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基因強化(Gene2augmentation)技術即向受污染系統中引入具有編碼特殊降解功能的可移動基因片斷(Mobile genetic elements, MGES) ,并通過基因片斷在微生物細胞間的水平轉移和擴散,使受污染系統中固有菌群獲得特殊降解功能,從而促進對目標污染物的降解[ 1 ] 。基因強化技術是生物強化(Bio2augmentation)方法之一,其優點在于: ①在基因強化過程中,供體細胞只是作為基因載體,故對供體細胞的環境適應和存活能力的要求比較低; ②基因強化過程是以固有菌群為基因受體,因固有菌群本身具備良好的環境適應和生存能力,故其數量和活性易在系統中保持。在對污染環境進行生物強化修復的研究中,探索基因強化對難降解污染物的去除機制和調控方法,已成為該領域的研究方向之一[ 2 ] 。
1 基因強化技術的基本原理
微生物細胞間基因水平轉移的基本步驟為:首先,需要一種方式使得供體DNA被傳遞至受體細胞中;其次,獲得的DNA序列必須能整合入受體基因組中或形成自我復制的染色體外單元;第三,獲得的基因能夠表達其功能,并對受體菌有益。基因水平轉移作用的發生可通過直接吸收裸DNA進行轉化,或借助噬菌體的作用發生轉導,或通過細胞之間的物理接觸交換基因物質(如質粒和接合轉座子)而發生接合。其中質粒接合作用要比DNA轉化和噬菌體轉導更為普遍。質粒的水平轉移主要存在以下三種情況[ 3 ] : ①供體細胞同時具有可移動和接合性質粒,它們可單獨或同時轉移到受體細胞中(Biopa2rentalmating,二親本雜交) ; ②接合性質粒從一種微生物細胞轉移到第二種微生物細胞時,會促使第二種微生物細胞內的非接合性質粒運動并轉移到受體細胞中( Triparentalmating, 三親本雜交) ; ③供體細胞中的接合性質粒轉移到受體細胞時,會啟動受體細胞內已經存在的非接合性質粒,使之向回轉移到供體細胞中(Retro - transfer, 向回轉移) 。 |
