嗜碱芽孢杆菌铁硫蛋白IspH非特异性酶活力催化机制及其异戊二烯合成研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31870789
  • 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:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 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

Microorganism can produce isoprene. However, the enzyme responsible for isoprene synthesis has not been identified and the molecular mechanism for microbial isoprene synthesis is unclear. The iro-sulfur protein IspH is the last enzyme in the MEP pathway which catalyzes the formation of DMAPP and IPP from HMBPP. The IspH protein from Bacillus sp. N16-5 was previously found to have other non-specific activity for catalyzing the formation of isoprene from HMBPP and the conversion of DMAPP into isoamylene. So we speculate that IspH might be the nonspecific isoprene synthesis enzyme for microbial isoprene biosynthesis. However, whether this novel activity is universal for other IspH proteins is not clear. Also, the catalytic mechanism for this activity is still unknown. In this study, we want to reveal the molecular mechanism and the enzymatic basis of IspH for the synthesis of isoprene and isopentene by crystal structure resolving and sequence and mutagenesis analysis. Also, by enzymatic function analysis of other IspH proteins in vitro and vivo, we want to clarify the universality of this novel activity in microbial IspH. Furthermore, we want to find the relationship between IspH sequence and isoprene synthesis activity and the species specificity of IspH by the sequence alignment and mutagenesis analysis. These researches will be of great theoretical and practical value to reveal the molecular and physiological mechanism of biosynthesis of isoprene by microorganism and to promote the synthesis of bio-based isoprene.
微生物能合成异戊二烯,但至今没发现类似植物异戊二烯合成酶IspS功能的蛋白,微生物异戊二烯合成分子机制还不清楚。铁硫蛋白IspH是微生物MEP途径中最后一个酶,催化HMBPP合成异戊二烯前体物质DMAPP和IPP。我们前期研究发现嗜碱芽孢杆菌Bacillus sp.N16-5的IspH还具有直接催化HMBPP合成异戊二烯和催化DMAPP合成异戊烯的非特异性新活性,因此我们推测微生物合成异戊二烯也许并无特异性酶参与,而是IspH非特异催化活性的结果,而这种新活性是否具有普遍性及其催化机制还不清楚。本项目将通过IspH体内外催化功能研究和蛋白结构解析,结合序列和结构比对及突变分析等方法,揭示IspH催化生成异戊二烯和异戊烯反应的分子机制,明确IspH这种非特异催化活性的普适性和序列与活性的关联。本研究对于揭示微生物合成异戊二烯的分子及生理机制、推动生物基异戊二烯合成具有重要理论及应用价值。

结项摘要

嗜碱芽孢杆菌Bacillus sp. N16-5的IspH体外实验证实具有直接催化HMBPP合成异戊二烯和催化DMAPP合成异戊烯的非特异性新活性,这种非特异性新活性是否即为微生物合成异戊二烯的酶学基础以及其活性是否具有普遍性及其催化机制还不清楚。本项目将通过IspH体内外催化功能研究和蛋白结构和突变分析,来揭示其催化关键位点和模型以及其异戊二烯活性合成的酶学基础和种属特异性。我们首先通过表达和纯化步骤优化,获得了高浓度活性BspIspH蛋白,解决这一严格厌氧铁硫簇蛋白难以高浓度活性表达纯化问题;进一步通过不同来源IspH体外催化活性研究,揭示其异戊二烯合成活性不具有普遍性,仅存在于某些如芽孢杆菌属中,具有一定种属特异性;建立了菌株基于CRISPR-Cas9高效基因编辑技术,进一步通过BspIspH替代敲除体内实验,明确了BspIspH即为菌株异戊二烯合成的酶学基础,即微生物可能并没有专一异戊二烯合酶,而是由IspH进化出了催化HMBPP合成异戊二烯的非特异性活性,从而实现异戊二烯的合成;通过与小分子底物HMBPP共结晶,初步获得了其与底物复合物的晶体培养条件,并通过突变分析获得多个与异戊二烯和异戊烯合成相关的关键位点,揭示两种催化活性之间具有一定关联,获得了2个专一性催化HMBPP生成异戊二烯的合成酶,并显著提高了菌株的异戊二烯产量,为细菌基于MEP途径的高效异戊二烯合成工程菌构建提供了酶元件;基于研究推测了BspIspH催化合成异戊二烯和异戊烯的5步反应模型,其中焦磷酸基团是关键,它可以作为一个路易斯酸来参与反应,并吸取烯碳中间体的一个电子,导致碳氧键断裂,从而使焦磷酸基团离开HMBPP,为其催化机制的深入理解提供了理论模型。研究结果对于揭示微生物合成异戊二烯的分子及生理机制、推动生物基异戊二烯的合成具有重要理论及应用意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Microbial (E)-4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl pyrophosphate reductase (IspH) and its biotechnological potential: A mini review.
微生物 (E)-4-羟基-3-甲基丁-2-烯基焦磷酸还原酶 (IspH) 及其生物技术潜力:小综述
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2022.1057938
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Huang, Shiyong;Xue, Yanfen;Ma, Yanhe;Zhou, Cheng
  • 通讯作者:
    Zhou, Cheng
An efficient CRISPR/Cas9-based genome editing system for alkaliphilic Bacillus sp. N16-5 and application in engineering xylose utilization for D-lactic acid production.
一种高效的基于 CRISPR/Cas9™ 的嗜碱性芽孢杆菌基因组编辑系统。
  • DOI:
    10.1111/1751-7915.14131
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Microbial biotechnology
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
  • 通讯作者:

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

不同工作姿态下立式双曲面网板水动力及周围流场特性研究
  • DOI:
    10.12131/20190221
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    南方水产科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘志强;许柳雄;唐浩;胡夫祥;周成
  • 通讯作者:
    周成
ZN-35橡胶减振垫迟滞回线与刚度阻尼参数
  • DOI:
    10.11936/bjutxb2020070005
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    北京工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭铁能;彭立伟;周成;杨涛
  • 通讯作者:
    杨涛
基于GAM模型研究时空及环境因子对中西太平洋鲣鱼渔场的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    海洋环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐浩;许柳雄;陈新军;朱国平;周成;王学昉
  • 通讯作者:
    王学昉
营口市景观空间格局及生态环境质量分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    云南地理环境研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨洋;张华;周成
  • 通讯作者:
    周成
粘土变形特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈铁林;周成;沈珠江
  • 通讯作者:
    沈珠江

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

周成的其他基金

新型低钙离子依赖碱性果胶酸裂解酶作用机制及其与碱适应性关系研究
  • 批准号:
    31300667
  • 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