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硫酸盐还原菌(SRB)引发的微生物腐蚀(MIC)和硫化(MIS)严重影响工业生产。研究人员开展了针对 SRB 的噬菌体研究,分离出噬菌体 SRB7757。它能有效抑制硫化物产生和金属腐蚀。这为控制 MIC 和 MIS 提供了新策略。
在工业领域,硫酸盐还原菌(SRB)就像隐藏在暗处的 “破坏分子”,给石油开采、废水处理等行业带来诸多麻烦。SRB 在厌氧或部分缺氧条件下,会将硫酸盐、亚硫酸盐或硫代硫酸盐还原为硫化物,这一过程不仅会引发微生物腐蚀(MIC),让金属管道、设备 “千疮百孔”,还会导致硫化(MIS)现象,产生的硫化物毒性强,威胁着工作人员的生命安全。
当前,常用的化学消毒剂虽然使用方便,但对 SRB 的抑制效果不佳。SRB 形成的生物膜对消毒剂的抵抗力比浮游菌强 1000 倍,腐蚀能力更是浮游菌的 100 倍。而且,大量使用化学消毒剂还会催生耐药菌,破坏生态环境。为了解决这些难题,西北大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们从污水中分离出一种新型裂解噬菌体 SRB7757,并对其进行全面研究,相关成果发表在《BMC Microbiology》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在噬菌体的分离与鉴定方面,运用标准噬菌体富集技术从污水中提取噬菌体,并通过透射电子显微镜(TEM)观察其形态。在评估噬菌体特性时,使用模拟腐蚀模型检测其防腐效果,利用一步生长曲线测定其潜伏期和裂解量,借助基因组测序与生物信息学分析探究其基因组特征 。
在噬菌体形态和宿主范围研究中,研究人员发现,SRB7757 在双层琼脂上能形成微小清晰的噬菌斑,经 TEM 观察,它属于 Chaseviridae 家族,有二十面体头部和长非收缩性尾部。通过斑点试验发现,其宿主范围较窄,仅对脱硫弧菌(Desulfovibrio vulgaris)有裂解作用。
模拟腐蚀实验结果令人惊喜。对照组的碳钢表面在仅接触腐蚀介质时,有许多松散堆积物;加入 SRB 后,出现大量微生物聚集体和球形代谢物。而加入噬菌体 SRB7757 的实验组,碳钢表面只有少量球形聚集体和微小腐蚀坑,这表明 SRB7757 能有效抑制 SRB 繁殖,保护金属表面,是极具潜力的抗腐蚀生物制剂。
研究人员对噬菌体 SRB7757 的生物学特性进行了深入研究。发现其最佳感染复数(MOI)为 0.001,此时噬菌体效价最高。一步生长曲线显示,它的潜伏期为 4 小时,裂解量约为 100 PFU / 细胞。同时,适量的 Ca2+和 Mg2+能促进噬菌体增殖,最佳浓度为 15mM。而且,该噬菌体在 4 - 60°C、pH 2.0 - 12.0 的环境中稳定性良好,对氯仿也有一定耐受性。
基因组特征分析表明,噬菌体 SRB7757 的遗传物质是 DNA,基因组长度为 142,573bp,GC 含量为 44.29%,与宿主脱硫弧菌差异较大。其基因组包含 217 个开放阅读框(ORFs),仅 88 个功能已知,还发现 6 个 tRNA 基因,这暗示着噬菌体对宿主的适应性。通过进化分析推测,SRB7757 是 Chaseviridae 家族 Cleopatravirinae 亚科的新成员。
在抑制硫化物产生的研究中,研究人员发现,将噬菌体 SRB7757 与脱硫弧菌混合后,噬菌体大量增殖,宿主菌生长受到明显抑制。在 24 小时内,硫化物产量显著降低,不过 24 小时后有所反弹,这说明噬菌体至少能在 24 小时内有效抑制硫化物产生。
此外,研究人员还对噬菌体 SRB7757 的两个预测裂解酶进行了研究。克隆并表达 ORF8 和 ORF9 编码的蛋白 Lysrb8 和 Lysrb9 后发现,它们不仅能抑制脱硫弧菌生长,还能有效去除生物膜,与噬菌体一样,都是极具潜力的抗生物膜制剂。
综合来看,研究人员成功从污水中分离出噬菌体 SRB7757。它在模拟腐蚀实验中表现出色,能显著减轻金属腐蚀,展现出良好的环境适应性。其携带的两个预测裂解酶基因,有望扩大宿主范围,提升对 SRB 的控制效果。这项研究为生物腐蚀防治提供了新的方向和策略,在石油、化工等易受 SRB 腐蚀影响的行业具有广阔的应用前景,也为后续深入研究噬菌体与 SRB 的相互作用奠定了坚实基础。