大气压冷等离子体对酿酒酵母胞内钙离子浓度调控机制及对其代谢过程强化研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21476032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 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

The free calcium ion in a special concentration range plays essential roles in microbial growth and product formation. It has been discovered that the intracellular free-Ca2+ concentration ([Ca2+]i) is increased, promoting the cell growth and improving ethanol yield in Saccharomyces cerevisiae, by cold plasma at atmospheric pressure under the specific discharge parameters in our previous study. The calcium channel may be stimulated opening,which induces the formation of calcium signaling, when cellular membrane is depolarized by the active species in plasma. Correspondingly, the transmembrane proton motive force is enhanced by calcium signaling. This drives the dephosphorylation of ATP to ADP. The lowered ATP/ADP ratio alters the cofactors metabolism of NADH/NAD+ and NADPH/NADP+. These changes have impacts on the activities of the cofactor-dependent enzymes, leading to the redistribution of the carbon flow and the metabolism flux in the central metabolism. As a result, cell growth and ethanol yield of Saccharomyces cerevisiae are improved. To verify the hypothesis, the methods of mRNA expression, protein expression, gene disruption and metabolic flux analysis are intended to use in this project. The mechanism will be explored that the metabolism processing in Saccharomyces cerevisiae is enhanced due to perturbation of cofactor metabolism under the mediation of the calcium signaling induced by cold atmospheric plasma. This result will provide a theoretical groundwork for a novel approach of metabolic regulation, control of cold plasma at atmospheric pressure, and also lay a foundation for an equipment of in-situ enhanced microbial fermentation by cold plasma.
在微生物转化中,一定浓度的钙离子有助于菌体生长和代谢产物形成。我们前期研究发现:大气压冷等离子体在特定放电条件下,可以提高酿酒酵母胞内钙离子浓度,促进菌体生长和提高乙醇转化率。其可能机制是特定放电性质等离子体活性因子使细胞膜去极化,激活钙通道开放形成钙信号;钙信号通过增强质子泵跨膜动力,促进ATP去磷酸化形成ADP;ATP/ADP比率降低会改变其它辅因子NAD+和NADP+的代谢,从而影响辅因子依赖代谢关键酶活性,导致中心代谢途径碳流向和代谢通量重新分布,促进菌体生长和乙醇转化率提高。对这一推断的证实,有利于将大气压冷等离子体发展为一种新型代谢调控方法。因此,本项目拟运用mRNA表达、蛋白质表达、功能基因缺失、代谢通量分析等方法,揭示大气压冷等离子体调控的钙信号,通过扰动辅因子代谢,强化细胞代谢过程的机理。该研究最终为建立大气压冷等离子体在线强化微生物发酵装置奠定基础。

结项摘要

在微生物转化过程中,钙离子是重要第二信使,参与细胞多种生理活动,因此调控钙通道开放对提高微生物转化能力具有重要意义。本项目首先建立了荧光探针Fluo-3 AM结合多功能酶标仪精确表征等离子体处理后的酿酒酵母细胞内绝对钙离子浓度的新方法;明确了等离子体诱导后细胞内钙离子来源问题和细胞膜通透性提高的机制,建立大气压冷等离子体调控细胞膜通透性的新方法。从代谢水平揭示大气压冷等离子体间接调控钙依赖ATPase表达,扰动辅因子(ATP和NADH)代谢,强化酿酒酵母代谢的机制。通过多尺度微环境中活性因子研究,明确大气压冷等离子体活性因子在微生物强化过程中的级联反应机制和长效机制。设计和创制了具有四对平行上下电极的等离子体强化新装置,解决了处理样品的平行性和重复性问题。本课题的研究成果有利于推动大气压冷等离子体生物过程强化技术的创建和发展。

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(5)
A novel approach to regulate cell membrane permeability for ATP and NADH formations in Saccharomyces cerevisiae induced by air cold plasma
一种调节空气冷等离子体诱导的酿酒酵母中 ATP 和 NADH 形成的细胞膜通透性的新方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Dong Xiaoyu;Liu Tingting;Xiong Yuqin
  • 通讯作者:
    Xiong Yuqin
Measurement of cytoplasmic Ca2+ concentration in Saccharomyces cerevisiae induced by air cold plasma
空气冷等离子体诱导的酿酒酵母细胞质Ca2+浓度的测定
  • DOI:
    10.1088/2058-6272/aa9479
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Plasma Science and Technology
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Xiaoyu Dong
  • 通讯作者:
    Xiaoyu Dong
大气压冷等离子体:强化微生物发酵的新技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    2015年中国化工学会年会论文集
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董晓宇
  • 通讯作者:
    董晓宇
Parameter Optimization for Enhancement of Ethanol Yield by Atmospheric Pressure DBD-Treated Saccharomyces cerevisiae
常压 DBD 处理的酿酒酵母提高乙醇产量的参数优化
  • DOI:
    10.1088/1009-0630/16/1/16
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    PLASMA SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Dong Xiaoyu;Yuan Yulian;Zhang Xiuling
  • 通讯作者:
    Zhang Xiuling
大气压冷等离子体活性因子分析及其对克雷伯氏菌细胞膜影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    2015年中国化工学会年会论文集
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董晓宇;刘婷婷;王萧;任春生;修志龙
  • 通讯作者:
    修志龙

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  • 通讯作者:
    董晓宇
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董晓宇的其他基金

大气压冷等离子体对酿酒酵母细胞膜通透性的调控
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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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