短乳杆菌NCL912 γ-氨基丁酸代谢支路解析及与三羧酸循环的偶联修饰

批准号:
21566023
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
李海星
依托单位:
学科分类:
B0812.生物化工与合成生物工程
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴红静、聂丽娟、李文明、金磊、雷誉
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中文摘要
γ-氨基丁酸(GABA)是哺乳动物体内主要的抑制性神经递质,具有多种重要的生物学功能,已被批准为新资源食品。利用食品级微生物合成GABA是一种新型绿色技术。短乳杆菌NCL912发酵48h GABA达104g/L(Li, et al. Microb Cell Fact. 2010, 9: 85),具有应用前景。然而,前期工作发现NCL912同时具有GABA降解能力,导致产物浓度降低。推测其中存在GABA代谢支路(三羧酸循环的侧支),将GABA转化为琥珀酸。本项目拟解析NCL912 GABA代谢支路的遗传基础;阐明该支路与三羧酸循环的关联;敲除GABA代谢支路,并强化TCA循环,构建高产GABA基因工程菌;研究菌种的发酵特性,优化培养条件,并通过发酵调控进一步提升产物积累能力。旨在为进一步改造菌种、代谢调控以及阐明GABA的生理功能积累数据;为揭示其它乳酸菌GABA代谢支路提供思路借鉴。
英文摘要
Gamma-aminobutyric acid (GABA) is the major inhibitory neurotransmitter in mammals, with a variety of important biological functions, and has been approved as a new resource food. The synthesis of GABA by food grade microorganisms is a new green technology. The GABA production of Lactobacillus brevis NCL912, an our previously isolated strain, reaches 104g/L with 48 h of fermentation (Li, et al. Microb Cell Fact. 2010, 9: 85), showing a good application prospect. However, our previous studies found that NCL912 also has the ability of degrading GABA, resulting in decrease in concentration of GABA. We speculated that GABA shunt exists in NCL912 (a collateral of tricarboxylic acid cycle), which converts GABA into succinate. This project aims to identify the genetic basis of GABA shunt in NCL912; elucidate the inherent correlation of the shunt and tricarboxylic acid cycle; construct a high-GABA yielding genetically engineered strain by knocking out the GABA shunt and strengthening the tricarboxylic acid cycle; research fermentation characteristics of the strain, optimize its culture conditions, and further enhance the strain’s ability of GABA accumulation through fermentation regulation. Our goals are to accumulate data for further strain modification, metabolic regulation and clarification of GABA’s physiological functions; and offer the reference to reveal GABA shunts of the other lactic acid bacteria.
γ-氨基丁酸(Gamma-aminobutyric acid, GABA)是哺乳动物体内主要的抑制性神经递质,具有多种重要的生物学功能,已被批准为新资源食品。利用食品级微生物合成GABA是一种新型绿色技术。短乳杆菌NCL912发酵48h GABA达104g/L,具有应用前景。然而,前期工作发现NCL912同时具有GABA降解能力,导致产物浓度降低,推测NCL912中存在 GABA的降解途径。主要研究结果如下。.(1)明确了GABA代谢途径中的gadA和gadC基因,分别负责底物脱羧和产物运输。(2)提出了底物缓释自调控pH以提高GABA合成水平的策略,底物谷氨酸可以在发酵前一次性加入,一方面解除了底物抑制,另一方面在整个发酵过程中不需要补充酸液,发酵时间48 h后产物达205 g/L,比传统补料工艺提升了102%。(3)建立了高效、操作简单的基因组步移方法——引物阶梯式部分重叠PCR(Stepwise partially overlapping primer-based PCR,SWPOP-PCR),用于获取已知序列的侧翼。(4)建立了醋酸锌辅助差异沉淀/溶解法(zinc acetate-assisted differential precipitation/dissolution,ZA-DPD)分离底物谷氨酸,方法的关键是在每次沉淀过程中,谷氨酸沉淀试剂保证大部分GABA仍可溶,仅少量GABA与谷氨酸共沉淀;在耦合的溶解过程中,共沉淀的GABA完全溶出,同时仅微量或无谷氨酸溶出,这一过程重复两次,直到完全去除谷氨酸盐。ZA-DPD偶联分光光度法后,可对GABA进行定量。(5)还建立了无Cu2+洗脱预染纸色谱-分光光度法,用于GABA的高通量定量。.研究结果为菌种改造、代谢调控以及阐明GABA的生理功能奠定了基础,可能有助于整体提高乳酸菌的GABA合成水平。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Genomic insights into a robust gamma-aminobutyric acid-producer Lactobacillus brevis CD0817
对强大的 γ-氨基丁酸生产者短乳杆菌 CD0817 的基因组见解
DOI:10.1186/s13568-019-0799-0
发表时间:2019-05-24
期刊:AMB EXPRESS
影响因子:3.7
作者:Gao, Dandan;Chang, Kunpeng;Li, Haixing
通讯作者:Li, Haixing
Substrate sustained release-based high efficacy biosynthesis of GABA by Lactobacillus brevis NCL912.
短乳杆菌 NCL912 基于底物缓释的高效 GABA 生物合成
DOI:10.1186/s12934-018-0919-6
发表时间:2018-05-19
期刊:Microbial cell factories
影响因子:6.4
作者:Wang Q;Liu X;Fu J;Wang S;Chen Y;Chang K;Li H
通讯作者:Li H
DOI:10.13764/j.cnki.ncdl.2018.05.010
发表时间:2018
期刊:南昌大学学报(理科版)
影响因子:--
作者:陈圆洪;常坤朋;李海星;聂丽娟;王水兴;刘晓华
通讯作者:刘晓华
Stepwise partially overlapping primer-based PCR for genome walking.
用于基因组步移的基于引物的逐步部分重叠 PCR
DOI:10.1186/s13568-018-0610-7
发表时间:2018-05-09
期刊:AMB Express
影响因子:3.7
作者:Chang K;Wang Q;Shi X;Wang S;Wu H;Nie L;Li H
通讯作者:Li H
Disassociation of glutamate from γ-aminobutyric acid by zinc acetate-assisted differential precipitation/dissolution: Application to the quantification of γ-aminobutyric acid
醋酸锌辅助微分沉淀/溶解从γ-氨基丁酸中解离谷氨酸:在γ-氨基丁酸定量中的应用
DOI:10.1016/j.chroma.2019.01.002
发表时间:2019-04-12
期刊:JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A
影响因子:4.1
作者:Chen, Yuanhong;Chang, Kunpeng;Wang, Shuixing
通讯作者:Wang, Shuixing
短乳杆菌CD0817合成γ-氨基丁酸的溶氧操纵机制
- 批准号:32160014
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:36万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李海星
- 依托单位:
高产γ-氨基丁酸短乳杆菌NCL912锰离子增强效应的遗传基础解析与改组
- 批准号:31570070
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:李海星
- 依托单位:
短乳杆菌NCL912谷氨酸操纵子的表达调控机制
- 批准号:31200060
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:李海星
- 依托单位:
国内基金
海外基金
