基于原位超分辨技术的微生物胞外电子传递终端协作机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870112
  • 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:
    C0106.微生物与环境互作
  • 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

Extracellular electron transfer (EET) is the key feature of the microbial extracellular respiration, a very unique and new energy metabolism style (totally different from conventional intracellular respiration with soluble electron acceptors). EET played crucial roles on the biogeochemical elements cycling and pollutants transformation. It also showed great potential in bioenergy production and wastewater treatment. Outer membrane cytochrome C (OMC) proteins are the main players for EET at the outer cell membrane (the key final step for EET). Most of the bacteria with extracellular respiration function have multiple OMCs. However, due to no suitable in-situ investigation approach, the knowledge about the coexisted OMCs is still very limited, which makes it hard to understand the biological significance for the coexistence of the OMCs. .By using Shewanella oneidensis MR-1 as the model microorganism, we found that there is interesting synergetic effect between these OMCs during EET. More interestingly, we reported that graphene oxide (GO) can serve as the extracellular electron acceptor for S. oneidensis MR-1 and the bacteria can reduce the GO to reductive GO (rGO), resulting in a remarkable color change and fluorescence spectrum shift. Based on these preliminary results, we proposed to develop a new nanoscale, in-situ, dynamic method to monitor the EET of the OMCs in living cell based on super-resolution microscopy and GO nanoparticles. By employing this new method in combination with comparison between different mutants, we will explore the distribution of each OMC at nanoscale and analysis the relationship among these OMCs. With the rational control of EET flow (eg., active or inactive; up or down regulation), we will further characterize the EET function of each OMC (final electron exportation OMC, electron relay OMC or the assistant OMC without EET capability). Furthermore, by using genetic approaches and dynamic EET monitoring method developed in this study, we will elucidate the EET network among the OMCs and the electron flux distribution among each pathway. Finally, a model for EET with OMCs (emphasis on their synergetic effect) will be proposed and validated with different methods (such as pure protein analysis or other super-resolution techniques). .This project will bring the breakthrough on the method for EET in-situ investigation, provide new insight on the mechanism for the electron transfer with OMCs at nanoscale. These new knowledge and methods to be delivered will help to understand the biological significance for the coexistence of multiple OMC proteins and add new dimension to EET research to unveil the mystery of the microbial extracellular respiration.
胞外电子传递(EET)是独特的微生物能量代谢过程,是地球元素循环和污染物迁移转化的重要驱动力。外膜细胞色素C(OMC)蛋白是EET终端关键功能蛋白,胞外呼吸菌有多种OMC蛋白共存,但其原位工作模式及共存的生物学意义尚属未知。我们前期研究预示OMC蛋白间存在协同作用,且报道了OMC蛋白对氧化石墨烯(GO)的EET致变色效应。据此,本项目将基于GO的生物电致变色规律、结合超分辨显微技术,建立OMC蛋白EET的活细胞、原位、纳米尺度研究新方法;在此基础上,揭示多种OMC蛋白的空间分布规律及关系,原位解析OMC蛋白的功能及协作关系;结合突变株和EET原位动态分析,阐明OMC蛋白间的电子传递网络及流量分布规律;提出并多角度验证EET终端协作机制模型。预期将实现EET原位研究方法纳米尺度的突破、揭示OMC蛋白的电子传递协作机制,为深入理解OMC蛋白共存的生物学意义及EET过程机制提供新理论、新方法。

