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基因强化(Gene2augmentation)技术即向受污染系统中引入具有编码特殊降解功能的可移动基因片断(Mobile genetic elements, MGES) ,并通过基因片断在微生物细胞间的水平转移和扩散,使受污染系统中固有菌群获得特殊降解功能,从而促进对目标污染物的降解[ 1 ] 。基因强化技术是生物强化(Bio2augmentation)方法之一,其优点在于: ①在基因强化过程中,供体细胞只是作为基因载体,故对供体细胞的环境适应和存活能力的要求比较低; ②基因强化过程是以固有菌群为基因受体,因固有菌群本身具备良好的环境适应和生存能力,故其数量和活性易在系统中保持。在对污染环境进行生物强化修复的研究中,探索基因强化对难降解污染物的去除机制和调控方法,已成为该领域的研究方向之一[ 2 ] 。
1 基因强化技术的基本原理
微生物细胞间基因水平转移的基本步骤为:首先,需要一种方式使得供体DNA被传递至受体细胞中;其次,获得的DNA序列必须能整合入受体基因组中或形成自我复制的染色体外单元;第三,获得的基因能够表达其功能,并对受体菌有益。基因水平转移作用的发生可通过直接吸收裸DNA进行转化,或借助噬菌体的作用发生转导,或通过细胞之间的物理接触交换基因物质(如质粒和接合转座子)而发生接合。其中质粒接合作用要比DNA转化和噬菌体转导更为普遍。质粒的水平转移主要存在以下三种情况[ 3 ] : ①供体细胞同时具有可移动和接合性质粒,它们可单独或同时转移到受体细胞中(Biopa2rentalmating,二亲本杂交) ; ②接合性质粒从一种微生物细胞转移到第二种微生物细胞时,会促使第二种微生物细胞内的非接合性质粒运动并转移到受体细胞中( Triparentalmating, 三亲本杂交) ; ③供体细胞中的接合性质粒转移到受体细胞时,会启动受体细胞内已经存在的非接合性质粒,使之向回转移到供体细胞中(Retro - transfer, 向回转移) 。 |
