硫还原地杆菌与含铁矿物之间的胞外电子传导机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41772363
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    74.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0217.生物地质学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

This proposed research focuses on a crucial scientific question of ‘how Geobacter sulfurreducens transfers electrons from the cytoplasmic membranes, through the periplasm, across the outer membrane and to the surfaces of Fe(III)-bearing minerals’. By using the biochemical methods, cytochromes CbcL and PpcA as well as Pcc protein complexes will be purified from the cytoplasmic membrane, the periplasm and the outer membrane of G. sulfurreducens, respectively. The purified CbcL is then characterized for its ability to oxidize quinol in the cytoplasmic membrane, substrate specificity and electron transfer mechanisms. Similarly, the electron transfer rates from CbcL to PpcA and from PpcA to Pcc complexes will be determined, respectively. Furthermore, the protein-protein interactions between CbcL and PpcA as well as between PpcA and Pcc protein complexes in the cells of G. sulfurreducens will be investigated with in vivo chemical cross-linking in conjunction with immunochemical detection. Finally, the electron transfer rates from Pcc complexes to the Fe(III)-bearing minerals are measured by using the proteoliposome-based and the modern mineralogical methods. Systematic understanding of electron transfer processes of CbcL→PpcA→Pcc protein complexes→Fe(III)-containing minerals will not only reveal new insights into the molecular electron transfer mechanisms by which G. sulfurreducens reduces extracellular Fe(III)-bearing minerals, but also lay the scientific foundations for biotechnological applications of G. sulfurreducens in bioremediation of contaminants in subsurface environment and in other areas.
围绕‘硫还原地杆菌如何将电子经细胞质膜、周质空间、外膜传导到含铁矿物表面’这一关键科学问题,首先运用生物化学手段,分别纯化硫还原地杆菌细胞质膜上的细胞色素CbcL、周质空间的细胞色素PpcA和外膜中的Pcc蛋白质复合体。然后表征CbcL氧化质膜中氢醌的能力、对底物的专一性和电子传导机理,测定CbcL→PpcA和PpcA→Pcc复合体的电子传导速率。利用活细胞化学固定和免疫化学检测技术,验证细菌体内CbcL-PpcA及PpcA-Pcc复合体的相互作用。采用蛋白质脂质体和现代矿物学方法,检验Pcc复合体→含铁矿物的电子传导速率。通过系统刻画CbcL→PpcA→Pcc复合体→含铁矿物的电子传导过程,从分子水平阐述硫还原地杆菌在还原含铁矿物过程中胞外电子传导机理,为有效利用开发硫还原地杆菌在修复地下污染物和在其它生物技术中的应用提供科学依据。

结项摘要

微生物的胞外电子传递将微生物细胞内的代谢反应与细胞外的氧化还原反应有效地耦合在一起,直接参与到碳、氮、硫、铁和碘元素的生物地球化学循环。本项目以硫还原地杆菌为模式菌株,采用微生物学、分子生物学及生物化学相结合的方法,系统地用本项目制备的OmaB、OmbB、OmcB、CbcL和PpcA多肽抗体,分析比对用甲醛、DSS、DST和BS3化学交联的、在还原三价铁条件下培养的硫还原地杆菌野生菌株及及ΔppcA和ΔcbcL基因敲除株。结果不仅首次检测到OmaB、OmbB和OmcB之间,并且发现三个PpcA和一个CbcL之间在硫还原地杆菌内的蛋白质-蛋白质相互作用。说明硫还原地杆菌细胞质膜上的CbcL可将质膜内的电子传递给细胞周质空间的PpcA,多个PpcA分子然后共同地将电子传递通过周质空间至细胞外膜上的OmaB-OmbB-OmcB复合体,OmaB-OmbB-OmcB复合体将电子由周质空间、穿过细胞外膜传递至细胞表面的含铁矿物。揭示了硫还原地杆菌还原铁矿物的胞外电子传递分子机理。本项目的研究成果不仅提升了从分子水平上理解微生物胞外电子传递过程,而且可用于合成生物学设计和改造微生物燃料电池及碳中和地合成高附加值的生化产品。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
The Proposed Molecular Mechanisms Used by Archaea for Fe(III) Reduction and Fe(II) Oxidation.
古细菌用于 Fe(III) 还原和 Fe(II) 氧化的拟议分子机制
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2021.690918
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Dong Y;Shan Y;Xia K;Shi L
  • 通讯作者:
    Shi L
Direct evidence for heme-assisted solid-state electronic conduction in multi-heme c-type cytochromes.
多血红素 C 型细胞色素中血红素辅助固态电子传导的直接证据
  • DOI:
    10.1039/c8sc01716f
  • 发表时间:
    2018-10-07
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Garg K;Ghosh M;Eliash T;van Wonderen JH;Butt JN;Shi L;Jiang X;Zdenek F;Blumberger J;Pecht I;Sheves M;Cahen D
  • 通讯作者:
    Cahen D
Genomic Analyses of the Quinol Oxidases and/or Quinone Reductases Involved in Bacterial Extracellular Electron Transfer.
参与细菌细胞外电子转移的喹啉氧化酶和/或醌还原酶的基因组分析。
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2018.03029
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Frontiers in Microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhong Yuhong;Shi Liang
  • 通讯作者:
    Shi Liang
Biosurfactant rhamnolipid affacts the desorption of sorbed As(III), As(V), Cr(VI), Cd(II) and Pb(II) on iron (oxyhydr)oxides and clay minerals
生物表面活性剂鼠李糖脂影响铁(羟基)氧化物和粘土矿物上吸附的 As(III)、As(V)、Cr(VI)、Cd(II) 和 Pb(II) 的解吸
  • DOI:
    10.1016/j.ibiod.2020.105019
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Biodeterioration & Biodegradation
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Ruijie Yang;Haibing Wang;Meimei Shi;Yongguang Jiang;Yiran Dong;Liang Shi
  • 通讯作者:
    Liang Shi
Molecular underpinnings for microbial extracellular electron transfer during biogeochemical cycling of earth elements
地球元素生物地球化学循环过程中微生物细胞外电子转移的分子基础
  • DOI:
    10.1007/s11427-018-9464-3
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA-LIFE SCIENCES
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Jiang, Yongguang;Shi, Meimei;Shi, Liang
  • 通讯作者:
    Shi, Liang

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嗜酸氧化亚铁硫杆菌胞外电子传递的分子机理
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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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