结项摘要

以胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer, EET)为特征的胞外呼吸,完全区别于传统认知的“胞内呼吸”(含好氧和厌氧),是一种特殊的、全新的微生物能量代谢模式。胞外呼吸赋予了微生物更灵活的能量代谢方式,扩展了微生物生存范围,也是地球元素循环、环境污染物(如重金属、放射性元素)迁移转化的重要驱动力。因此,本项目聚焦模式胞外呼吸菌Shewanella oneidensis MR-1,成功搭建了用于微生物活细胞蛋白成像分析的STED超分辨显微系统;设计并建立了微生物活细胞蛋白超分辨显微成像标记方法;建立了单细胞电子传递实时监测技术;揭示了氧化石墨烯生物还原规律及机理;发现了希瓦氏菌细胞周质电子阱;设计、创建并阐明了希瓦氏菌杂合跨膜电子传递链;阐明了希瓦氏菌胞外电子传递关键终端蛋白MtrC与OmcA,OmcA与MtrF的协作关联机理,建立了希瓦氏菌胞外电子传递终端蛋白的协作机理模型;创建了生物活性石墨烯水凝胶、单细胞电子捕集器等希瓦氏菌胞外电子传递强化调控新策略,突破了单细胞电子传递效率极限;在深入认识希瓦氏菌高效胞外电子传递性能及机制的基础上,成功开发了基于希瓦氏菌胞外电子传递能力的全细胞生物电化学传感器、CO2高效生物电化学转化系统和石墨烯基杂合生物产氢体系。以上研究成果,为微生物胞外呼吸研究提供了新方法和新技术,阐明了微生物胞外电子传递末端协作机理,建立了胞外电子传递系列新策略并突破了单细胞胞外电子传递极限,为进一步深入认识微生物胞外呼吸提供了新的理论依据,为推动微生物胞外呼吸的应用提供了新的基础和支撑。基于以上研究成果,项目实施期间共发表SCI论文17篇,含Nature Communications杂志论文1篇,申请发明专利6项(授权2项),培养博士毕业生2名,硕士毕业生2名,圆满完成了项目任务。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
A Whole-Cell Inorganic-Biohybrid System Integrated by Reduced Graphene Oxide for Boosting Solar Hydrogen Production
由还原氧化石墨烯集成的全细胞无机生物混合系统,用于提高太阳能制氢能力
  • DOI:
    10.1021/acscatal.0c03594
  • 发表时间:
    2020-11-20
  • 期刊:
    ACS CATALYSIS
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Shen, Hongqiang;Wang, Yan-Zhai;Yong, Yang-Chun
  • 通讯作者:
    Yong, Yang-Chun
Vertical alignment of polyaniline nanofibers on electrode surface for high-performance microbial fuel cells
高性能微生物燃料电池电极表面聚苯胺纳米纤维的垂直排列
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2019.121499
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Dan-Dan Zhai;Zhen Fang;Hongwei Jin;Ming Hui;Christopher Joseph Kirubaharan;Yang-Yang Yu;Yang-Chun Yong
  • 通讯作者:
    Yang-Chun Yong
Yeast-induced formation of graphene hydrogels anode for efficient xylose-fueled microbial fuel cells
酵母诱导形成石墨烯水凝胶阳极,用于高效木糖燃料微生物燃料电池
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.132963
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Jamile Mohammadi Moradian;Jian-Li Mi;Xinyan Dai;Guo-Feng Sun;Jing Du;Xiao-Mei Ye;Yang-Chun Yong
  • 通讯作者:
    Yang-Chun Yong
Synthetic curli enables efficient microbial electrocatalysis with stainless-steel electrode
合成 Curli 通过不锈钢电极实现高效微生物电催化
  • DOI:
    10.1002/aic.16897
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    AIChE Journal
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Suo Di;Fang Zhen;Yu Yang-Yang;Yong Yang-Chun
  • 通讯作者:
    Yong Yang-Chun
Bacterial nanoencapsulation with cytocompatible atom transfer radical polymerization for improved Cr(VI) removal
采用细胞相容性原子转移自由基聚合的细菌纳米封装可改善 Cr(VI) 的去除
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.124068
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Xue Ying;Yu-Xuan Chen;Yang-Yang Yu;Yang-Chun Yong
  • 通讯作者:
    Yang-Chun Yong

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

以沼液为原料的微生物燃料电池产电降解特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雍阳春;孙永明;陈怡露;郑涛
  • 通讯作者:
    郑涛

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

雍阳春的其他基金

单细胞生物电驱动铁基纳米材料循环脱卤体系构建及机理研究
  • 批准号:
    52170081
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微生物电还原重金属污染物的多重反向电子传递途径解析及调控研究
  • 批准号:
    51578266
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    64.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型生物还原法制备石墨烯过程的微生物群体感应调控及机制研究
  • 批准号:
    21306069
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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]
      
关闭
close
客服二维码