一条全新的细菌生物素前体的生物合成途径研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870029
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0103.微生物组学与代谢
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a fatty acid derivative sulfur-containing vitamin, biotin is an essential enzyme cofactor in bacteria because it plays critical roles in central metabolic processes. The biosynthesis of the precursor molecule (pimelic acid carbon skeleton) is a key step in bacterial biotin synthesis, which is diverse and provides new targets to develop antibacterial drugs targeting different bacteria. However, only the E. coli BioC-BioH pathway is thoroughly understood so far. Our preliminary results showed that the bioZ gene from two different bacteria in Rhizobiales can genetically complement E. coli bioC and bioH mutants, respectively, showing that the bioZ gene is involved in a novel biosynthetic pathway for biotin precursor in bacteria. In this project, A. tumefaciens is used as the research object, and the following three aspects will be studied via in vitro functional analysis and in vivo gene knockout: (1) BioZ function and its role in biotin biosynthesis; 2) molecular basis for BioZ substrate recognition; and (3) identification of other synthetase in the BioZ pathway. The aim of this project is to elucidate a new biosynthesis mechanism of bacterial biotin precursor, to enrich and improve the physiological and metabolic mechanisms of bacteria, and to provide a theoretical basis for the development of new antibacterial agents targeting biotin biosynthesis.
生物素作为一种脂肪酸衍生物类含硫维生素,是细菌生长代谢所必需的辅酶因子。生物素前体(庚二酸碳骨架)的生物合成是细菌生物素合成的关键步骤,且在细菌中存在广泛的多样性,这为研发针对不同细菌的抗菌药物提供特异性靶点。但迄今为止研究透彻的生物素前体合成只有大肠杆菌的BioC-BioH途径。本项目前期研究发现根瘤菌目中2种不同细菌的bioZ基因可分别异体遗传互补大肠杆菌bioC和bioH突变株,初步表明存在一条bioZ参与的细菌生物素前体的合成新途径。本项目以根癌农杆菌为研究对象,采用体外功能分析和体内基因敲除两种策略,开展以下三方面的研究:(1)BioZ的生化功能及其在生物素合成中的作用;(2)BioZ底物识别的分子基础;(3)BioZ途径中其他聚合酶的鉴定。该项目旨在阐明细菌生物素前体生物合成的一种新机制,丰富和完善细菌生理代谢机理,为研发针对生物素合成途径的新型抗菌药物提供理论基础。

结项摘要

细菌生物素的生物合成途径是极具潜力的研发新型抗菌药物的靶标。生物素合成的关键是其前体七碳单位庚二酸碳骨架的来源,不同细菌其生物素前体的合成代谢途径具有多样性。到目前为止,大肠杆菌BioC-BioH途径和芽孢杆菌BioI-BioW途径研究得较为清楚,但植物致病菌根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)中BioZ途径如何合成庚二酸单酰ACP仍不清楚。本项目以根癌农杆菌为研究对象,采用体外功能分析和体内基因敲除两种策略,研究BioZ的生化功能以及BioZ底物识别的分子基础。取得的主要成果有:(1)鉴定了影响BioZ酶活的6个关键氨基酸残基,包括W47, L90, V265, S286, T290 和 A315F,并验证了关键氨基酸差异并不能解释底物识别特异性。(2)解析了BioZ 和FabH底物识别差异性的分子机制,将α9-β10 loop环和残基Ala317从AtBioZ移植到EcFabH,导致FabH的底物偏好从acetyl-CoA转变到galutaryl-CoA,反之亦然,证实了它们是底物特异性和结合的结构决定因素。(3)鉴定了存在于立克次体和卡他莫拉菌生物素前体合成途径中关键酶BioT、BioU以及BtsA,并验证BtsA参与卡他莫拉菌的毒力。该项目共发表SCI论文4篇,培养硕博士研究生3名。总之,该项目阐明细菌生物素前体生物合成中BioZ的酶学催化新机制,丰富和完善了细菌生理代谢机理,为研发针对生物素合成途径的新型抗菌药物提供理论基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Moraxella Virulence Factor Catalyzes an Essential Esterase Reaction of Biotin Biosynthesis
莫拉氏菌毒力因子催化生物素生物合成的必需酯酶反应
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2020.00148
  • 发表时间:
    2020-02-11
  • 期刊:
    FRONTIERS IN MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zeng,Qi;Yang,Qi;Bi,Hongkai
  • 通讯作者:
    Bi,Hongkai
The Cyclopropane Fatty Acid Synthase Mediates Antibiotic Resistance and Gastric Colonization of Helicobacter pylori
环丙烷脂肪酸合酶介导幽门螺杆菌的抗生素耐药性和胃定植
  • DOI:
    10.1128/jb.00374-19
  • 发表时间:
    2019-10-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF BACTERIOLOGY
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Jiang, Xueqing;Duan, Yuanyuan;Bi, Hongkai
  • 通讯作者:
    Bi, Hongkai
A back-door Phenylalanine coordinates the stepwise hexameric loading of acyl carrier protein by the fatty acid biosynthesis enzyme beta-hydroxyacyl-acyl carrier protein dehydratase (FabZ)
后门苯丙氨酸通过脂肪酸生物合成酶 β-羟酰基-酰基载体蛋白脱水酶 (FabZ) 协调酰基载体蛋白的逐步六聚加载
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2019.01.094
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Shen Siqi;Hang Xudong;Zhuang Jingjing;Zhang Lin;Bi Hongkai;Zhang Liang
  • 通讯作者:
    Zhang Liang
Helicobacter pylori FabX contains a [4Fe-4S] cluster essential for unsaturated fatty acid synthesis.
幽门螺杆菌 FabX 含有不饱和脂肪酸合成必需的 [4Fe-4S] 簇
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-27148-0
  • 发表时间:
    2021-11-26
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhou J;Zhang L;Zeng L;Yu L;Duan Y;Shen S;Hu J;Zhang P;Song W;Ruan X;Jiang J;Zhang Y;Zhou L;Jia J;Hang X;Tian C;Lin H;Chen HZ;Cronan JE;Bi H;Zhang L
  • 通讯作者:
    Zhang L

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毕洪凯的其他基金

基于细菌不饱和脂肪酸合成新机制的抗幽门螺杆菌药物靶点确证及先导化合物发现研究
  • 批准号:
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    2020
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    55 万元
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    面上项目
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    面上项目

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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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