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1、文献阅读虞艳云1. Baker MG, Lalonde SV, Konhauser KO, Foght JM. Role of Extracellular Polymeric Substances in the Surface Chemical Reactivity of Hymenobacter aerophilus, a Psychrotolerant Bacterium. Applied and Environmental Microbiology, Jan. 2010, p. 102109Abstract: Bacterial surface layers, such as extra

2、cellular polymeric substances (EPS), are known to play an important role in metal sorption and biomineralization; however, there have been very few studies investigating how environmentally induced changes in EPS production affect the cells surface chemistry and reactivity. Acid base titrations, cad

3、mium adsorption assays, and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) were used to characterize the surface reactivities of Hymenobacter aerophilus cells with intact EPS (WC) or stripped of EPS (SC) and purified EPS alone. Linear programming modeling of titration data showed SC to possess func

4、tional groups corresponding to phosphoryl (pKa6.5), phosphoryl/amine (pKa 7.9), and amine/hydroxyl (pKa9.9). EPS and WC both possess carboxyl groups (pKa5.1 to 5.8) in addition to phosphoryl and amine groups. FT-IR confirmed the presence of polysaccharides and protein in purified EPS that can accoun

5、t for the additional carboxyl groups. An increased ligand density was observed for WC relative to that for SC, leading to an increase in the amount of Cd adsorbed (0.53 to 1.73 mmol/liter per g dry weight and 0.53 to 0.59 mmol/liter per g dry weight, respectively). Overall, the presence of EPS corre

6、sponds to an increase in thenumber and type of functional groups on the surface of H. aerophilus that is reflected by increased metal adsorption relative to that for EPS-free cells.题目：一种耐寒细菌 Hymenobacter aerophilus 的EPS在表面化学活性中的作用细菌的表面层，如胞外聚合物（EPS），在金属吸附和生物矿化上起着重要的作用，然而很少有研究调查环境引起的EPS的变化如何影响细胞的表面化学和

7、反应变化。酸碱滴定法，Cd 吸附曲线，傅里叶变换红外光谱（FT-IR），被用于表征具有完整 EPS 层（WC）和及剥离EPS层（SC）的 Hymenobacter aerophilus 以及纯 EPS 的细胞表面的化学反应。滴定的线性规划模型数据表明 SC 具备相应功能团体磷（PK6.5），磷/胺（PK7.9），胺/羟基（PK9.9）。EPS 和 WC 都具有羧基不具备磷和胺基（PK5.1至5.8）。红外光谱证实了额外的羧基的存在是由于纯化的的 EPS 中多糖和蛋白质的存。WC 相对 SC 配基密度的增加，导致吸附镉的量增加。总体来说，EPS 的存在增加了H. aerophilus 细胞表面相

8、应的官能团的数量和类型，相对无EPS细胞来说增加了金属的吸附。文章内容及亮点：本文主要采用的是一种不常用的细菌，之前大多数细菌研究的是嗜温菌和嗜热菌，很少有研究耐寒菌的，本研究是以耐寒菌 Hymenobacter aerophilus 做为研究对象，实验方案是设置三组，一组是具有完整EPS层的细菌 WC ，一组是剥离EPS层的细菌 SC ，还有一组是纯的EPS。分析表征方法有酸碱滴定，Cd 吸附测定以及傅里叶红外光谱。通过测定分析以研究EPS对细菌表面活性的影响。文章材料与方法部分提到WC、SC以及EPS的提取方法：WC是在2000rpm下离心20min，用0.01M NaNO3清洗3次，上清

9、液透析即可。SC是在20W下超声1min，之后在4下30000rpm离心20min，上清液透析即可。EPS的提取过程：高速离心后上清液通过0.45微米过滤膜过滤，过滤后向其中加入3L的98%的冷乙醇，混合后在4下沉淀一夜，过滤沉淀后在37下干燥，之后溶于蒸馏水中，透析24小时再冷冻干燥。酸碱滴定：酸碱滴定法可以测定质子反应官能团的位点密度和pKa值。具体过程为：将溶液用超纯水进行清洗，清洗过后将10g细胞悬浮液加入到125mL的酸洗锥形瓶中，用0.01M NaNO3定容到30g。用2M HCl将悬浮液酸化至pH为3，滴定,EPS时，将10至20毫克冻干EPS称重并溶解在0.01M硝酸钠溶液中。

