紫色酸性磷酸酶介导下小球藻参与工业废水中有机磷生物降解及其作用机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908244
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Organophosphorus pollutants from industrial sewage are not easily degraded in the aquatic environment and cause irreversible pollution to aquatic environment due to its chemical stability. Chlorella pyrenoidosa is a typical microalga for sewage treatment, but the degraded and removal effect on organophosphorus are not satisfied. Therefore, to clarify the regulation mechanism of organophosphorus biodegradation by C. pyrenoidosa and to modify microalgal strain to achieve the ability of high-efficient organophosphorus biodegradation are the urgent problems which need to be solved. Previously, we reported engineered C. pyrenoidosa overexpressed with purple acid phosphatase from marine diatom Phaeodactylum tricornutum could effectively biodegrade two typical organophosphorus pesticides. Based on these, this project intends to use this engineered strain as object to study its response and biodegradation effect of different typical aquatic organophosphorus pollutants; to analyze the physiological and biochemical characteristics of this engineered strain under different typical aquatic organophosphorus pollutants conditions; to identify the subcellular localization of purple acid phosphatase and its metabolic transport pathway under different typical aquatic organophosphorus pollutants conditions; to analyze the expression change of metabolites and key nodes in microalgae introduced with purple acid phosphatase by metabolomics and transcriptomics. This will reveal the correlation mechanism between phenotype and molecular regulation and systematically explain the molecular mechanism and regulation network of organophosphorus biodegradation by engineered strain. This project will provide theoretical support and new idea for the improvement of microalgal germplasm for aquatic organophosphorus biodegradation.
工业废水中的有机磷污染物由于自身的化学稳定性,流入水环境不易降解,会对水环境造成不可逆污染。蛋白核小球藻虽然作为污水处理典型藻,但是其针对有机磷的降解和去除效果仍不够理想。因此,厘清蛋白核小球藻生物降解有机磷的调控机制以及改良藻株实现高效降解有机磷污染物是目前亟需解决的难题。我们前期工作发现,将海洋硅藻三角褐指藻的紫色酸性磷酸酶基因导入蛋白核小球藻中表达可以有效降解两种典型有机磷农药。本项目拟基于该工程藻株进一步研究其对不同水体典型有机磷污染物的响应和降解;分析工程藻株在不同有机磷下的生理、生化特征;鉴定紫色酸性磷酸酶的亚细胞定位及其对不同有机磷的代谢转运途径;通过代谢组学和转录组学解析紫色酸性磷酸酶作用下微藻体内代谢物和重要基因的表达变化,揭示其表型与分子调控间的关联机制,系统全面地阐释微藻降解有机磷的分子机制和调控网络,为微藻种质改良用于水体有机磷污染处理提供理论支撑和新的思路。

