Pseudomonas putida KT2440中2,3-丁二醇分解代谢机制研究
结题报告
批准号:
31470164
项目类别:
面上项目
资助金额:
92.0 万元
负责人:
马翠卿
依托单位:
学科分类:
C0103.微生物组学与代谢
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡宇鸿、张丽杰、辛波、李坤、吕敏、刘秋媛、刘盼
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中文摘要
微生物的2,3-丁二醇(BD)代谢对与其共生的动物、植物、微生物的生理代谢过程有着重要的影响。相对于BD的合成机制,微生物的BD分解代谢机制仍有多个关键步骤未能阐明,限制了BD代谢相关生理过程研究的开展。环境微生物模式菌株Pseudomonas putida KT2440可同时利用BD的3种异构体为唯一碳源生长。本项目拟以P. putida KT2440为研究对象,分析该菌株中3种2,3-丁二醇脱氢酶分别在3种BD异构体脱氢生成乙偶姻过程中的作用;揭示乙偶姻脱氢酶催化乙偶姻脱氢裂解的具体机制;蛋白分离纯化与转录组学技术确定乙偶姻消旋酶编码基因,阐明乙偶姻消旋酶参与2种乙偶姻互变及BD代谢的内在机理;转录组学与关键基因敲除及回补相结合,解析乙偶姻裂解产物下游代谢途径,分析BD利用对其它生理过程相关基因转录的影响。该项目可为深入揭示微生物BD分解代谢机制及相关生理过程奠定理论基础。
英文摘要
Microbial 2,3-butanediol (BD) metabolism have a significant impact on physiological processes of its symbiotic animals, plants, microorganisms. However, different from the BD synthesis mechanism, there are still several unclear key steps in microbial catabolism of BD, which limits the investigation of BD metabolism-related physiological processes. Pseudomonas putida KT2440 is a model strain of environmental microorganism. It can simultaneously use the three isomers of BD as the sole carbon source. In this project, P. putida KT2440 would be used as the research object for the study of BD catabolism. Roles of the three kinds of 2,3-butanediol dehydrogenase in production of acetoin from the three isomers of BD would be identified, respectively. Mechanisms of the dehydrogenation and splitting of acetoin by the acetoin dehydrogenase would be clarified. Based on the protein purification and transcriptomics techniques, the acetoin racemase encoding gene and its roles in interconversion of the two kinds of acetoin and BD utilization would be determined. Transcriptome would also be used in the project to determine the downstream metabolic pathways of acetoin lysates and to analyze the gene transcription of other physiological processes related to BD utilization. Based on the result of the project, the theoretical basis for the deeply revealing of the microbial BD metabolism mechanism and related physiological process would be established.
2,3-丁二醇是一种微生物初级代谢产物,广泛存在于不同生境。相对于2,3-丁二醇的合成机制,微生物的2,3-丁二醇的分解代谢机制仍有多个关键步骤未能阐明,限制了2,3-丁二醇代谢相关生理过程研究的开展。本项目发现环境微生物模式菌株Pseudomonas putida KT2440和条件致病菌模式菌株Pseudomonas aeruginosa PAO1均能以2,3-丁二醇的三种手性异构体(2R,3R)-2,3-丁二醇、(2S,3S)-2,3-丁二醇、meso-2,3-丁二醇为唯一碳源生长,后续通过生物化学、分子生物学手段揭示了上述菌株中2,3-丁二醇的三种手性异构体经不同2,3-丁二醇脱氢酶催化生成(3S)-乙偶姻或(3R)-乙偶姻、(3S)-乙偶姻或(3R)-乙偶姻经乙偶姻脱氢酶复合体脱氢裂解进入中心代谢的具体机制。研究过程中发现P. putida KT2440和P. aeruginosa PAO1中2,3-丁二醇代谢关键基因均位于同一操纵子中,受转录调控蛋白AcoR的激活调控,P. aeruginosa PAO1中AcoR的效应物为乙醛,而P. putida KT2440中AcoR的效应物为乙偶姻。已有研究报道2,3-丁二醇可以增强P. aeruginosa的致病性并影响肺部微生物组结构,本项目另外对2,3-丁二醇影响P. aeruginosa毒力的机制开展了部分研究,确定2,3-丁二醇不能作为信号分子诱导P. aeruginosa致病相关基因的表达,但2,3-丁二醇代谢可以增加P. aeruginosa生物量并提高群体感应信号分子浓度,最终促进毒力因子的产生。本项目揭示了2种模式微生物中2,3-丁二醇经脱氢、裂解最终进入中心代谢的完整途径与表达调控机制,为深入认识2,3-丁二醇代谢相关生理过程、指导2,3-丁二醇代谢导致感染的防治奠定了理论基础。
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:DOI: 10.1038/s42004-018-0070-7
发表时间:2018
期刊:Commun. Chem.
