基于高细胞密度的大肠杆菌动态调控新模式

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31300087
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    周丽
  • 依托单位：
    江南大学
  • 学科分类：
    C0104.微生物遗传与生物合成
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Dynamic control of metabolic routes during fermentation could improve cell activity and maximize production and productivity. To realize the application of the metabolic dynamic control strategy in fermentation industry, this project will construct a high-cell-density depending metabolic dynamic control system in Escherichia coli. Firstly, we reengineer and construct a new quorum-sensing system which could sense higher cell mass density with low signal molecular accumulation. The obtained quorum-sensing system will be coupled with the toggle switch to construct a metabolic dynamic control system, and to incompatibly control the expression of two target genes (initiate one and block the other gene expression simultaneously) according to high cell density. Regulation effects of the metabolic dynamic control system will be studied and further applied in lactate fermentation to reveal the effects on coordinating the contradiction between cell growth and product fermentation. The metabolic dynamic control system could be applied in other industrial microorgnism, promote the development of metabolic engineering both theoretically and methodologically and improve fermentation production and process.
对发酵过程中代谢途径的表达进行动态控制，可使细胞以高活性合成目的代谢产物，最大化产量和生产效率。为实现代谢途径动态调控策略在发酵工业中的实际应用，本项目将构建依赖高细胞密度的大肠杆菌动态代谢调控系统。首先，对群体感应系统进行改造，构建可监测更高细胞密度且仅合成低浓度信号分子的新型群体感应系统；并将该群体感应系统与拨动开关偶联，组装成依赖高细胞密度的动态代谢调控系统，使其根据细胞自身密度不兼容式控制两个目标基因的表达（既起始一个基因表达的同时阻断另一个基因的表达）。进一步考察该动态调控系统控制代谢途径表达的性能，并将其应用于实际乳酸发酵过程，考察在协调细胞生长与产物合成之间矛盾的作用。所构建代谢途径的动态调控系统将对工业微生物菌种的改造具有普遍的适用意义，对代谢工程理论和方法的发展以及对发酵工业产量的提高和工艺的改进有促进作用。

结项摘要

构建能够监测自身细胞密度，并以此作为信号来调节目标代谢途径的动态代谢调控系统，对工业微生物菌种的改造具有普遍的适用意义。本研究构建了依赖较高细胞密度的大肠杆菌动态代谢调控系统，并成功协调了L-丙氨酸的发酵过程。.项目首先对群体感应系统进行改造，利用SLIC方法构建了新型群体感应系统Px-luxR-luxI-Plux-gfp。各系统能够感应的细胞密度不同，对细胞密度的响应强度也不同。质粒上表达或者染色体上整合有新型群体感应系统的重组菌株可在OD600值达到2以上时启动目标基因的表达，提高了群体感应系统启动目的基因表达时的细胞密度。所构建的可识别不同细胞密度的群体感应系统同样可应用于其他需求的发酵过程，对工业微生物菌种的改良具有普遍的适用意义。.将新型群体感应系统与拨动开关偶联，组装成依赖较高细胞密度的动态代谢调控系统，可不兼容式控制两个目标基因的表达（既起始一个基因表达的同时阻断另一个基因的表达）。PSlp和Plux引导的动态代谢调控系统在培养基中有微量乳糖存在时具有一定的应用潜力。该系统对发酵工业产量的提高和工艺的改进有一定的促进意义。.构建了基因开关控制型L-丙氨酸合成重组菌株E. coli B0016-060BC，分阶段实现了细胞的快速增量和L-丙氨酸的高强度合成，L-丙氨酸产量可达167 g/L，是目前报道的最高水平。.项目按照要求顺利完成，获得了较好的学术成果。项目执行期间发表标注有本基金项目的论文共7篇，其中SCI文章5篇，CSCD论文2篇，申请发明专利1项。培养博士研究生1人、硕士研究生6人。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Efficient L-Alanine Production by a Thermo-Regulated Switch in Escherichia coli
通过大肠杆菌中的温控开关高效生产 L-丙氨酸
  • DOI：
    10.1007/s12010-015-1874-x
  • 发表时间：
    2016-01-01
  • 期刊：
    APPLIED BIOCHEMISTRY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Zhou, Li;Deng, Can;Zhou, Zhe-Min
  • 通讯作者：
    Zhou, Zhe-Min
Improvement of stability of nitrile hydratase via protein fragment swapping
通过蛋白质片段交换提高腈水合酶的稳定性
  • DOI：
    10.1016/j.bbrc.2014.05.127
  • 发表时间：
    2014-07-18
  • 期刊：
    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Cui, Youtian;Cui, Wenjing;Zhou, Zhemin
  • 通讯作者：
    Zhou, Zhemin
基于代谢工程策略合成L-苹果酸研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    食品工业科技
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周丽;崔文璟;刘中美;周哲敏
  • 通讯作者：
    周哲敏
Construction of a subunit-fusion nitrile hydratase and discovery of an innovative metal ion transfer pattern.
亚基融合腈水合酶的构建和创新金属离子转移模式的发现
  • DOI：
    10.1038/srep19183
  • 发表时间：
    2016-01-12
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Xia Y;Cui W;Liu Z;Zhou L;Cui Y;Kobayashi M;Zhou Z
  • 通讯作者：
    Zhou Z
温度调节基因开关调控大肠杆菌发酵合成L-丙氨酸
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    微生物学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邓璨;崔文璟;刘中美;周哲敏
  • 通讯作者：
    周哲敏

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其他文献

枸杞Lb14-3-3b基因的克隆及其在不同组织中的表达
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    郑蕊
高效降解海带芽孢杆菌菌株的筛选及 活性成分检测
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2019
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    2013-12
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    蒋从锋;段良成;Chunlei Liu;万健;周丽
  • 通讯作者：
    周丽
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  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    刘桂英;成雪宇;张双庆;周丽
  • 通讯作者：
    周丽
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  • DOI：
    10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2017.05.030
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    振动测试与诊断
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    穆腾飞;周丽
  • 通讯作者：
    周丽

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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