcl
质粒骨架的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；
[0016]所述基因pcs的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；
[0017]所述基因mt的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示；
[0018](2)通过自然转化，将步骤(1)获得的载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS
‑
P
tho
‑
MT转入集胞藻中，获得耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。
[0019]上述方法构建的耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌。
[0020]上述耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌在重金属生物处理中的应用。本专利技术的优点：
[0021]本专利技术的耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌对Cd
2+
、Cu
2+
和Zn
2+
等的耐受均有所提高，且在15μM Cd
2+
处理两天后，集胞藻基因工程菌的干重、Fv/Fm、叶绿素a、类胡萝卜素都高于对照菌株；另外，上述集胞藻基因工程菌的活细胞和细胞冻干粉均对300μM Cd
2+
有较好的处理能力；由Cd
2+
、Cu
2+
和Zn
2+
组成的废水样品经上述集胞藻基因工程菌处理后能够培养正常的PCC 6803菌株。
附图说明
[0022]图1为载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS
‑
P
tho
‑
MT示意图。
[0023]图2为耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌(简称工程菌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.耐受重金属且具有重金属处理能力的集胞藻基因工程菌的构建方法，其特征是包括如下步骤：(1)构建载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS
‑
P
tho
‑
MT：将pJA2
‑
SPE
‑
P
tho
‑
T
rbcl
质粒骨架与编码植物螯合蛋白合成酶的基因pcs通过重组连接组装成载体pJA2
‑
P
tho
‑
PCS；将pJA2
‑
SPE
‑
P
tho
‑
T
rbcl
质粒骨架与编码金属硫蛋白的基因mt连接组装成载体pJA2
‑
P
tho
‑
MT；以pJA2
‑
P
tho
‑
PCS为模板，以SEQ ID NO.10和SEQ ID NO.11所示核苷酸序列为上、下游引物，反向PCR扩增得到pJA2
‑
P
tho
‑
PCS质粒骨架；以pJA2
‑
P
tho
‑
MT为模板，以SEQ ID NO.12和SEQ ID NO.13所示核苷酸序...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙韬，霍怀舒，陈磊，解亚茹，张卫文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：