异戊二烯共培养清洁发酵新体系的建立和蓝细菌-大肠杆菌(或枯草芽孢杆菌)相互作用关系的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670493
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0303.生理生态学
  • 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

With the depletion of the nonrenewable petrochemical resources, bio-isoprene will be a promising alternative towards the petroleum-isoprene, while the environmental pollution problem of the fermentation industry has imposed restrictions on the industrialization of the bio-isoprene production. Although co-culture system can play important roles in developing the technology of clean production, the efficient theoretical guidance for the establishment of clean co-culture system is not available yet. For in depth understanding the establishment strategy of clean co-culture system, and the microbial interactions in the co-culture system, we put forward to establish binary co-culture system for clean isoprene production in the present project and then adopt the methods of microbiome to analyze microbial interactions and the synergy mechanism in the co-culture system. Firstly, the cyanobacterium– Escherichia coli coculture system for clean isoprene production will be established. Bacillus subtilis will be substituted for E. coli in the alternative plan. Secondly, the cyanobacterium– E. coli (or B. subtilis) interactions in the co-culture systems will be investigated to find the rules of material exchange and energy transfer, to obtain the key signal molecules and to analyze the mechanism of gene expression regulation through transcriptome analysis, proteome analysis and metabolome analysis. The mechanisms of cyanobacterium– E. coli (or B. subtilis) interactions and clean isoprene production in the co-culture system will be put forward and verified, which could provide the scientific basis for the establishment of clean co-culture systems and rational design of microbial community. Besides, this study is also going to be an important case in point of microbiome.
随着化石资源日益枯竭,生物法制备异戊二烯将成为替代石化来源异戊二烯的重要方法。然而发酵行业的污染问题却成为了制约异戊二烯生物技术产业化的重要因素。虽然共培养体系对于实现清洁发酵能够起到关键作用,但是共培养清洁发酵研究还处在起步阶段,缺乏有效的理论指导。为了深入研究共培养清洁发酵体系,本项目提出建立异戊二烯二元共培养体系,并进行微生物组学研究分析。首先,拟采用模式生物蓝细菌和大肠杆菌,构建异戊二烯共培养清洁发酵体系。以枯草芽孢杆菌替代大肠杆菌为备选方案。然后,通过转录组学、蛋白质组学、代谢物组学分析,对蓝细菌和大肠杆菌(或枯草芽孢杆菌)的相互作用关系进行研究,获得物质交换和能量传递的规律,寻找关键的信号分子,解析基因表达调控机制,提出并验证微生物共生和异戊二烯大量合成的机制。本研究将为清洁无污染共培养方法的建立提供翔实的科学依据,为微生物群落的理性设计提供例证,并将推动微生物组学的发展。

结项摘要

目前大多数微生物发酵采用分批或补料分批的方式,存在工艺复杂和耗水量大等问题。微生物的连续生产有助于发酵工业的绿色可持续发展。光自养型和异养型共培养体系对建立生物基化学品的连续发酵模式具有重要意义,然而关于藻菌关系的基础研究还处在起步阶段,模式藻菌共培养体系的研究不足。本研究建立了聚球藻-大肠杆菌共培养体系,并实现长时间稳定的异戊二烯合成。与纯培养相比,共培养的发酵时间从100h延长到400h,异戊二烯产量提高了8倍。为了深入解析这个新系统,我们采用了多组学的方法进行了分析研究。S. elongatus PCC 7942光合作用产生的氧化压力触发了大肠杆菌BL21(DE3)一系列的转录、蛋白和代谢层面的反应,这些变化在不同的时空尺度上相互关联。应对氧化压力的代谢通路可能有助于实现长期稳定发酵。虽然该共培养体系的整体效率仍然较低,但是根据组学分析发现的基本规律,未来可以进一步提高和改善藻菌共培养体系的性能。本研究对揭示非自然共生的光自养和异养微生物之间共同的相互作用具有重要意义,可为微生物群落的理性设计提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Study on the isoprene-producing co-culture system of Synechococcus elongates-Escherichia coli through omics analysis.
通过组学分析研究细长聚球藻与大肠杆菌产异戊二烯共培养系统
  • DOI:
    10.1186/s12934-020-01498-8
  • 发表时间:
    2021-01-07
  • 期刊:
    Microbial cell factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Liu H;Cao Y;Guo J;Xu X;Long Q;Song L;Xian M
  • 通讯作者:
    Xian M
Enzymatic process optimization for the in vitro production of isoprene from mevalonate.
从甲羟戊酸体外生产异戊二烯的酶法优化
  • DOI:
    10.1186/s12934-016-0622-4
  • 发表时间:
    2017-01-09
  • 期刊:
    Microbial cell factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Cheng T;Liu H;Zou H;Chen N;Shi M;Xie C;Zhao G;Xian M
  • 通讯作者:
    Xian M
A novel autolysis system controlled by magnesium and its application to poly (3-hydroxypropionate) production in engineered Escherichia coli
镁控制的新型自溶系统及其在工程大肠杆菌中生产聚(3-羟基丙酸酯)的应用
  • DOI:
    10.1080/21655979.2017.1286432
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Bioengineered
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Lacmata Stephen Tamekou;Yao Lan;Xian Mo;Liu Hui;Kuiate Jules-Roger;Liu Huizhou;Feng Xinjun;Zhao Guang
  • 通讯作者:
    Zhao Guang
Improved cis-Abienol production through increasing precursor supply in Escherichia coli.
通过增加大肠杆菌中的前体供应来提高顺式阿双酚产量
  • DOI:
    10.1038/s41598-020-73934-z
  • 发表时间:
    2020-10-08
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Cheng T;Zhao G;Xian M;Xie C
  • 通讯作者:
    Xie C
High titer mevalonate fermentation and its feeding as a building block for isoprenoids (isoprene and sabinene) production in engineered Escherichia coli
高滴度甲羟戊酸发酵及其作为工程大肠杆菌中类异戊二烯(异戊二烯和桧烯)生产的基础材料
  • DOI:
    10.1016/j.procbio.2017.07.021
  • 发表时间:
    2017-11-01
  • 期刊:
    PROCESS BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Liu, Hui;Cheng, Tao;Xian, Mo
  • 通讯作者:
    Xian, Mo

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Engineering
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    刘辉;龙治豪;段铸;施惠鹏
  • 通讯作者:
    施惠鹏

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]
          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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