发光细菌应用分类和发光基因特性

发光细菌应用分类和发光基因特性
环境监测
发光细菌由于其独特的生理特性，在环境监测中被作为测定环境中毒物的指标。发光细菌在正常的生理条件下能发出波长在450～490nm 的蓝绿色可见光，在一定的试验条件下发光强度是恒定的。与外来受试物接触后，由于毒物具有抑制发光的作用，发光细菌的发光强度即有所改变，变化的程度与受试物的浓度在一定范围内呈相关关系，同时与该物质的毒性大小有关。外来受试物主要通过下面两个途径抑制细菌发光：① 直接抑制参与发光反应的酶类活性；②抑制细胞内与发光反应有关的代谢过程。凡能够干扰或破坏发光细菌呼吸、生长、新陈代谢等生理过程的任何有毒物质都可以根据发光强度的变化来测定。利用发光细菌来检测有毒物质，由于有毒物质仅干扰发光细菌的发光系统，发光强度的变化可以用发光光度计测出，费时较少且灵敏度高，操作简便，结果准确，所以利用发光细菌的发光强度作为指标来监测有毒物质，在国内外越来越受到重视，在环境监测中的应用也越来越广泛。
生物传感器
利用发光细菌制作生物传感器，是人们研究的热点之一。发光细菌的发光强度与某些污染物的浓度呈较好的线性关系，能够稳定、灵敏、快速地反映环境中污染物的浓度变化，因此，利用发光细菌制备识别元件，成为国内外传感器研究和发展的热点。它具有应用范围广，灵敏度高，相关性好，反应速度快等优点，发光细菌毒性测试（Luminescent bacteria toxicitytest，L．B．T．）技术在世界范围内迅速推广。细菌能够稳定、高效、持续发光是其被用做生物敏感材料来制备识别元件的基础，因此筛选优良的菌种是传感器制作的关键之一。海洋发光细菌是海洋环境中的正常微生物，从海洋环境中分离优良的发光细菌菌株是可行的。
基因组成
发光基因（lux gene）系统中包括结构基因luxC，D，A，B，E 和调节基因luxI和luxR 等。从不同发光细菌中分离得到的发光基因其种类和数量有所差异，例如luxF仅发现于明亮发光杆菌，但以上五个结构基因luxC，D，A，B，E 是普遍存在于已知的所有发光细菌中的。编码菌荧光素酶的基因是luxA 和luxB，在lux操纵子中，luxA 和luxB 是紧密相连的。以哈维氏弧菌（Vibrio harveyi）为例，其luxA 基因中含有1065bp，编码的α亚基是355个氨基酸的多肽，分子量为40kD；luxB基因中含有972bp，编码的β亚基是有324个氨基酸的多肽，分子量为36kD。由α、β两亚基组成的荧光酶的分子量为76 kD。编码脂肪酸还原酶(多肽转移酶和还原酶）的luxC和luxD位于luxA、luxB基因的上游一侧，编码合成酶的luxE基因位于luxA，luxB基因的下游一侧。luxC 含有1431bp，编码的蛋白质含有477个氨基酸，分子量为55 kD；luxD 编码的蛋白质分子量为33 kD；luxE编码的蛋白质分子量为42 kD。在明亮发光杆菌中还发现有luxF基因，它通常位于luxB和luxE之间，其编码的蛋白质分子量为26 kD 左右，但lux F基因在弧菌属和异短杆菌属中的发光基因系统中尚未被发现。在以上所有菌株的操纵子中，这些基因的顺序都相同，均为lux CDAB(F)E。
发光基因特性
发光细菌所含的发光基因（lux gene）表达的直接结果是产生生物发光，非常直观而且易于检测，因而被广泛应用于基因操作，作为标记（marker）基因和报告（reporter）基因来研究基因的转导、表达和调控。另外，通过基因工程而产生的很多基因工程发光细菌的研究和应用也很有价值。完整的发光基因系统已经被成功地转入其他细胞中，如原核细胞、真核细胞和哺乳动物细胞。lux基因可以作为一个很好的标记基因重组在质粒载体或其他载体上。若将发光基因系统中的结构基因放在一个被试的启动子的下游，一并插入载体DNA中进行转导实验，可通过宿主细胞是否发光确定转导是否成功，并通过宿主细胞的发光强度的高低来确定发光基因的转录表达水平和结构基因上游的启动子的活性大小。另外，还可以用发光基因来研究终止子（terminator）的活性大小，以及研究其他细胞内的某些基因的表达与调控的规律。利用含有lux系统的具有感染力的载体（噬菌体）在感染宿主细胞时能产生生物发光的现象，可以研究其感染的过程和机理。

原创作者：上海一研生物科技有限公司