10、在滴定之前需用无细胞和EPS的空白溶液进行滴定。使用自动滴定仪用0.01M NaOH（使用之前充氮气以去除其中的CO2）调节滴定的范围从pH=2到pH=11。对这一系统不断的充氮气并在室温下进行磁力搅拌。利用线性规划模型确定位点密度和 pKa。Cd 吸附测定：使用镉细菌悬浮液，通过调整pH测量镉的吸附。洗涤细胞后，取0.2至0.3克（湿重）细胞放置在一个酸洗烧杯，烧杯中融有含 2HNO3的1000 ppm镉溶液，用0.01 M硝酸钠定容至总质量为100g。用硝酸酸化样品至pH为2。用磁力搅拌平衡20min后，测定pH，之后再使用透析膜进行透析。使用NaOH溶液调节pH从2变化到10。用原子吸收

11、分光光度计测样之前将样品保存在4。通过酸碱滴定得到的数据可以分析样品中含有哪些官能团以及pKa的值，从数据中可以得知WC和EPS与SC最大的区别在于SC中不含有羧基。羧基存在于革兰氏阴性菌的LPS和蛋白质中，而在没有EPS的细菌表面的量很少，说明羧基的来源为EPS，后面的FT-IR也说明了这一点。并且通WC和EPS的过剩余电荷比SC多可以知道WC和EPS去质子和吸附质子的能力也会比SC强。这其实也就证明了EPS在其中所起到的作用。文章还是用了两个软件：FITEQL和 MATLAB，通过两种软件的计算和使用进行作图和Cd亲和性常数的计算。最后通过FT-IR测定纯EPS中可能存在的键，从而推出可能

12、含有的物质。2. Yongqin Jiao, Patrik Dhaeseleer, Brian DD, Manesh Shah, Nathan CV, Robert LH, Jillian FB, Michael PT. Identification of Biofilm Matrix-Associated Proteins from an Acid Mine Drainage Microbial Community. Applied and Environmental Microbiology, Aug. 2011, p. 52305237Abstract: In microbial com

13、munities, extracellular polymeric substances (EPS), also called the extracellular matrix, provide the spatial organization and structural stability during biofilm development. One of the major components of EPS is protein, but it is not clear what specific functions these proteins contribute to the

14、extracellular matrix or to microbial physiology. To investigate this in biofilms from an extremely acidic environment, we used shotgun proteomics analyses to identify proteins associated with EPS in biofilms at two developmental stages, designated DS1 and DS2. The proteome composition of the EPS was

15、 significantly different from that of the cell fraction, with more than 80% of the cellular proteins underrepresented or undetectable in EPS. In contrast, predicted periplasmic, outer membrane, and extracellular proteins were overrepresented by 3- to 7-fold in EPS. Also, EPS proteins were more basic

16、 by2 pH units on average and about half the length. When categorized by predicted function, proteins involved in motility, defense, cell envelope, and unknown functions were enriched in EPS. Chaperones, such as histone-like DNA binding protein and cold shock protein, were overrepresented in EPS. Enz

17、ymes, such as protein peptidases, disulfide-isomerases, and those associated with cell wall and polysaccharide metabolism, were also detected. Two of these enzymes, identified as -N-acetylhexosaminidase and cellulase, were confirmed in the EPS fraction by enzymatic activity assays. Compared to the d

18、ifferences between EPS and cellular fractions, the relative differences in the EPS proteomes between DS1 and DS2 were smaller and consistent with expected physiological changes during biofilm development.题目：酸性矿山废水的微生物群落生物膜基质的相关蛋白的鉴定在微生物群落，胞外聚合物（EPS），也称为细胞外基质，为生物膜的发展提供了空间组织和结构的稳定性。EPS的主要成分之一是蛋白质，但目前尚