影响因子:--
作者:Li Zhong;Yan Jinxin;Sun Jinkai;Xu Ping;Ma Cuiqing;Gao Chao
通讯作者:Gao Chao
Enzymatic Cascades for Efficient Biotransformation of Racemic Lactate Derived from Corn Steep Water
用于高效生物转化玉米浸泡水中外消旋乳酸的酶级联
DOI:10.1021/acssuschemeng.7b00136
发表时间:2017-04-01
期刊:ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
影响因子:8.4
作者:Li, Zhong;Zhang, Manman;Gao, Chao
通讯作者:Gao, Chao
Two NAD-independent L-lactate dehydrogenases drive L-lactate utilization in Pseudomonas aeruginosa PAO1
两种不依赖 NAD 的 L-乳酸脱氢酶驱动铜绿假单胞菌 PAO1 中 L-乳酸的利用
DOI:10.1111/1758-2229.12666
发表时间:2018
期刊:Environmental Microbiology Reports
影响因子:3.3
作者:Wang Yujiao;Xiao Dan;Liu Qiuyuan;Zhang Yipeng;Hu Chunxia;Sun Jinkai;Yang Chunyu;Xu Ping;Ma Cuiqing;Gao Chao
通讯作者:Gao Chao
2,3-Butanediol catabolism in Pseudomonas aeruginosa PAO1
铜绿假单胞菌 PAO1 中的 2,3-丁二醇分解代谢
DOI:10.1111/1462-2920.14332
发表时间:2018-11-01
期刊:ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:5.1
作者:Liu, Qiuyuan;Liu, Yidong;Ma, Cuiqing
通讯作者:Ma, Cuiqing
d-2-Hydroxyglutarate dehydrogenase plays a dual role in l-serine biosynthesis and d-malate utilization in the bacterium Pseudomonas stutzeri
d-2-羟基戊二酸脱氢酶在施氏假单胞菌细菌的 L-丝氨酸生物合成和 d-苹果酸利用中发挥双重作用
DOI:10.1074/jbc.ra118.003897
发表时间:2018-10-05
期刊:JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:4.8
作者:Guo, Xiaoting;Zhang, Manman;Gao, Chao
通讯作者:Gao, Chao
DhcR调控D-2-羟基戊二酸分解代谢机制及其在生物传感器构建中的应用
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
L-苹果酸醌氧化还原酶在铜绿假单胞菌乙酸代谢与绿脓菌素产生中的作用研究
  • 批准号:
    31970056
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
阴沟肠杆菌中乙酸代谢溢流消除机制研究
  • 批准号:
    31670041
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
微生物乳酸代谢调控蛋白LldR的结构及机制研究
  • 批准号:
    31270090
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
施氏假单胞菌中新型NAD非依赖性L-乳酸脱氢酶研究
  • 批准号:
    31170052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
膜整合NAD非依赖型乳酸脱氢酶的催化机理及其应用基础研究
  • 批准号:
    31070062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
生物法生产高纯度手性乙偶姻和2,3-丁二醇的应用基础研究
  • 批准号:
    30770064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
生物催化乳酸生产丙酮酸的基础研究
  • 批准号:
    20676072
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
一株嗜温细菌脱有机硫反应机制及其基因研究
  • 批准号:
    30270045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    7.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    马翠卿
  • 依托单位:
国内基金
海外基金