纤维素协同氧化体系LPMO-CDH的适配性研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901066
  • 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:
    C2106.应用生物技术
  • 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

Lytic polysaccharide monooxygenase (LPMO)-cellobiose dehydrogenase (CDH) are redox partners for oxidation of oxidative cleavage of glycoside bonds of celluloses. Synergistic LPMO-CDH system offer great promise for further process improvements owing to their ability to boost the activity of biomass-degrading enzyme consortia. LPMO-CDH synergistic redox system provide celluloses with better accessible oligosaccharides by oxidative breaking cleavage of glycoside bonds of celluloses. The adaptability of LPMO and CDH determines the oxidative activity of LPMO-CDH redox system. However, there is a lack of research on this aspect at the moment. This project is focus on optimizing the structure adaptability of LPMO-CDH system through rational design to optimize the protein-protein interface for improved electron transfer and activity adaptability through co-evolution analysis. Through computational analysis, we will study the molecular reasons of the key amino acid substitutions in protein-protein interface influencing electron transfer and amino acid substitutions influencing the catalytic activity compatibility. This study will generate basic principles and new method to rationally design the synergistic system of LPMO-CDH for efficient cellulose deconstruction.
裂解多糖单加氧酶(LPMO)与纤维二糖脱氢酶(CDH)互为电子受体与供体,二者组成的协同氧化体系能够氧化断裂纤维素的糖苷键使其结构趋于松散,为纤维素水解酶提供更多作用位点,可显著提高纤维素水解酶对结晶纤维素的降解效率。高效的LPMO-CDH协同氧化体系对纤维素降解至关重要,而LPMO与CDH的结构适配性和催化活性适配性是决定其协同氧化活性的关键因素。本课题拟进行LPMO-CDH的结构适配性和催化活性适配性研究,借助计算机辅助设计手段和共进化分析,分别获得二者接触界面上影响结构适配性和各个结构域影响催化活性适配性的关键氨基酸位点;通过筛选获得结构适配性和催化活性适配性提高的突变体;结合分子动力学模拟、自由能分析和电子传递速率测定等手段分析并阐明氨基酸位点影响结构适配性和催化适配性的分子机制,为进一步优化改造LPMO-CDH氧化还原体系的纤维素糖苷键断裂能力奠定理论基础并提供新方法。

结项摘要

裂解多糖单加氧酶(LPMO)与纤维二糖脱氢酶(CDH)互为电子受体与供体,二者组成的协同 氧化体系能够氧化断裂纤维素的糖苷键使其结构趋于松散,为纤维素水解酶提供更多作用位点 ,可显著提高纤维素水解酶对结晶纤维素的降解效率。高效的LPMO-CDH协同氧化体系对纤维素 降解至关重要,而LPMO与CDH的结构适配性和催化活性适配性是决定其协同氧化活性的关键因素。我们开展了LPMO-CDH的结构适配性和催化活性适配性研究,借助蛋白质-蛋白质分子对接,分别获得二者接触界面上影响结构适配性和各个结构域影响催化活性适配性的关键氨基酸位点,发现NcLPMO有19个氨基酸位点与CDH的24个氨基酸位点有相互作用,其中的极性接触有五对氨基酸对;通过筛选获得催化活性提高的LPMO突变体, 其对纤维素的氧化活性高出2.7倍,在与纤维素酶协同作用的结果中,M1对结晶纤维素降解的活性高2.1倍;结合分子动力学模拟、自由能分析等手段分析关键氨基酸位点影响LPMO结构分子机制,发现其CBM结构域对催化活性有重要影响。进而优化了LPMO-CDM的催化活性适配性,发现摩尔比为2:0.4为最佳。以上工作为进一步优化改造LPMO-CDH氧化还原体系的纤维素糖苷键断裂能力奠定理论基础并提供新方法。

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)
裂解性多糖单加氧酶 HcLPMO 与纤维素酶协同降解纤维素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄天晨;杨建花;唐梓静;高乐;张东远;侯颖;朱蕾蕾
  • 通讯作者:
    朱蕾蕾
Recent advances in droplet microfluidics for enzyme and cell factory engineering
用于酶和细胞工厂工程的液滴微流体的最新进展
  • DOI:
    10.1080/07388551.2021.1898326
  • 发表时间:
    2021-03-06
  • 期刊:
    CRITICAL REVIEWS IN BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Yang, Jianhua;Tu, Ran;Zhu, Leilei
  • 通讯作者:
    Zhu, Leilei
Engineered LPMO Significantly Boosting Cellulase-Catalyzed Depolymerization of Cellulose
工程化 LPMO 显着促进纤维素酶催化的纤维素解聚
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.0c05979
  • 发表时间:
    2020-12-23
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Cheng, Chao;Haider, Junaid;Zhu, Leilei
  • 通讯作者:
    Zhu, Leilei

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    朱蕾蕾
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  • 发表时间:
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
    周志益
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    --
  • 发表时间:
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    --
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    --
  • 作者:
    颜伟;黄淼;张跃锋;朱蕾蕾;顾庆雯
  • 通讯作者:
    顾庆雯

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谷氨酸外排蛋白的结构功能关系与性能提升研究
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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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