19、不清楚这些蛋白质对细胞外基质或微生物生理有什么特定的功能，为了研究极端酸性环境中的生物膜，我们使用鸟枪蛋白质组学分析，在两个发展阶段DS1和DS2阶段鉴定在生物膜EPS以及相关蛋白。EPS中蛋白质组成随着细胞的比例显著不同，其中80以上的细胞蛋白质缺额或在EPS中检测不到。而相反，细胞周质，外膜和胞外的蛋白质，比EPS中超额3 - 7倍。EPS中蛋白质的功能包括运输、防御、细胞膜以及其他功能。在EPS中存在着很多如DNA结合蛋白、冷休克蛋白一样的伴侣蛋白。在其中也发现了如蛋白肽，二硫键异构酶，与细胞壁多糖代谢相关的酶。这些酶，被鉴定为-N-乙酰氨基己糖苷酶以及纤维素酶，通过酶活性检测确认其在E

20、PS中的分数比列。相较于EPS和细胞组分之间的的差异，在DS1和DS2不同发展阶段之间EPS蛋白质组分的相对差异比较小，符合生物膜发展过程中的预期生理变化之间的差异。文章内容及亮点：本研究的目的是为了更好的理解在酸性矿山废水（AMD）环境中生长的生物膜的细胞外基质蛋白的功能。本篇文章采用了环境蛋白质组学的方法，鉴定和比较在不同发育阶段两个生物膜的细胞外基质蛋白。之前的研究中发现了一些细菌EPS中的蛋白质有200多种，这些蛋白质起着多种作用，如运输、防御等等。实验部分包括细胞膜和蛋白质的准备（EPS采用离心法）、EPS蛋白质酶活的测定、2D-LC-MS/MS以及蛋白质的鉴定和定量、预测细胞定位并

21、进行数据库的检索。文中使用的蛋白质鉴定方法为二维液相色谱-串联质谱（two-dimensional liquid chrom atography-tandem mass spectrometry,2D-LC-MS/MS），文中列出了在DS1和DS2生长阶段的EPS中鉴定出的前二十名的蛋白质。与一维色谱相比，多维色谱能够提供更高的峰容量，更适合于复杂样品的分离分析。全二维液相色谱将分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱通过一个切换阀耦联在一起，是一种最常用的多维分离模式。与传统的一维液相色谱相比，全二维液相色谱不仅能够提供更高的峰容量，而且具有较高的分辨率和分离能力。随着质谱的发展和液质联用技术的

22、实现，全二维液相色谱串联质谱得以实现。借助于质谱检测的优越性, 结合二维体系的优势，全二维液相色谱串联质谱已成为复杂样品分离分析中一种非常有效的工具。迄今为止，各种不同分离模式耦联的全二维液相色谱体系已经被应用于蛋白质组学研究、聚合物的分离分析和生物分子的分析鉴定等领域。3. Eric S. Taylor, Steven K. Lower. Thickness and Surface Density of Extracellular Polymers on Acidithiobacillus ferrooxidans. Applied and Environmental Microbiolog

23、y, Jan. 2008, p. 309311Abstract：In vivo force microscopy measurements of Acidithiobacillus ferrooxidans revealed a repulsive force that was due to the presence of extracellular polymers on the bacteriums surface. Measured force-distance profiles were fit to steric force theory to estimate the densit

24、y and thickness values of these exopolymers. The polymer densities were 3.4 1016 to 7.1 1016 molecules m-2, and the equilibrium thickness was 29 nm.题目：嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外聚合物的厚度和表面密度在活体显微镜下观测到由于嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外聚合物的存在使得嗜酸氧化亚铁硫杆菌之间呈现出一种排斥力。力 - 距离剖面的测量满足空间位阻力理论并以此来估计这些胞外聚合物的密度和厚度值。聚合物密度分别为3.41016-7.11016分子M-2，和平均厚度为

25、29纳米。文章内容及亮点：EPS分子量及组成的多变性使得很难测量EPS的厚度及密度，作者使用AFM去观察失算氧化亚铁硫杆菌中单个细胞的分子量。通过观察对比空间位阻理论与空间距离剖面可以得出EPS的厚度和表面密度。简单过程：经过4天的培养后，取细胞在10500g下离心并使之沉淀在疏水性的载玻片上，用异硫氰酸荧光素标记刀豆蛋白A，通过荧光显微镜显示了EPS存在于活的细胞上。在pH为2 时 0.1m NaCl 中进行AFM试验测定。在测量之前用3:1的H2SO4溶液和过氧化氢溶液的混合液清洗V型的Si3N4探针。再用蒸馏水重生，在N2流中干燥，测量的数据时用光电二极管将力转化为距离。根据公式：，使用

