基于二醇脱水酶分子改造全细胞催化L-阿拉伯糖合成2-脱氧L-核糖研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21602245
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0111.仿生与绿色合成
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The compound 2-deoxy-L-ribose constitutes the central building block for antitumor drug and shows high application potential in pharmaceutical industry; however, chemical synthesis method needs lots of steps and suffers from low yield. This project presents a new whole cell transformation strategy based on directed evolution of diol dehydratase (DDH) to synthesize 2-deoxy-L-ribose directly from L-arabinose. We have made a molecular docking between DDH and L-arabitol and got some candidate sites which influenced the substrate binding. We have also construed a high throughput selection method for DDH and got some mutants which showed the dehydration ability to L-arabitol. In this study, we will employ structure-guided triple code saturation mutagenesis and iterative combinatorial mutagenesis strategy based on semi-rational design to further improve DDH activity. The catalytic mechanism of DDH mutant to L-arabitol will be clearly revealed. Then, the metabolic engineering strategy will be applied to construct 2-deoxy-L-ribose synthesis pathway in Escherichia coli based on aldose reductase (AR), DDH mutant, and glucose dehydrogenase (GDHs). The endogenous L-arabinose isomerase will be deleted to decrease L-arabinose metabolic consumption, and the expression level of heterologous genes will be modulated to achieve higher 2-deoxy-L-ribose production ability. This project will pave the way to green synthesis of 2-deoxy-L-ribose.
2-脱氧L-核糖作为抗肿瘤药物中间体,具有重要市场前景和开发价值。但由于化学法合成脱氧糖过程繁琐,本研究提出了基于二醇脱水酶(DDH)分子改造全细胞催化L-阿拉伯糖合成2-脱氧L-核糖的新思路,前期利用DDH蛋白结构模拟及半理性设计了相关突变位点,建立了高通量筛选方法,经过筛选初步验证若干DDH突变体对L-阿拉伯糖醇具有脱水催化活性。本课题拟首先运用三重密码饱和突变和迭代饱和突变策略进一步改造DDH,筛选对L-阿拉伯糖醇具有更高催化活性的突变体,解析突变体针对糖醇脱水作用的催化机理;进一步以大肠杆菌为底盘微生物,运用代谢工程技术,构建由醛糖还原酶(AR)、DDH突变体和葡萄糖脱氢酶(GDH)组成的酶级联反应合成2-脱氧L-核糖途径;通过敲除L-阿拉伯糖异构酶基因降低底物代谢消耗,调控关键基因表达水平优化合成途径代谢流,提高全细胞转化合成效率,为2-脱氧L-核糖的绿色合成奠定基础。

结项摘要

2-脱氧L-核糖是合成L-核苷类药物的重要中间体,化学法合成脱氧糖需要多步保护和脱保护步骤导致收率低、合成过程繁锁,因此,开发绿色、环保、高效的生物合成方法,对于制备2-脱氧L-核糖至关重要。本项目提出基于多元醇脱水反应和羟醛缩合反应生物合成2-脱氧L-核糖的新思路,重点开展了二醇脱水酶分子改造提高针对长链糖醇的催化活性研究,建立了高通量筛选方法,获得了二醇脱水酶突变体GDHtS302AQ337A,实现针对L-阿拉伯糖醇等多种多元醇具有脱水活性;通过筛选获得了6种氧化还原酶,实现转化L-阿拉伯糖合成L-阿拉伯糖醇,并建立了针对NAD/NADH/NADPH的辅酶再生体系;基于乙醛依赖的醛缩酶(DERA)建立催化乙醛和L-甘油醛缩合反应合成2-脱氧L-核糖反应,分子改造醛缩酶DERA获得突变体,提高催化活性近3倍;建立全细胞催化反应体系合成2-脱氧L-核糖;提出基于小分子合成2-脱氧L-核糖的新思路,建立由甲醛连接酶(FLS),果糖6-磷酸醛缩酶(FSA)和DERA组成的多酶级联体系,采用模块化组装策略,实现以廉价甲醛和乙醛为原料合成了2-脱氧L-核糖等C3,C4,C5和C6功能糖化合物。本项目提供了生物合成2-脱氧L-核糖的新方法,对于其他种类2-脱氧糖的高效制备具有借鉴意义。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Transformation of formaldehyde into functional sugars via multi-enzyme stepwise cascade catalysis
多酶逐步级联催化将甲醛转化为功能糖
  • DOI:
    10.1039/c7cy01062a
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Catalysis Science & Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yang Jiangang;Sun Shangshang;Men Yan;Zeng Yan;Zhu Yueming;Sun Yuanxia;Ma Yanhe;Sun yuanxia
  • 通讯作者:
    Sun yuanxia
功能寡糖绿色生物合成技术的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物产业技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙媛霞;杨建刚;田朝玉;马延和
  • 通讯作者:
    马延和
Biosynthesis of dendroketose from different carbon sources using in vitro and in vivo metabolic engineering strategies.
利用体外和体内代谢工程策略从不同碳源生物合成树酮糖
  • DOI:
    10.1186/s13068-018-1293-7
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biotechnology for biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Yang J;Zhu Y;Qu G;Zeng Y;Tian C;Dong C;Men Y;Dai L;Sun Z;Sun Y;Ma Y
  • 通讯作者:
    Ma Y

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其他文献

锥形密封流动特性及静态稳定性研究
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.191345
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张万福;陈璐琪;潘渤;顾乾磊;杨建刚;李春
  • 通讯作者:
    李春
迷宫密封临界稳定性研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾乾磊;张万福;陈璐琪;马凯;李春;杨建刚
  • 通讯作者:
    杨建刚
轴承/密封耦合作用下流体激振特性研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    噪声与振动控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张万福;杨建刚;李春
  • 通讯作者:
    李春
基于多信息融合的汽轮发电机组故障诊断方法研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    汽轮机技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    曹丽艳;杨建刚
  • 通讯作者:
    杨建刚
霍州发电厂4号机振动故障诊断与治理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    汽轮机技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨建刚;谢东建;李五四;申小虎
  • 通讯作者:
    申小虎

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

        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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