基于轴向配位膜蛋白的胞外电子转移活体调控及机制解析

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21277035
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Extracellular respiration is a novel microbial metabolism, which involves electron transfer to or from extracellular substrates, termed as extracellular electron transfer. Extracellular respiration shows environmental significance and potential application in bioremediation, wastewater treatment, bioenergy recovery and so on. However, the low electron transfer efficiency is one of the major limitions to the practical application. Currently, great efforts have been paid to greatly improve the extracellular electron tranfser efficiency. Membrane-bound redox proteins are the key components of the extracellular electron transfer chain. It has been found that the electron tranfer process of these redox proteins could be controlled through axial ligation. However, previous studies mainly focused on the electron tranfer control of puried proteins and less attention has been paid to the in vivo redox proteins. In this project, based on the characteristics of extracellular electron transfer, we propose to control the redox process of the living redox proteins through axial ligation. We will systemically study the electrochemical properties of living porteins in the presence of different types of axial ligants. We will also probe the effects of the axial ligation on the microbial iron reduction, microbial electrode redcution as well as catalytical oxygen reduction, and reveal the intrinsic mechanism of in vivo control of redox proteins. The results will provide new clues for understanding the extracellular electront transfer process, and may also provide technical support for realizing the practial application of extracellular respiration in environemts.
微生物胞外呼吸是近年来发现的新型能量代谢方式,其核心科学问题是胞外电子传递过程,即微生物氧化产生的电子如何穿过非导电的细胞膜/壁传递至胞外固态受体。细胞色素c(c-Cyts)是胞外电子传递链的关键组分,但对其介导电子转移的微观机制与调控手段却缺乏研究。轴向配位C-Cyts技术,为揭示和调控胞外电子传递微观过程提供了可能。但是,该方法目前仅限于纯化蛋白,活体蛋白却少受关注。本项目从c-Cyts的结构特征与配位特点入手,提出基于轴向配位的活体c-Cyts调控新方法,系统研究各类轴向配体配位c-Cyts的电化学行为,探讨其对铁还原、电极还原和氧还原催化过程的影响,综合采用生物电化学与现代光谱技术,阐明活体c-Cyts介导胞外电子转移的分子机制,设计合成高效促进电子转移的固体轴向配体,为深入理解微生物胞外电子转移途径提供理论基础,为拓展其在环境修复和生物能源利用的应用提供技术支撑。

结项摘要

本项目以活体微生物(Geobacter和Shewanella)细胞色素c(c-Cyts)为研究对象,从c-Cyts的结构特征与配位特点入手,探讨轴向配位取代对c-Cyts氧化还原能力和微生物胞外电子转移的影响,揭示轴向配位活体c-Cyts的分子机制;利用活体c-Cyts的轴向配位特性结合生物电化学和现代光谱学技术,研究胞外电子转移机制和调控技术。项目重点研究了活体膜蛋白(c-Cyts)在不同电极界面的氧化还原行为;轴向配位作用对活体膜蛋白(c-Cyts)氧化还原行为的影响;建立了基于紫外可见光/拉曼/电化学表面等离子体共振(EC-SPR-OFS)等研究配体轴向配位c-Cyts过程以及电子传递过程机制的方法;利用量子化学计算方法在理论上预测了轴向配位c-Cyts对其胞外电子过程的影响及机制;并且设计合成了基于轴向配位的N掺杂石墨烯和咪唑功能化石墨烯等胞外电子转移促进剂。通过本项目的实施,基本明确了轴向配位取代对活体细胞色素c氧化还原能力的影响,提出了基于轴向配位的活体c-Cyts调控新方法,揭示了活体c-Cyts介导的胞外电子转移微观机制,设计了合成可高效促进电子转移的固体界面(包含轴向配体),为拓展微生物胞外呼吸在环境修复和生物能源利用的实际应用提供技术支撑。实际完成SCI论文14篇,发明专利2项,联合培养硕士、博士生4名,圆满完成预期任务。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Naturally derived carbon nanofibers as sustainable electrocatalysts for microbial energy harvesting: A new application of spider silk
天然碳纳米纤维作为微生物能量收集的可持续电催化剂:蜘蛛丝的新应用
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2016.01.063
  • 发表时间:
    2016-07-05
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Zhou, Lihua;Fu, Peng;Yuan, Yong
  • 通讯作者:
    Yuan, Yong
Effective control of bioelectricity generation from a microbial fuel cell by logical combinations of pH and temperature.
通过 pH 值和温度的逻辑组合有效控制微生物燃料电池的生物电产生
  • DOI:
    10.1155/2014/186016
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    TheScientificWorldJournal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tang J;Liu T;Yuan Y;Zhuang L
  • 通讯作者:
    Zhuang L
Calcium-dependent electroactive biofilm structure and electricity generation in bioelectrochemical systems
生物电化学系统中钙依赖性电活性生物膜结构和发电
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2015.06.104
  • 发表时间:
    2015-10
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Guochun Ding;Liqun Rao;Yong Yuan;Shungui Zhou
  • 通讯作者:
    Shungui Zhou
Self-constructed carbon nanoparticles-coated porous biocarbon from plant moss as advanced oxygen reduction catalysts
来自植物苔藓的自建碳纳米颗粒涂层多孔生物碳作为先进的氧还原催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2015.08.035
  • 发表时间:
    2016-02
  • 期刊:
    Applied Catalysis B: Environmental
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Peng Fu;Dehuang Wen;Yong Yuan;Shungui Zhou
  • 通讯作者:
    Shungui Zhou
Conversion of sewage sludge into high-performance bifunctional electrode materials for microbial energy harvesting
将污水污泥转化为用于微生物能量收集的高性能双功能电极材料
  • DOI:
    10.1039/c5ta00458f
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Yuan, Yong;Liu, Ting;Zhou, Shungui
  • 通讯作者:
    Zhou, Shungui

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其他文献

水溶性有机物电子转移能力及其生态效应
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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腐殖质电子转移能力电化学表征及对有机碳厌氧矿化的促进机制
  • 批准号:
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    2011
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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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