谷氨酸棒杆菌L-脯氨酸外排蛋白的鉴定及功能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31800038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0103.微生物组学与代谢
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Bacterial amino acid export is evolved to keep intracellular amino acid homoeostasis, and it also plays an essential role in amino acid metabolism of bacteria. Engineering amino acid export becomes a common strategy to increase the production of industrial strains. The exporters of 14 amino acids have been identified in bacteria, however, no L-proline exporter is reported to date. Corynebacterium glutamicum, a model strain for studying amino acid metabolism, has been widely used for industrial production of various amino acids. L-proline export is also involved in osmotic regulation of bacteria including C. glutamicum. In this project, we will firstly construct a whole-genome scale repression library of membrane transport proteins in C. glutamicum by using CRISPRi technology, and the library will be screened to obtain potential L-proline export genes whose repressions cause reduced extracellular L-proline concentrations. Then, the real L-proline exporter of C. glutamicum will be identified by classic functional study of amino acid exporters. Subsequently, the efflux mechanism of L-proline such as substrate specificity, efflux rate and driving force will be determined. We will also study the effect of L-proline export on cell survival under different osmotic pressure and its response to sudden osmotic pressure changes in C. glutamicum. The outcome of this project will enrich the understanding of bacterial L-proline metabolism and osmotic pressure regulation mechanism of C. glutamicum, and will also provide a new target for increasing L-proline production of C. glutamicum.
细菌的氨基酸外排是为平衡胞内氨基酸浓度而进化形成的,是细菌氨基酸代谢的重要组成部分。强化氨基酸外排也是改造氨基酸工业菌株的重要手段,细菌中已鉴定14种氨基酸的外排蛋白,但至今没有L-脯氨酸外排蛋白被报道。谷氨酸棒杆菌是氨基酸代谢研究及工业生产的重要菌株,L-脯氨酸外排还参与谷氨酸棒杆菌等细菌的渗透压调节。本项目拟采用CRISPRi技术构建谷氨酸棒杆菌全基因组规模膜转运蛋白基因的抑制库,筛选抑制后影响L-脯氨酸外排的基因;再基于经典的功能验证鉴定L-脯氨酸外排蛋白;通过检测外排蛋白的底物特异性、外排速度及外排驱动力,阐明L-脯氨酸外排蛋白的外排机制;分析L-脯氨酸外排蛋白对谷氨酸棒杆菌适应不同渗透压环境和应对渗透压变化的作用,揭示L-脯氨酸外排蛋白的渗透压调节功能。本项目的实施将完善细菌的L-脯氨酸代谢模式,为改造L-脯氨酸工业菌株提供新靶标,也为提升谷氨酸棒杆菌的渗透压适应性提供新思路。

结项摘要

细菌的氨基酸外排是为平衡胞内氨基酸浓度而进化形成的,是细菌氨基酸代谢的重要组成部分。强化氨基酸外排也是改造氨基酸工业菌株的重要手段,细菌中已鉴定14种氨基酸的外排蛋白,但至今没有L-脯氨酸外排蛋白被报道。谷氨酸棒杆菌是氨基酸代谢研究及工业生产的重要菌株,L-脯氨酸外排还参与谷氨酸棒杆菌等细菌的渗透压调节。如何筛选并鉴定谷氨酸棒杆菌的L-脯氨酸外排蛋白,进而研究其L-脯氨酸外排及渗透压调节功能是本项目的重点研究内容。首先,在L-脯氨酸生产底盘基础上,采用CRISPRi技术构建了谷氨酸棒杆菌全基因组规模膜转运蛋白基因的抑制库,通过孔板筛选获得3个抑制后降低L-脯氨酸外排的基因。基因敲除验证发现只有cgl2622敲除可以降低L-脯氨酸外排,进一步测定cgl262敲除、回补及过表达对发酵过程细胞内外L-脯氨酸浓度的影响,确认Cgl2622为L-脯氨酸外排蛋白。其次,基于经典的寡肽添加实验,分析了cgl2622基因对谷氨酸棒杆菌L-脯氨酸外排速度的影响,发现基因敲除可以显著降低L-脯氨酸的外排速度。最后,通过测试cgl2622基因敲除和过表达,分析其对谷氨酸棒杆菌适应不同渗透压环境的影响,结果表明该基因对谷氨酸棒杆菌适应不同渗透压环境没有明显影响。本项目的实施,鉴定了目前唯一一个L-脯氨酸外排蛋白,完善了细菌的L-脯氨酸代谢模式,为改造L-脯氨酸工业菌株提供新靶标。

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(4)
CRISPR-assisted rational flux-tuning and arrayed CRISPRi screening of an L-proline exporter for L-proline hyperproduction
CRISPR 辅助合理通量调节和阵列 CRISPRi 筛选 L-脯氨酸输出蛋白以实现 L-脯氨酸过量生产
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Liu Jiao;Liu Moshi;Shi Tuo;Guannan Sun;Ning Gao;Xiaojia Zhao;Xuan Guo;Xiaomeng Ni;Qianqian Yuan;Jinhui Feng;Zhemin Liu;Yanmei Guo;Jiuzhou Chen;Yu Wang;Ping Zheng;Jibin Sun
  • 通讯作者:
    Jibin Sun
Mutations in Peptidoglycan Synthesis Gene ponA Improve Electrotransformation Efficiency of Corynebacterium glutamicum ATCC 13869.
肽聚糖合成基因 ponA 的突变提高了谷氨酸棒杆菌 ATCC 13869 的电转化效率。
  • DOI:
    10.1128/aem.02225-18
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied and Environmental Microbiology
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Liu Jiao;Wang Yu;Lu Yujiao;Ni Xiaomeng;Guo Xuan;Zhao Jing;Chen Jiuzhou;Dele-Osibanjo Taiwo;Zheng Ping;Sun Jibin;Ma Yanhe
  • 通讯作者:
    Ma Yanhe
谷氨酸棒杆菌人工合成启动子文库的构建及应用
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.210202
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘莫识;刘娇;孙冠男;路福平;王钰;郑平;孙际宾
  • 通讯作者:
    孙际宾

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其他文献

丙型肝炎病毒F蛋白抑制肝癌细胞增殖功能的研究
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    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    周帆;刘娇;陈庆美;单哓亮;陈林林;权会琴;唐霓
  • 通讯作者:
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藁本内酯介导的线粒体自噬减轻HT22细胞的缺糖缺氧/复氧损伤
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汪宁
三聚氰胺及其同系物的毒理学研究进展
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    何剑斌
黄药子与甘草配伍对大鼠肝脏CYP450基因表达的影响
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于灰色关联模型的贵州省耕地利用效率及其影响因素研究
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  • 发表时间:
    2018
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈海喜;钟九生;兰安军;刘娇;赵妮平
  • 通讯作者:
    赵妮平

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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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