结项摘要

水环境污染问题是当今热点的生态问题,严重威胁着水环境安全。由于工业生产和使用等环节中的大量释放,有机污染物在工业废水中的含量急剧增加,大多数有机污染物(如有机磷等)化学稳定性强,在水环境中不易降解,因此对水环境极易造成不可逆的影响。微藻作为“碳达峰、碳中和”目标进程下最具前景的生物系统,是理想的污染物低碳处理系统。能否利用微藻这类低碳生物系统对有机污染物进行绿色降解呢?如何改进传统藻株对有机污染物的处理效果是目前研究的热点。研究以紫色酸性磷酸酶介导微藻参与工业废水中有机磷污染物降解为目标,明确了紫色酸性磷酸酶基因导入微藻中可以有效改良基因工程藻株实现高效降解有机磷污染物,明确紫色酸性磷酸酶对有机磷的偏好性,即紫色酸性磷酸酶可以介导微藻优先利用有机磷进行细胞代谢,通过具体解析有机磷污染物降解过程,确定具有金属核心活性位点的紫色酸性磷酸酶作为非特异性磷酸单酯酶以生物降解有机磷污染物,随后为细胞代谢提供足够的无机磷用于基因工程藻株生物能源的生产。此外,我们发现基于微藻共代谢途径的抗生素污染物高效降解体系,明确雨生红球藻对氟喹诺酮类抗生素具有降解作用,确定甘油作为碳源添加后可以促进抗生素的高效降解,通过具体解析抗生素降解过程,发现细胞色素P450蛋白参与微藻共代谢途径的抗生素降解过程中,为雨生红球藻生物降解抗生素并提升虾青素含量提供了潜在的分子机制解释。基于此,我们提出了基于微藻体系的低碳生物降解污染物策略,以同时实现污染物降解和生物质资源化高效利用的双重效益。上述研究工作为微藻种质改良用于水体有机污染物处理提供理论支撑和新的思路。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Emerging waste valorisation techniques to moderate the hazardous impacts, and their path towards sustainability
减轻危险影响的新兴废物增值技术及其可持续发展之路
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2021.127023
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Wang Xiang;Li Chong;Lam Chun Ho;Subramanian Karpagam;Qin Zi-Hao;Mou Jin-Hua;Jin Mushan;Chopra Shauhrat Singh;Singh Vijay;Ok Yong Sik;Yan Jianbin;Li Hong-Ye;Lin Carol Sze Ki
  • 通讯作者:
    Lin Carol Sze Ki
Sustainable and stepwise waste-based utilisation strategy for the production of biomass and biofuels by engineered microalgae
通过工程微藻生产生物质和生物燃料的可持续和逐步废物利用策略
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2020.114854
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Pollution
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Wang Xiang;Liu Si-Fen;Qin Zi-Hao;Balamurugan Srinivasan;Li Hong-Ye;Lin Carol Sze Ki
  • 通讯作者:
    Lin Carol Sze Ki
Biotechnology of Plastic Waste Degradation, Recycling, and Valorization: Current Advances and Future Perspectives
塑料废物降解、回收和增值的生物技术:当前进展和未来前景
  • DOI:
    10.1002/cssc.202100752
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemsuschem
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Qin Zi-Hao;Mou Jin-Hua;Chao Christopher Yu Huang;Chopra Sharhrat Singh;Daoud Walid;Leu Shao-yuan;Ning Zhi;Tso Chi Yan;Chan Chak Keung;Tang Shixing;Hathi Zubeen Jyotiwadan;Haque Md Ariful;Wang Xiang;Lin Carol Sze Ki
  • 通讯作者:
    Lin Carol Sze Ki
A combined light regime and carbon supply regulation strategy for microalgae-based sugar industry wastewater treatment and low-carbon biofuel production to realise a circular economy
基于微藻的制糖工业废水处理和低碳生物燃料生产的综合光照制度和碳供应调节策略,以实现循环经济
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2022.137422
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Xiang Wang;Zi-Hao Qin;Ting-Bin Hao;Guang-Bin Ye;Jin-Hua Mou;Srinivasan Balamurugan;Xiao-Yun Bin;Joseph Buhagiar;Hong-Mei Wang;Carol Sze Ki Lin;Wei-Dong Yang;Hong-Ye Li
  • 通讯作者:
    Hong-Ye Li
3-Oxoacyl acyl carrier protein reductase overexpression reveals its unprecedented roles in biofuel production and high-temperature tolerance in diatom
3-氧代酰基酰基载体蛋白还原酶过度表达揭示了其在生物燃料生产和硅藻高温耐受性中前所未有的作用
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2022.124844
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Fuel
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Guang-Bin Ye;Zi-Hao Qin;Xiao-Yun Bin;Jin-Hua Mou;Carol Sze Ki Lin;Hong-Ye Li;Xiang Wang
  • 通讯作者:
    Xiang Wang

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其他文献

储热技术基础(I)——储热的基本原理及研究新动向
  • DOI:
    10.3969/j.issn.2095-4239.2013.01.007
  • 发表时间:
    2013-02-19
  • 期刊:
    Energy Storage Science and Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李永亮;金翼;黄云;叶锋;汪翔;李大成;王彩霞;丁玉龙
  • 通讯作者:
    丁玉龙
柴油高压喷嘴内部的压力波动与不稳定空化现象分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内燃机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏万华;汪翔
  • 通讯作者:
    汪翔
中药复方治疗糖尿病合并脑梗死机制的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国实验方剂学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓冬;方邦江;周爽;叶苗青;陈振翼;卜建宏;孙丽华;耿赟;张文;贾丽阳;彭博;汪翔;管新竹
  • 通讯作者:
    管新竹
基于fsQCA的乘客不安全行为与地铁运行事故关联性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国安全科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王如冰;万欣;毛鹏;李德智;汪翔
  • 通讯作者:
    汪翔
江苏省土地城镇化的空间分异及其主导因素探测
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    人文地理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕立刚;隋雪艳;汪翔;周兵兵;孙燕;李永乐
  • 通讯作者:
    李永乐

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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