26、MATLAB拟合后公式为：，通过测量力，根据公式求的密度和厚度，经过分析计算得出嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外聚合物密度为3.41016-7.11016分子M-2，平均厚度为29纳米。4. T. Gehrke, R. Hallmann, K. Kinzler, W. Sand. The EPS of Acidithiobacillus ferrooxidans a model for structure-function relationships of attached bacteria and their physiology. Water Science and Technology, 2001

27、, 43 : 1591167Abstact: To dissolve pyrite or sulphur, leaching bacteria like Acidithiobacillus ferrooxidans attach to these substrata by extracellular polymeric substances (specifically, lipopolysaccharides). The primary attachment to pyrite at pH 2 is mediated by exopolymer-complexed iron(III) ions

28、 in an electrostatic interaction with the negatively charged pyrite surface. Cells grown on sulphur exhibit a different composition of the extracellular lipopolysaccharides, namely with increased hydrophobic properties, and do not attach to pyrite. Thus, the cells adapt the chemical composition of t

29、heir exopolymers to the substrate/substratum. It is concluded that the mechanism of bacterial pyrite oxidation is basically indirect. The actual corrosive agents are iron(III) ions. Preliminary data indicate that active strains complex more iron(III) ions in their EPS than less active ones. Obviousl

30、y, the exopolymeric layer comprises a reaction space for the regeneration of these ions by the activity of the iron oxidising bacteria.题目：嗜酸氧化亚铁硫杆菌的EPS-附着细胞以及他们生理的结构和功能之间关系模型浸出细菌如氧化亚铁硫杆菌，通过附着于这些附着基的胞外聚合物质（具体地说，脂多糖）溶解黄铁矿或含硫矿物。在pH值为2时，附着于黄铁矿主要是通过胞外聚合物络合铁（）离子与带负电荷的黄铁矿表面静电相互作用来调节的。在含硫物质上生长的细胞的外脂多糖成分表现出了

31、不同的性质，如疏水性能增加，不吸附于黄铁矿。因此，细胞通过调整其胞外聚合物的化学成分以适应基板或基质。由此得出结论细菌氧化黄铁矿的机制基本上是间接的。实际的腐蚀剂，是铁（III）离子。数据初步表明，活性菌株的EPS相比不太活跃的菌株的EPS可以结合更多的铁（III）离子。显然，胞外聚合物层为铁氧化细菌对这些离子的再生提供了一个反应空间。文章内容及亮点：本文的研究思路是利用不同基质上（黄铁矿、硫化物、Fe2+）生长的细菌，提取EPS，对EPS或菌液以及含EPS的菌液进行冲洗与洗脱，研究其对固体（黄铁矿、硫）的附着、浸出实验以及细菌在黄铁矿上的吸附位点。研究其对固体的附着是通过计数观察减少的细菌数

32、，溶液中减少的EPS则是通过表征葡萄糖的量来显示。吸附位点的研究则是通过SVET来计算黄铁矿上的吸附位点，并通过AFM观察细菌的吸附情况。结果显示在不同基质上细菌产生的EPS的量不同，在硫化亚铁上产生的EPS的量很少，而在黄铁矿上产生的EPS的量很多。但是两种情况下产生的EPS的组分区别不太。浸出实验采用去除EPS层的细菌吸附于黄铁矿上，随着加入的Fe3+加入，三天后黄铁矿的氧化开始变得明显。不加Fe3+与加入Fe3+对黄铁矿的溶出率不同。后者效果更明显。不同基质上生长的细菌对不同物质的吸附效果不同，如在硫酸亚铁上生长的细菌对黄铁矿的吸附较明显。从AFM图中可以明显看出细菌吸附与黄铁矿表面。由于细菌会根据基质的不同而产生组分不同的EPS，所以他们的吸附过程也必然是不同的。通过对数据的讨论作者认为通过不同途径都可以得出同样的结论即细菌的吸附和浸出的机制都是间接的。5. Anselm Omoike， Jon Chorover. Adsorption to goethite of extracellular polymeric substances from Bacillus subtilis. Geochimica et Cosmochimica Acta 2006, 70:827838Abstract: Extracellular polymeric substa