研究进展

112015
 
生物冶金关键功能基因、蛋白及其代谢途径模型

    由于浸矿功能基因破解困难,冶金微生物与浸矿功能相关的代谢途径长期以来不甚清晰。本项目研究了公布的冶金微生物全基因组序列,发现总结了浸矿相关基因、蛋白的特异性特征,建立了基于生物信息学和分子生物学的浸矿功能基因识别方法,以生物冶金模式菌嗜酸氧化亚铁硫杆菌为研究对象,通过全基因组生物信息学分析,结合基因表达差异研究,从全基因组序列中识别出230个浸矿功能关键基因,并对其中32个关键基因进行了序列分析、蛋白结构预测、分子对接、克隆、蛋白表达纯化、表征以及酶活性测定等功能研究。 研究了关键硫代谢蛋白反向异二硫化物还原酶HdrC亚基的结构与功能,通过紫外光谱、电子顺磁共振谱分析、定点突变实验和结构模拟等手段研究发现该蛋白缺失一个铁硫簇,从而导致反向异二硫化物还原酶行使反向功能,催化硫中间产物GSnH (n>1) 中的硫烷硫转变为亚硫酸反应,在生物浸矿硫分步氧化中发挥关键作用。 研究了冶金微生物与电子传递链相关的细胞色素c4蛋白结构与功能。A. ferrooxidans菌有4个细胞色素c4蛋白,通过结构预测发现Cyc1的63位点的酪氨酸和121位点的谷氨酸附近的空间结构差异决定这4个细胞色素c4蛋白的功能差异,从而解释Cyc1和Cyc2分别在在铁氧化的下山电子传递链和上山电子传递链中发挥作用,CycA1和CycA2在硫氧化电子传递链中都发挥作用。 研究了关键铁代谢蛋白亚铁氧化酶Iro的结构与功能,通过结构预测发现它属于4个半胱氨酸配位[Fe4S4]铁硫簇的高电位铁硫蛋白(HiPIP)家族蛋白,对离铁硫簇十分近的Tyr10虚拟突变实验预测了该位置处的芳香环对保护铁硫簇起重大作用,蛋白质的表达纯化及定点突变实验进一步证实了这些结论。 研究了关键热激蛋白GroEL的结构与功能,分析了中度嗜热冶金微生物耐热机理。确定了GroEL蛋白在50℃左右时活性最高,且其活性具有温度依赖性。发现GroEL在较高的温度条件下,能够协助更多的其他蛋白的正确折叠维持其生理生化功能,从而揭示了中度高温浸矿环境下冶金微生物仍然较好地生存,并发挥浸矿功能原因。 此外,研究了其他电子传递链相关(正向和反向细胞色素bc1复合体、铁氧还蛋白、4个终端氧化酶aa3、ba3、bo3和bd复合体等)、亚铁氧化相关(蓝铜蛋白Rus、反向细胞色素bc1复合体、铁分子伴侣蛋白CyaY等)、硫氧化相关(硫化物泛醌还原酶SQR、亚硫酸氧化酶、高电位铁硫蛋白HiPIP、亚硫酸还原酶SiR、腺嘌呤-5’-磷酸硫酸酶APS、巯基二硫键作用G蛋白DsbG、谷胱甘肽还原酶等)、二氧化碳固定相关(核糖-5-磷酸异构酶)、抗性相关(砷抗性蛋白ArsH、铜抗性蛋白)以及其他关键蛋白(乙酰辅酶A脱氢酶MCAD、铁硫簇合成蛋白)等共32个关键蛋白结构和功能,这些工作为揭示生物浸矿分子机理提供了一定理论基础。 综合关键功能基因鉴定结果和各方面研究成果,完善和构建了冶金微生物浸矿功能相关的代谢途径模型,包括矿物的分解,溶液中的反应,微生物的呼吸链、亚铁氧化、硫代谢、碳固定、氮固定及生物膜形成等部分。另外发现嗜酸氧化亚铁硫杆菌的浸矿系统中,很多关键酶基因呈现多拷贝性现象,如C型细胞色素c552有4个,bc1复合体有2套,终端氧化酶有4套,硫氧化SQR有3个,硫氧化TQO有2套,固碳的RuBP有4套等,这些情况包含在浸矿代谢途径模型中,它从分子水平上解释了冶金微生物适应浸矿极端环境和利用多种能源的机制。 上述工作首次系统地在基因、蛋白质等分子层面描述了微生物分解矿物利用其铁、硫能源,固定碳、氮源实现生长,并产生胞外多聚物黏附矿物的浸矿过程,为冶金微生物浸矿机理的阐明提供了一定的分子理论基础。 上述研究成果分别发表于Archives of Biochemistry and Biophysics, 2007, 463: 237-244;World Journal of Microbiology & Biotechnology, 2011, 27: 2981-2988;Protein Expression and Purification, 2007, 52: 146-152;Journal of Basic Microbiology, 2010, 50: 591-598;Current Microbiology, 2008, 57: 274-280;Current microbiology, 2009, 58: 586-592;Current microbiology, 2011, 62: 733-738;Current microbiology, 2012, […]

