基于活菌外膜蛋白氧化还原状态的胞外电子传递动力学

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41701305
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The c-type cytochromes play a significant role on the extracellular electron transfer (EET). In vitro studies of cytochromes were used to illustrate their EET properties previously. As a large discrepancy has been reported between purified proteins and protein complexes in intact cells, in vivo cytochrome-based EET kinetic study will be valuable for a comprehensive understanding of the EET mechanism. On a basis of the development of a time-resolved spectrometer, this project will focus on the EET kinetic study in terms of the in vivo outer-membrane proteins. In the project, the iron reduction bacterium Shewanella oneidensis MR-1 will be chosen as a model strain, and the redox status as well as the rapid redox process of the outer-membrane cytochromes in intact cells will be studied under different initial concentrations and/or types of electron donors and acceptors. This study is intended to elucidate the relationship between the cytochrome reduction rate and the following values: the rate constant of the elementary processes (k), the rates of the elementary processes (r), the real-time redox status of cytochrome, and the concentrations of electron donors and acceptors, and to illuminate the quantitative relationship of the electron transfer rate and the formal redox potential between cytochromes and electron acceptors. We will establish a kinetic model that describing the cytochrome reduction rate and a model that describing the dynamic equilibrium of cytochrome redox status to quantitatively elucidate the kinetics of EET based on the redox status of in vivo outer-membrane proteins. The study will provide a substantial implication for improving the fundamental understanding of the biogeochemical processes driven by EET.
微生物外膜细胞色素c(蛋白)是胞外电子传递的引擎。以往主要采用离体蛋白来研究其胞外电子传递特性,难以真实反映活菌的状态。因此,基于活菌蛋白的胞外电子传递动力学研究具有重要意义。在已建立的活菌蛋白状态10毫秒级测试方法基础上,选取希瓦斯菌MR-1为模式菌,系统研究不同电子供体和受体的类型和初始浓度状况下,活菌蛋白的氧化还原平衡状态,以及活菌蛋白被电子供体快速还原、被电子受体快速氧化的基元过程动力学。阐明细胞色素c总的还原速率与各基元过程动力学常数k值、基元过程速率r值、细胞色素c的实时氧化还原状态、供体和受体浓度之间的关联,以及电子传递速率和细胞色素c与电子受体的实际电势差之间的定量关系。构建描述活菌细胞色素c总还原速率的动力学模型,以及描述细胞色素c氧化还原动态平衡的模型。从而,在活菌外膜蛋白层面定量阐明胞外电子传递动力学机制。为深入理解胞外电子传递驱动的生物地球化学过程提供科学依据。

结项摘要

微生物外膜细胞色素c(蛋白)是胞外电子传递的引擎。以往主要采用离体蛋白来研究其胞外电子传递特性,难以真实反映活菌的状态。因此,基于活菌蛋白的胞外电子传递动力学研究具有重要意义。通过本项目的实施,搭建了漫透射光谱电化学联用装置,原位测试了活菌细胞色素c及电子受体的氧化态和还原态含量变化,并同时在线监测了反应体系的氧化还原电位值,从而实现了实测电位与各反应物计算电位之间相互关系的系统研究。基于此,本项目从动力学和热力学角度解析了细胞色素c和电子受体两者实时氧化还原状态的依存关系;阐明了细胞色素c在溶液中充当电子穿梭体的动力学机制,首次证实了细胞色素c可作为穿梭体介导微生物与Cr之间的电子转移;在此基础上,发现了穿梭体加速生物膜形成促进电子传递的胞外呼吸机制,为后续研究奠定了基础。本项目为深入理解胞外电子传递驱动的生物地球化学过程提供了科学依据。

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)
Influence of Incubation Temperature on 9,10-Anthraquinone-2-Sulfonate (AQS)-Mediated Extracellular Electron Transfer
孵育温度对 9,10-蒽醌-2-磺酸盐 (AQS) 介导的细胞外电子转移的影响
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2019.00464
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Frontiers in Microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Liu Wei;Wu Yundang;Liu Tongxu;Li Fangbai;Dong Hui;Jing Meiqing
  • 通讯作者:
    Jing Meiqing
Extracellular Electron Shuttling Mediated by Soluble c-Type Cytochromes Produced by Shewanella oneidensis MR-1
由希瓦氏菌 MR-1 产生的可溶性 c 型细胞色素介导的细胞外电子穿梭
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b06868
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Tongxu Liu;Xiaobo Luo;Yundang Wu;John R. Reinfelder;Xiu Yuan;Xiaomin Li;D;an Chen;Fangbai Li
  • 通讯作者:
    Fangbai Li
Sustainable Electron Shuttling Processes Mediated by In Situ-Deposited Phenoxazine
原位沉积吩恶嗪介导的可持续电子穿梭过程
  • DOI:
    10.1002/celc.201800470
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ChemElectroChem
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wu Yundang;Liu Wei;Liu Tongxu;Li Fangbai;Xiao Tangfu;Wu Qihang;He Yizhou
  • 通讯作者:
    He Yizhou
Modification of porous lignin with metalloporphyrin as an efficient catalyst for the synthesis of cyclic carbonates
金属卟啉修饰多孔木质素作为合成环状碳酸酯的有效催化剂
  • DOI:
    10.1007/s11243-019-00363-x
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Transition Metal Chemistry
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Song Kunpeng;Tang Cheng;Zou Zhijuan;Wu Yundang
  • 通讯作者:
    Wu Yundang
漫透射光谱电化学研究活菌细胞色素c蛋白介导的胞外电子传递过程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国科学:技术科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴云当;刘同旭;李芳柏
  • 通讯作者:
    李芳柏

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其他文献

Influence of Incubation Temperature on 9,10-Anthraquinone-2-Sulfonate (AQS)-Mediated Extracellular Electron 1 ransfer
孵育温度对 9,10-蒽醌-2-磺酸盐 (AQS) 介导的细胞外电子 1 转移的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Frontiers in Microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    刘维;吴云当;刘同旭;李芳柏;董慧;景美清
  • 通讯作者:
    景美清

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腐殖质促进氧化铁表面电活性生物膜形成的效应与机制
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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

        graph TD
          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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