大肠杆菌合成丹参素的适配性调控机制研究
结题报告
批准号:
31570087
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
赵广荣
依托单位:
学科分类:
C2102.合成生物学与生物改造技术
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘珍宁、赵莹、汤正坤、周亮、刘津
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中文摘要
创造高效合成目标产物的工程微生物是微生物合成生物学研究前沿。我们前期在大肠杆菌中构建了丹参素人工途径,但乙酸溢流代谢强和竞争性副产物L-酪氨酸积累。丹参素模块与底盘细胞之间的适配性调控是本项目拟解决的关键科学问题。本项目通过人工启动子文库的构建和表征,研究底盘细胞乙酸开关,发现调控靶点,进行乙酸代谢动态调控。通过sRNA反义抑制和基因转录分析,研究L-酪氨酸积累的机理,对底盘细胞tyrB进行衰减调控。通过启动子、核糖体结合位点、非翻译区、编码序列的设计和组合,对hpaBC和d-ldh进行微调和优化,研究丹参素模块的表达调控。通过系统生物学、氧化还原平衡,研究丹参素模块与底盘细胞的相互作用关系,阐明适配性调控机制。一方面创新适配性调控方法,为微生物合成生物学积累新知识。另一方面,将提高丹参素发酵效率,减少乙酸排放,达到增效、节能、减排的目的。因此,本项目具有重大科学意义和重要应用价值。
英文摘要
Creating mircrobes for high efficient prodution of targeting compounds is the frontier of synthetic microbiology. We previously constructed the artificial pathway of danshensu in E.coli, which has strong acetate overflow and accumulates competetive byproduct L-tyrosine. The fitness regulation between danshensu module and E. coli chassis cells is the key scientific issue to be probed in this project. Acetate switch will be studied by construction and characterization of the promoter library, the regulatory targets will be uncovered, and acetate metabolism of E. coli will be dynamically controlled. Mechanism of L-tyrosine accumulation will be elucidated by anti-sense inhibition with sRNA and transcriptional analysis of the pathway genes, tyrB transcription will be attenuatted in E. coli. Multivariate including promoters, ribosome binding sites, untranslation regions and coding sequences will be designed and combined, and danshensu module will regulated via fine tunning and optimizing expression of hpaBC and d-ldh. Interplay between danshensu module and E. coli chassis will be explored by symstems biology and redox balance, and mechanism of fitness regulation will be explained. This project has important roles in the fundamental research and practical application. New methods of fitness regulation would provide the knowledge of for our understanding synthetic microbiology. Engineered E. coli strain would enhance danshensu productivity and reduce acetate discharge, which aims to profitable bio-industry with energy concervation and emission reduction.
在微生物中进行天然产物的异源生物合成途径重构,并实现高效合成是合成生物学的重要方向。异源途径导入底盘细胞后,多数情况下是表达差,合成效率低下,甚至难以合成目标产物。异源途径与底盘细胞之间的适配性是功能实现的关键科学问题。本项目以植物源治疗心血管疾病的化学药物丹参素为例,研究了异源途径与底盘细胞之间的适配性。设计和重构了丹参素前体酪氨酸的底盘细胞,解除了葡萄糖抑制效应,能高效木糖或同时利用葡萄糖和木糖,将适配的酪氨酸合成模块整合到染色体上,同时敲除芳香降解基因簇和阻遏基因,获得了组成型高效合成和积累酪氨酸的功能底盘细胞。研究了丹参素模块中的两个基因及相互间关系的微调和协同表达,优化了多种启动子与丹参素模块的单和双顺反子表达模式,确定了串联启动子双顺反子模式表达丹参素模块,并整合在染色体的表达热位点上,实现丹参素途径与底盘细胞的适配性,构建了丹参素的人工细胞微生物工厂的新菌株。该菌株发酵,无需添加诱导剂和抗生素,利用糖的发酵培养基,组成型高效合成丹参素,很少积累中间产物和副产物。在实验室小型发酵罐上,丹参素产量达到克级,具有良好的产业化应用前景。
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
DOI:--
发表时间:2016
期刊:中草药
影响因子:--
作者:刘津;于思礼;马雅婷;张铁军;赵广荣
通讯作者:赵广荣
DOI:10.1186/s12896-016-0284-7
发表时间:2016-06-24
期刊:BMC biotechnology
影响因子:3.5
作者:Zhao Y;Wang CS;Li FF;Liu ZN;Zhao GR
通讯作者:Zhao GR
Chromosome engineering of Escherichia coli for constitutive production of salvianic acid A
用于组成型生产丹酚酸A的大肠杆菌染色体工程
DOI:10.1186/s12934-017-0700-2
发表时间:2017-05
期刊:Microbial Cell Factories
影响因子:6.4
作者:Zhou Liang;Ding Qi;Jiang Guo-Zhen;Liu Zhen-Ning;Wang Hai-Yan;Zhao Guang-Rong
通讯作者:Zhao Guang-Rong
DOI:10.13523/j.cb.20180811
发表时间:2018
期刊:中国生物工程杂志
影响因子:--
作者:于思礼;刘雪;张昭宇;於洪建;赵广荣
通讯作者:赵广荣
DOI:10.13523/j.cb.20160814
发表时间:2016
期刊:中国生物工程杂志
影响因子:--
作者:李晓波;刘雪;赵广荣
通讯作者:赵广荣
在酿酒酵母中重构正交萜类合成途径
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    赵广荣
  • 依托单位:
构建人工菌群系统合成植物黄酮糖苷
  • 批准号:
    31870077
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    赵广荣
  • 依托单位:
LAL家族转录因子对莫能菌素生物合成途径的调控机理研究
  • 批准号:
    31370092
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    赵广荣
  • 依托单位:
丹参不同组分配比调控内皮细胞稳态的实验研究
  • 批准号:
    30873400
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    31.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    赵广荣
  • 依托单位:
中医方证与基因单核苷酸多态性的偶联研究
  • 批准号:
    30371712
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    赵广荣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金