 Posted by at 上午11:55
112015
 
生物冶金的巨大挑战

  Grand Challenges for Bioleaching Yuandong Liu, Guanzhou Qiu*, Weimin Zeng School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China Key Laboratory of Biometallurgy of Ministry of Education, Changsha 410083, China *Corresponding author at: Key Laboratory of Biohydrometallurgy of Ministry of Education, Changsha, Hunan 410083, China. Tel.: +86 731 88877472. E-mail address: […]

 Posted by at 下午12:18
十一 282012
 

日前,由我校邱冠周院士担任首席科学家的国家973计划项目“微生物冶金过程强化的基础研究”年度报告会在我校隆重召开,校党委副书记陶立坚教授出席了会议并致辞,来自11家单位的100多名专家学者与会交流。 我国有色金属矿产资源的特点是低品位、复杂、难处理,开发利用的瓶颈问题非常突出,常规选冶方法高成本、高污染,受市场因素制约,因此发展高效、环境友好的低品位矿开发利用新技术势在必行。微生物冶金技术具有清洁、安全、低成本、广泛实用等特点,可处理原矿、表外矿、废石、炉渣、燃烧灰,回收二次金属、工业电子垃圾和城市污泥,既可静态浸出(堆浸),又可动态浸出(槽浸),在铜、金、铀、镍、钴等金属回收利用方面日显重要,被欧盟BioMinE计划认为“是明天的生产力”。但是生物冶金技术的发展面临一系列的挑战:原料矿物的多样性,包括硫化矿的原生矿、次生矿、氧化带中的各类矿物、脉石矿物等;生物反应的多样性,涵盖硫化矿溶解的氧化作用、溶解物交互成矿作用和还原作用、氧化带矿物溶解的酸碱中和反应、硫化矿物氧化溶解的产酸反应;微生物种群和功能的多样性,随浸出过程时间、空间而变化;工艺参数与浸出反应过程操作条件的多样性匹配。为突破这些技术瓶颈,邱冠周院士带领团队提出解决三大科学问题:冶金微生物种群协同作用机理及其硫氧化代谢系统的调控;微生物—矿物多相界面的生物学—化学—工程学机制和生物浸出过程的多样性与相互匹配,最终建立适合我国资源特点的生物冶金过程强化的理论体系与技术原型;高效利用海内外复杂低品位铜镍钴、铜钼、铜锌硫化矿和高砷难处理金矿资源。 经过一年的研究,项目主要进展和标志性成果如下:一、成功建立生物冶金国际平台。2011年在第19届国际生物湿法冶金大会期间,各国代表通过讨论决定成立国际生物湿法冶金协会,协会办公室设在中国中南大学生物冶金重点实验室,选举欧盟矿物生物联盟主席DominiqueMorin教授(法国)和邱冠周教授分别为正副会长,刘学端教授为秘书长;二、邱冠周教授应瑞士前沿基金会(FrontierFoundation)邀请,担任生物冶金前沿技术《Frontiersin Bioleaching》国际杂志主编,并应第26届国际矿物加工大会邀请作中国生物冶金进展的主题报告;三、1人获日本化学工学会亚洲研究奖;四、共获发明专利21项,发表SCI论文52篇。      

 Posted by at 下午2:15
202011
 

            关于召开教育部科学技术委员会材料学部 2011年度全体委员会议的通知 各位委员:     为贯彻落实2010年度“教育部科技委全委全会”会议精神,经研究,决定于2011年4月18~20日在长沙(中南大学)召开教育部第六届科技委材料学部第二次全体委员会议,届时请您拨冗出席。现将会议有关事项通知如下: 会议主要内容: 1.材料领域发展主题报告 ① “中国冶金资源之我见”报告由中南大学邱冠周教授负责; ② “与我国优势特色资源相关的应用基础研究”报告由东北大学薛向欣教授负责; ③ “加强相关材料科学与技术研究,为国家海洋战略提供支撑”报告由中国海洋大学于良民教授负责。 ④ 每位委员结合自己学校的教学科研工作实际谈感受并对如何做好科技委学部工作提出有益的意见和建议。 2.讨论并落实2011年度材料学部工作计划 3. 考察活动     会务事宜 报到时间:4月18日 全天 报到地点:中南大学云麓山庄 报到联系人:艾郴彬 联系电话:13548530400 会议时间:4月19~20日,会期2天。 会议地点:中南大学生物楼松韵厅,电话:0731-88830004 联系人: 中南大学:申丽 电话:0731-88879815,传真:0731-88879815,手机:13574818142; E-mail: xiaolis@yahoo.cn 东北大学科技处:朱仕文  电话:024-83687267 手机:13304041239 E-mail: qtf@mail.neu.edu.cn 6、其它事项:  与会人员的餐费、住宿费由会议统一安排,交通费自理。请您将会议回执于2011年4月10日前E-mail或传真至中南大学。  教育部科技委材料学部办公室 (东北大学科技处代章) 2011年4月2日     会议回执 姓  名   […]

