基于改造联苯双加氧酶获取高溴代二苯醚降解菌并用于土壤修复的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41671314
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0701.环境土壤学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are common pollutants extremely resistant to degradation. PBDEs usually exist in the form of highly brominated congeners. Highly brominated PBDEs cannot be degraded by known microbes, which hampered the development of remediation techniques for PBDEs-contaminated soil. On the basis of the lower brominated PBDEs degrading bacterium Cupriavidus basilensis WS, this project is going to construct a high-throughput screening system against the key enzyme in the degradation pathway, finally lead to the creation of a degradation tool targeting highly brominated PBDEs in soil: 1) By coupling PBDEs degradation with fluorescence signal, construct a high-throughput screening system against PBDEs degrading ability of biphenyl dioxygenase; 2) After several rounds of mutation and screening targeting the BphA1 subunit of BPDO with the aid of high-throughput screening method, obtain the mutated BPDO capable of degrading highly brominated PBDEs; 3) Introduce the mutated BphA1 into C. basilensis WS using CRISPR-Cas9 mediated genome editing, transforming it into a safe and stable recombinant strain; 4) Modeling the remediation of soil contaminated by highly brominated PBDEs by recombinant strain, with the aim of analyzing the degradation ability of the substrate, concentration of residual end products, the stability of recombinant strain in soil, the stability of mutated bphA1, and the variation of other soil microbes. Major improvements have been made and integrated in several sections of this project. The project will make the degradation of highly brominated PBDEs in soil possible, and provide a new solution for remediation of soil contaminated by halogenated organic compounds.
多溴二苯醚是一类极难降解的常见污染物,多以高溴代形式存在。目前已知的微生物均无法有效降解高溴代二苯醚,致使相关土壤修复技术难以成型。本项目将在低溴代二苯醚降解菌基础上,对其关键酶加以改造,最终获得安全有效的土壤高溴代二苯醚降解工具:1)基于荧光信号偶联,建立针对联苯双加氧酶氧化高溴代二苯醚能力的高通量筛选体系;2)结合高通量筛选方法,对联苯双加氧酶的BphA1亚基进行多轮突变及筛选,获得可转化高溴代二苯醚的改造酶;3)采用基于Cas9的基因组编辑,将BphA1突变引入原始菌,获得安全、稳定的重组菌;4)模拟重组菌修复受高溴代二苯醚污染土壤的过程,考察其底物降解能力及产物残留情况,分析重组菌在土壤中存活能力、突变bphA1基因的稳定性、其他微生物丰度变化等指标。本项目在多个环节进行了技术创新,并将其有机整合,使土壤中高溴代二苯醚的降解成为可能,为受卤代有机物污染土壤的修复提供了新的思路。

结项摘要

目前已知的微生物均无法降解高溴代的PBDEs,导致相关的修复技术难以成型。本研究对低溴代二苯醚降解菌中的关键酶BPDO进行改造后构建了重组菌株,并分析重组菌对高溴代PBDEs的降解行为。结果发现:(1) 通过对BPDO中的bphA1进行突变、筛选,最终可获得具氧化9个取代溴PBDEs的突变体;(2) BPDO突变子对八溴、九溴等高溴代PBDEs的氧化降解率可达80 %以上,且溴代取代基的数量和结构会影响加氧位置,溴取代基越少的苯环更容易发生开环反应,且相对于间/对位取代,活性氧自由基更倾向于攻击二苯醚苯环上的邻位取代;(3) 基因改造后重组菌株的相关降解酶能发挥正常功能,实现对高溴代PBDEs的降解;(4) 重组菌株在土壤中仍具备对高溴代PBDEs的降解能力;(5) 突变基因bphA1在菌中具较高的稳定性,且重组菌株在土壤中具良好的存活情况,也不会对土著微生物造成显著影响。本研究从分子水平对多个环节进行了技术创新,为土壤中高溴代PBDEs的生物修复提供重要的参考依据。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Bioaccumulation, growth performance, and transcriptomic response of Dictyosphaerium sp. after exposure to nonylphenol
Dictyosphaerium sp. 的生物累积、生长性能和转录组反应。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2019.06.136
  • 发表时间:
    2019-10-15
  • 期刊:
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Cheng, Qilu;Zhou, Qifa;Zhao, Yuhua
  • 通讯作者:
    Zhao, Yuhua
Chitin degradation and the temporary response of bacterial chitinolytic communities to chitin amendment in soil under different fertilization regimes
不同施肥制度下土壤中几丁质的降解和细菌几丁质分解群落对几丁质改良的暂时反应
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2019.136003
  • 发表时间:
    2020-02-25
  • 期刊:
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Hui, Cai;Jiang, Hui;Zhao, Yuhua
  • 通讯作者:
    Zhao, Yuhua
New two-component regulatory system required for the constitutive expression of bph operon in Cupriavidus basilensis WS
Cupriavidus basilensis WS 中 bph 操纵子组成型表达所需的新双组分调控系统
  • DOI:
    10.1007/s00253-019-09686-2
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Sheng Wang;Yajun Li;Bing Wang;Linna Du;Hui Jiang;Yuhua Zhao
  • 通讯作者:
    Yuhua Zhao
Removal of nitrite from aqueous solution by Bacillus amyloliquefaciens biofilm adsorption
解淀粉芽孢杆菌生物膜吸附去除水溶液中亚硝酸盐
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2017.06.176
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Hui, Cai;Guo, Xiaoxiao;Zhao, Yu-Hua
  • 通讯作者:
    Zhao, Yu-Hua
The overexpression of one single cbh gene making Trichoderma asperellum T-1 a better cellulase producer
一个 cbh 基因的过度表达使木霉 T-1 成为更好的纤维素酶生产者
  • DOI:
    10.1007/s13213-019-01458-7
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Annals of Microbiology
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Qun Wang;Liang Chen;Chengran Fang;Hua Wang;Yun Shi;Yuhua Zhao
  • 通讯作者:
    Yuhua Zhao

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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
    史峻平
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:

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AI项目解读示例

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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