克雷伯氏菌氧化还原电位响应的分子机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    30900012
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    张延平
  • 依托单位：
    中国科学院微生物研究所
  • 学科分类：
    C0103.微生物组学与代谢
  • 结题年份：
    2012
  • 批准年份：
    2009
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

利用氧化还原电位(ORP)对兼性厌氧微生物发酵过程进行调控，是近年来快速发展的一项重要技术。然而，ORP如何影响微生物胞内代谢反应，微生物又如何适应环境ORP变化，目前尚缺乏系统深入的认识。申请人在前期研究Klebsiella oxytoca厌氧发酵的过程中，获得3株生理性状发生较大改变的突变株（分别是抗氯化锂突变株YMU1、具有NADH再生能力的工程菌OF-1及乙醇途径阻断的工程菌DA-1HB）。已发现这些菌株及野生菌M5al具有不同的最适ORP范围，且代谢表型差异明显。本项目拟以这4株菌为模型，通过比较蛋白质组学分析，研究同一ORP条件下4株菌的胞内蛋白质表达和修饰等差异，发现与ORP响应相关的分子基础；进而研究不同ORP条件下胞内蛋白质组的变化，探索菌株如何通过胞内蛋白质表达变化适应环境ORP的改变；最终在分子水平上揭示菌株对ORP响应的分子机制，为提高兼性厌氧菌发酵效率提供新认识。

结项摘要

利用氧化还原电位（ORP）对兼性厌氧微生物发酵过程进行调控，是近年来快速发展的一项重要技术，显著影响生物基化学品及生物能源等的生产效率。然而，ORP如何影响微生物胞内代谢反应，目前尚缺乏系统深入的认识。这种认识上的不足既限制了ORP控制策略的应用，也阻碍了根据ORP响应机制进行菌株工程改造的策略设计。本研究以兼性厌氧菌Klebsiella oxytoca为模式菌株，结合代谢通量分析与比较蛋白质组学研究，初步揭示了该菌响应ORP调控的分子基础：.（1）研究了不同氧化还原电位（ORP）条件下菌体生长和代谢的差异：当发酵体系ORP从-150 mV下调到-240 mV时，细胞的生长明显受到抑制，但1,3-丙二醇的产量显着增加。.（2）比较蛋白质组分析发现61个差异表达的蛋白主要参与碳水化合物代谢、细胞生物质合成和还原应激反应。催化1,3-丙二醇合成的假设蛋白—1,3-丙二醇还原酶（HOR）显着上调表达，而运输及生物质前体合成相关的蛋白质表达量下调。.（3）代谢通量分析发现低 ORP条件下甘油还原代谢途径通量显著提高，与比较蛋白质组分析的结果高度一致。更重要的是，发现调控不同ORP条件时，NADH再生途径通量发生显著变化，可使细胞在低ORP条件下获得更多还原力NADH。该结果与上述HOR显著上调表达一起，可能是导致菌体在低ORP条件下虽然菌体生长受到抑制，但1,3-丙二醇的产量显着增加的重要原因。.（4）通过将蛋白质表达谱在代谢网络中定位，并与代谢通量分布变化进行关联分析，对菌株如何响应ORP变化并影响代谢表型，获得了比较系统的认识，同时为进一步进行菌株优化提供了改造靶点。.（5）将上述ORP调控策略应用于另外一株厌氧菌——Clostridium acetobutylicum发酵体系，使目的产品丁醇批式发酵浓度达到16.8 g/L，比对照情况提高 40%左右。.（6）培养博士研究生2名；研究成果在TWAS-ROESEAP Symposium on Industrial Biotechnology（北京，2011）、IBS 2012（韩国，2012）、Metabolic Engineering IX（法国，2012）等国际会议上分别以会议报告、分会报告及poster形式展示，受到众多与会者的关注；发表SCI论文1篇，另1篇正在修回。

项目成果

期刊论文数量（1）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Controlling the oxidoreduction potential of the culture of Clostridium acetobutylicum leads to an earlier initiation of solventogenesis, thus increasing solvent productivity
控制丙酮丁醇梭菌培养物的氧化还原电位可以更早地启动溶剂生成，从而提高溶剂生产率
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Wang; Shaohua;Zhu; Yan;Zhang; Yanping;Li; Yin
  • 通讯作者：
    Yin

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其他文献

ＧＪＢ２基因条件敲除小鼠耳蜗扫描电镜观察
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张延平
  • 通讯作者：
    张延平
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  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
    张延平;李丽娜
  • 通讯作者：
    李丽娜
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  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国听力语言康复科学杂志
  • 影响因子：
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  • 作者：
    张延平
  • 通讯作者：
    张延平
Designing and creating a modularized synthetic pathway in cyanobacterium Synechocystis enables production of acetone from carbon dioxide
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  • 发表时间：
    --
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国听力语言康复科学杂志
  • 影响因子：
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  • 作者：
    张延平
  • 通讯作者：
    张延平

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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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