近日，我校生物工程学院冯守帅教授课题组在极端微生物资源挖掘与工业生物技术应用领域取得重要进展。研究成果“Transcriptional regulatory factor EpsR mediates adaptation mechanism of extremophile Acidithiobacillus caldus to copper stress environment and performance in bioleaching of low-grade copper ore by enhancing ‘contact’ mechanism” 正式发表于Journal of Hazardous Materials。
极端微生物嗜酸喜温硫化杆菌具有耐受极端酸（pH <0.5）和重金属离子(Cu2+ 10 g/L)等多重抗逆性能，可作为生物资源利用和合成生物学的天然基因资源库。本研究聚焦于来自Acidithiobacillus caldus SM-1的一个新型转录调控因子EpsR（含PilZ结构域）。通过生物信息学分析发现EpsR-SM-1蛋白C末端具有MarR家族典型的DNA结合结构域，N末端则包含一个可能感知第二信使c-di-GMP的典型PilZ结构域。首先通过接合转移技术成功构建了EpsR过表达工程菌株。在3 g/L CuSO₄胁迫下，过表达菌株的最大比生长速率较野生型显著提高了78.0%。透射电镜（TEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）表明，过表达菌株细胞聚集现象明显，生物膜形成能力提升了43.5%，胞外多糖含量增加了180.8%。三维荧光光谱（3D-EEM）和高效液相色谱（HPLC）分析进一步揭示，过表达菌EPS与金属螯合和压力耐受相关的脯氨酸、甘氨酸、组氨酸等游离氨基酸以及腐殖酸类物质含量显著升高。
EpsR过表达菌株在生物资源化利用低品位矿物展现出良好性能，附着菌体数量提升了55.0%，最终生物浸出效率较野生型菌株大幅提高了36.8%。研究证实EpsR可通过强化附着、增强EPS介导的“接触”机制来提升浸出效率。分子机制研究表明，EpsR蛋白能够结合自身启动子，且该结合作用可被Cu²⁺解除，证实其直接感知铜离子信号。定点突变实验表明PilZ结构域中的关键氨基酸位点（S148）同时影响其与c-di-GMP的结合能力和DNA结合活性，揭示了EpsR作为连接Cu²⁺胁迫感知、c-di-GMP信号转导与生物膜形成调控的核心枢纽作用。该研究不仅为认识极端微生物的环境适应策略提供了新见解，也为通过合成生物学手段挖掘利用改造该类极端微生物提供了重要的理论依据和靶点。
生物工程学院22级谢弘光硕士研究生为论文第一作者，冯守帅教授为通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金（32471540, 32371540, 21878128）、国家重点研发计划（2022YFC3401300）、江苏省自然科学基金及江苏省合成生物基础研究中心（BK20233003）等项目的资助。
近年来，冯守帅教授课题组聚焦极端微生物资源挖掘和利用领域开展系统性研究，并取得了一系列原创性研究成果。部分成果发表于Nucleic Acid Research (2025)、Journal of Hazardous Materials（2025）、Biotechnology Advances（2020）、Reviews in Environmental Science and Bio/Technology （2023）、Bioresource Technology（2024, 2022, 2021）、Journal of Environmental Management（2021）、Applied and Environmental Microbiology（2023, 2021）等生物技术/资源化利用领域权威期刊。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139473
研究成果