 Posted by at 下午3:43
152010
 
中南大学与赞比亚矿业部签订战略合作框架协议

日前,中国中南大学——赞比亚矿业与矿产发展部战略合作框架协议签字仪式、赞比亚麦克斯韦部长受聘为中南大学客座教授聘任仪式暨麦克斯韦部长演讲报告会在国际报告厅举行。校领导高文兵、黄伯云、周科朝、陶立坚、田红旗,原副校长邱冠周,赞比亚矿业与矿产发展部部长麦克斯韦及夫人格蕾丝、赞比亚人力资源管理处处长多丽丝·卡萨巴拉,以及中国有色矿业集团副总经理、赞比亚中国经济贸易合作区发展有限公司总经理陶星虎等出席活动,活动由周科朝副校长主持。     高文兵书记致欢迎辞,他代表全校师生对代表团一行的到来表示欢迎,对长期支持中南大学发展的各界人士表示感谢。他说,中赞两国友谊深厚、深入人心,中国很早便支持赞比亚建成了坦赞铁路,近些年来,中国有色矿业集团在两国的合作方面做出了积极贡献,也促进了我们双方交流。中南大学拥有极强的科研实力和一系列优势条件,与赞比亚有广阔的合作前景,学校愿意为加强双方合作、加深中赞两国人民的友谊而努力。     中国有色矿业集团副总经理陶星虎认为双方的合作,天时、地利、人和,很圆满。他说,赞比亚正处于改革开放之中,需要资金技术,同时国家资源丰富,政策优越;中南大学的科研技术和产学研一体化世界领先,中国有色矿业集团与赞比亚合作了12年之久,有一支优秀的团队。他预祝双方合作圆满成功。     黄伯云校长与麦克斯韦部长在战略合作框架协议上签字,并互赠礼品。根据协议,中南大学将为赞比亚充分利用尾矿资源、解决环境问题及开发矿业提供技术支撑及培养本土型的高级人才,双方还将在多个领域开展合作。     活动现场,麦克斯韦部长受聘为中南大学客座教授,黄伯云校长为麦克斯韦部长颁发了聘书并佩戴校徽。麦克斯韦部长还为现场500余名领导、师生作了精彩的演讲报告。     赞比亚采矿总工程师德里克·齐那布、铜带大学讲师威尔逊·夏姆瓦纳、中国有色非洲部工程师约翰·穆汤加及学校办公室主任高山,国际合作与交流处处长梁叔全等参与了上述活动。    

 Posted by at 下午9:46
092010
 
客座教授美国加州大学Terry Hazen博士讲座

1月8日,在生物楼301国际报告厅,由博士生导师夏金教授主持,Terry教授作了题为“Targeted Enzyme Discovery using Metagenomics”、“Systems Biology(Integration of the Omics ,Bioinformatics,and Biogeochemistry): The new frontier for Environmental Biotechnology”、“Life in the slow Lane: Ecogenomics in Extreme Environments-Implications for Enhanced Oil Recovery”的报告,生物系全体教师及全体研究生200余人听取的报告。报告后Terry还与学生就感兴趣的话题进行了交流。   附:Terry简介     Terry Hazen教授是美国加州大学地学部“微生物生态学与环境工程系”主任,劳伦斯—克伯利国家实验室“环境生物技术研究中心”主任,劳伦斯—克伯利国家实验室“生物能源联合研究中心”主任,Hazen教授是美国环境科学领域享有很高声望的杰出教授,他率先提出了“环境生态基因组学”理念,并应用于生物修复、生物能源等领域,建立了一系列环境生物技术研究方法。早在1996年,他的研究成果就获得了美国“R&D100Award”大奖,他2005~2008年曾获美国能源部、美国微生物学会的杰出贡献奖,2008年入选“美国生物学领域卓越奖”等,学术成就非常突出。     Terry教授目前的研究课题涉及到环境生态基因组学、环境生物技术和生物能源等方面,已经发表论文200多篇,其中多篇发表在一流杂志“Science”和”Es&T“上,目前的H因子为23。他受邀做大会报告720余次,获得40多个奖项,并主持完成20余项美国国家能源部及地区项目。  

