基于功能基因组学揭示自凝集产氢细菌代谢调控机制

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基本信息

  • 批准号:
    31470233
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Ethanol type fermentation as an acidogenic fermentation with highly efficent hydrogen production has wide application prospects in the fileds of organic wastewater treatment and energy recovery. Ethanoligenens harbinense as a typical ethanologenic hydrogen-producing bacterium will become a promosing microbe in engineering appliaction due to it's capabilities of hydrogen production, autoaggregation and acid-tolerant growing. Therfore, to understand physiological metabolism and autoaggregation of this species has important significance in theoretical studies and pricatice application. The aim of this proposal is to analyze the transcriptome and proteome of Ethanoligenens harbinense under interuption conditions, including the expression levels of genes related to center metabolic pathway and hydrogenase based on complete genome sequence analysis, to elucidate the mechanism of molecular regulations of efficient hydrogen production metabolism, to test hydrogen production and autoaggregation ability under different ecological conditions, and to determine the optimum ecological conditions and strategies of operation regulation baded on gene expressions. in order to reveal the regulation mechanism of key gene expression and the mechanism of autoaggregation, co-expressed genes with hydrogenase gene will be analyzed. The study aims to conduct the genetically modification of Ethanoligenens harbinense, realize the bioaugmentaiton of hydrogen production, and lay the foundation of biohydrogen production in a full scale.
乙醇型发酵作为一种具有较高产氢能力的产酸发酵类型,在有机废水处理与能源化方面有着广阔的工程应用前景。产乙醇杆菌是乙醇型产氢发酵的代表细菌,具有良好的产氢、自凝集和耐酸生长等特性,开展该属模式菌株的生理代谢及其自凝集机制研究具有重要的理论和现实意义。本课题研究目的是基于已获得的全基因组序列分析产乙醇杆菌的转录组和蛋白质组、特别是氢化酶基和中心代谢途径相关基因表达水平,解析高效产氢代谢的分子调控机制。分析不同生态条件干扰下的产氢效能和自凝集能力,通过基因表达水平确定最佳生态条件及其调控对策,同时分析与氢化酶高效共表达的相关基因,进一步揭示环境胁迫下关键基因表达调控和自凝集生长机制。为进行产乙醇杆菌的遗传改良和利用此菌实现制氢系统生物强化,以期尽快合理应用于生物制氢规模化生产奠定基础。

结项摘要

乙醇型发酵是厌氧发酵主要类型之一,由于该发酵类型利用碳水化合物产生乙醇和乙酸同时产生氢气,乙醇易于转化成可被产甲烷菌利用的乙酸,因此研究乙醇型发酵对于揭示厌氧发酵调控机理具有重要意义。哈尔滨产乙醇杆菌(Ethanoligenens harbinense YUAN-3)是乙醇型发酵的典型种,具有高产氢能力和自聚集生长。通过研究该种的产氢代谢条例机制具有重要的科学价值和实际意义。本课题利用基因组学、转录组学和定量蛋白质组学在分子水平系统的研究了Ethanoligenens harbinense的代谢调控。完成了产氢细菌的基因组完成图及比较基因组学研究,确定了Ethanoligenens harbinense的进化分类地位和种类不同菌种的差异。确定了影响产乙醇杆菌产氢产乙醇代谢相关的重要功能基因。通过多组学技术分析了不同培养时期和初始pH对产氢效能、生长特性、基因表达和蛋白表达的影响,发现生态因子干扰下存在大量差异表达基因和蛋白;氢化酶蛋白质修饰和铁氧化还原蛋白上调表达是产氢代谢调控的关键。通过定量蛋白质组学揭示产氢细菌对乙醇和乙酸的耐受机制。阐明了产氢产乙醇代谢途径与调控机制,为高效自凝集产氢细菌的改造和应用提供重要的依据。将产氢细菌E. harbinense YUAN-3与兼性好氧细菌Pseudomonas aeruginosa进行复配,基于呼吸互作机制实现了好氧条件产氢,并形成自凝聚厌氧颗粒工程菌种。发现了纳米磁性颗粒可以促进产氢细菌产氢代谢。这些研究为放大化生物制氢的启动、运行调控提供了理论依据。在Biosensors and Bioelectronics,Biotechnology for Biofuels,Frontiers in Microbiolog,Chemical Engineering Journal,Science of the Total Environment等期刊发表SCI论文6篇,EI论文1篇,获得2017年教育部青年科学奖,授权发明专利3项,申请美国专利1项。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Oxygen reduction reaction activity and the microbial community in response to magnetite coordinating nitrogen-doped carbon catalysts in bioelectrochemical systems.
生物电化学系统中氧还原反应活性和微生物群落对磁铁矿协调氮掺杂碳催化剂的响应。
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2018.09.044
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Huihui Zhou;Yang Yang;Shijie You;Bingfeng Liu;Nanqi Ren;Defeng Xing
  • 通讯作者:
    Defeng Xing
Enhancement of the sludge disintegration and nutrients release by a treatment with potassium ferrate combined with an ultrasonic process
通过高铁酸钾处理与超声波工艺相结合,增强污泥的分解和营养物质的释放。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2018.04.174
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Li, Wei;Yu, Najiaowa;Xing, Defeng
  • 通讯作者:
    Xing, Defeng
基于宏基因组学研究污水生物处理系统微生物暗物质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨洋;邢德峰
  • 通讯作者:
    邢德峰

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其他文献

磷酸盐浓度对产氢细菌Ethanoligenens harbinense YUAN-3生长和产气的影响
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  • 作者:
    任南琪;谢天卉;邢德峰;王胜男
  • 通讯作者:
    王胜男
乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2020.0395
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邢德峰
木质纤维素生物转化氢气技术及前
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任南琪;宋佳秀;邢德峰
  • 通讯作者:
    邢德峰
不同16S rDNA 靶序列对DGGE 分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学,2006,27(7):163~167
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任南琪;邢德峰;宋佳秀
  • 通讯作者:
    宋佳秀
The screening of microalgae mutant strain Scenedesmus sp Z-4 with a rich lipid content obtained by Co-60 gamma-ray mutation
Co-60 γ射线突变获得的富含脂质的微藻突变菌株Scenedesmus sp Z-4的筛选
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    刘冰峰;马超;肖若楠;邢德峰;任宏宇;任南琪
  • 通讯作者:
    任南琪

其他文献

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邢德峰的其他基金

电发酵系统代谢调控机制与强化污泥酸化产氢烷
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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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