 Posted by at 下午2:59
192008
 

9月19日上午9:30,校本部生物楼301室座无虚席。来自美国国家工程院的Corale L. Brierley院士给广大师生们带来了一场在微生物选矿领域具有指导性作用的学术报告,报告以两个题材介绍了C.L. Brierley院士在该领域研究多年所取得的成果和她对微生物选矿技术发展前景的见解:微生物选矿技术在未来的应用;微生物堆浸试验及其在实际应用中面对的挑战。   Corale L. Brierley院士于1999年被授予美国国家工程院院士称号,这项称号只授予在新兴科技领域做出杰出成就并具有学科带头性的研究者,代表着极高的荣誉。在作为国际咨询专家的35年来,C.L. Brierley院士发表了80多篇学术论文,获得5项国际认可专利。她向美国采矿、化工工业及政府提供了许多技术和经济上的重要建议,并于2008年荣获“AIME’s James Douglas”金奖“为表彰其在生物堆浸和重金属污染修复技术在应用中的贡献和先驱研究”。   Brierley院士在报告中介绍,在自然界,微生物在多种元素的循环当中起着重要的作用,地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都和微生物的活动有关。微生物冶金是利用细菌或其代谢产物所引起的生物化学氧化过程对矿物(尤其是硫化矿)进行氧化、还原等化学作用,将矿物中的有价元素转入溶液中。相对于传统的冶金工艺,该技术具有成本低、能耗低、工艺流程简单、资源利用广、污染小等诸多优点,对开发利用低品位、难选冶硫化矿显示出了巨大的潜力。在美国,随着20年来逐渐提升的环境保护意识和政府政策、经济等在相关方面做出的支持,金属浸出及硫化矿的微生物氧化技术得到了突飞猛进的发展,但氧化周期长、浸出速率低仍是细菌氧化硫化矿存在的最突出的问题,也是其工业应用受到局限的主要原因。为解决这些问题,生物冶金工作者开展了大量强化生物浸出的研究工作,提出了许多强化浸出措施。   国家973项目“微生物冶金的基础研究”于2005年1月在我校正式启动,由钟掘院士、刘业翔院士、邱冠周教授和胡岳华教授等项目组成员负责,旨在研究提高矿产资源利用率,且不污染环境的以湿法冶金和微生物冶金结合的高新技术。      

 Posted by at 下午5:03
152003
 

       近日,从教育部获悉,我校生物冶金实验室被评为教育部重点实验室。        生物冶金实验室是在原中国有色金属工业总公司重点实验室《矿产资源生物技术与工程实验室》的基础上发展起来的。实验室涵盖四个二级学科(矿物加工工程、生物工程、钢铁冶金和矿物材料),其中矿物加工工程为国家级重点学科,钢铁冶金为湖南省重点学科。一级学科博士点和博士后流动站为矿业工程、冶金工程和生物学。是国内外公认的矿物加工、生物冶金教学、科研和人才培养的重要基地。实验室学术委员会主任王淀佐教授是中国科学院院士、中国工程院院士、美国工程院外籍院士和俄罗斯科学院外籍院士。            实验室围绕主要的研究方向和目标,近五年来,承担了一批国家和省部级科研项目。其中:国家重大基础研究发展规划项目(973)课题2项,国家杰出青年科学基金2项,国家自然科学基金16项,国家计委高新技术产业化示范工程项目1项,国家九五、十五科技攻关项目18项,国家经贸委技术创新项目1项,教育部博士点基金6项,教育部跨世纪人才基金项目2项,教育部优秀青年教师基金项目1项,全国优秀博士论文专项基金项目2项,教育部重点骨干教师项目2项,国际合作项目5项,横向科技合作项目38项,共获科研经费4100万元。        近五年的研究成果有:国家科技进步一等奖1项,二等奖2项,中国高校十大科技进展2项,  省部级科技奖励20项,  专著6本,  中国发明专利12项,  论文483篇,  且多本专著获中国图书奖、全国优秀科技图书奖,论文被SCI、EI、ISTP收录223篇,被国内外同行引用  412篇次。其科技成果在许多矿山的推广应用已创经济效益近6亿元。        生物冶金实验室已形成如下一些主要研究方向:生物冶金菌种选育基础;生物冶金体系界面电子传递与传质作用;生物冶金体系多因素科学耦合机制;矿冶微生物应用基础研究等。 详情参见中南大学新闻网。    

 Posted by at 上午9:14