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外源磁场强化嗜盐古菌Haloferax mediterranei代谢有机废水生产PHA及其生物磁效应机制
结题报告
批准号:
51878010
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
崔有为
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
李夕耀、高则亮、王建广、黄基霖、徐康康、李延龙、王好韩
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中文摘要
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类可生物降解的多聚物,被认为是替代塑料的未来材料。为了降低PHA的生产成本,开发新型高产的生物资源并利用有机废水生产PHA是以可持续性方式解决这一问题的有效方法。嗜盐古菌Haloferax mediterranei是一类新型PHA积累微生物,其在代谢途径多样性、特殊PHA共聚物生产和产物回收等方面具有显著的优势。但是,其利用废水合成PHA产率低成为工业应用的瓶颈。本研究探索外源磁场强化H.mediterranei 合成PHA的生物机制与技术方法,以磁强化技术解决PHA产率低的问题。项目结合代谢工程研究磁诱导PHA合成及其磁效应等基础理论问题,建立以磁强化提高H.mediterranei合成PHA产率和增加PHA中长链单体组分含量的技术体系。研究在降低PHA成本及开发利用嗜盐古菌等方面具有重要意义。
英文摘要
Polyhydroxyalkanoates (PHA) is the biodegradation polymers materials, which is considered as potential substitutes for petrochemical-derived plastics. However, the main obstacle to wide application of PHAs is its high production cost. As the possible method, seeking the novel PHA producer with high productivity and utilizing the wastes as carbon for PHA production can reduce the production cost in a sustainable way. H. mediterranei is the best PHA producer because of its advantages of the easy PHA recovery, utilizing various wasted and recycled carbon, and special copolymers synthesis. The main obstacle to limit its large-scale application is the low PHA productivity while using the wastewater as the fermentation substrate. Therefore, it is necessary to take actions to enhance the activity and the storage of external carbon into PHA. For this purpose, this research will explore the enhancing approaches to increase PHA productivity by external magnetic field. The magnetic biological effects including of DNA coding and enzyme function will be explored to insight in the mechanism of external magnetic induction. This study is of significance to reduce PHA production cost by utilizing the halophilic achaea.
聚羟基脂肪酸酯(PHA)被认为是替代石油基塑料、解决白色垃圾污染的未来材料。为了降低PHA生产成本促进大规模应用,一种可持续的解决方案是利用有机废水生产PHA。本项目研究嗜盐古菌Haloferax mediterranei利用废水合成PHA,探索外源磁场强化合成PHA的生物学机制与技术方法,以磁强化解决废水合成PHA中普遍存在的产率低难题。项目结合代谢工程研究了磁诱导PHA合成及其磁效应等基础理论问题,建立了提高PHA产率的磁强化技术体系。研究发现在110mT磁场下H.mediterranei合成PHA具有磁窗口效应。磁场作用增强细胞膜的通透性,促进了有机底物的吸收和钾离子的胞内迁移;改变了主要碳代谢途径的碳通量,激发更多的碳流向PHA合成;活化了超氧化物歧化酶的金属辅因子从而显著促进其活性,缓解了H.mediterranei在极端环境下细胞的氧化损伤。转录组、蛋白组和代谢组学研究发现丙酮酸代谢路径的pdhA2转录上调,PHA合成路径中的Paaj和AccA转录上调,TCA循环中的gltA转录下调,从而导致丙酮酸脱氢酶、3-酮酰基辅酶A硫解酶以及ABC转运蛋白酶的表达差异,最终提升了与核酸代谢、氨基酸合成和ABC转运途径相关的代谢水平。磁场作用形式影响磁效应,脉冲磁场会对细胞膜造成损伤从而抑制细胞对底物的摄入利用,而恒定磁场对H.mediterranei生产PHA具有稳定的强化作用。磁场强度在关键工艺条件(盐度、pH、温度、C/N)会产生不用的磁效用。基于研究,建立了有机废水磁调控强化PHA生产的策略,并应用于糖蜜废水和甘油废水,提升PHA产率达到7.95%。本研究揭示了H.mediterranei合成PHA对外源磁场的应答机制,并建立了磁诱导H.mediterranei提高PHA产量的技术体系,为PHA工业规模化生产提供了重要的技术方案。
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:10.1016/j.watres.2022.118823
发表时间:2022-07-09
期刊:WATER RESEARCH
影响因子:12.8
作者:Huang, Mei-Qi;Cui, You -Wei;Chen, Si
通讯作者:Chen, Si
The metabolic pathways of polyhydroxyalkanoates and exopolysaccharides synthesized by Haloferax mediterranei in response to elevated salinity
Haloferax mediterranei 响应高盐度合成的聚羟基脂肪酸酯和胞外多糖的代谢途径
DOI:10.1016/j.jprot.2020.104065
发表时间:2021-02-10
期刊:JOURNAL OF PROTEOMICS
影响因子:3.3
作者:Pacholak, Amanda;Gao, Ze-Liang;Cui, You-Wei
通讯作者:Cui, You-Wei
Fast granulation of halophilic activated sludge treating low-strength organic saline wastewater via addition of divalent cations
添加二价阳离子的嗜盐活性污泥快速颗粒化处理低浓度有机盐废水
DOI:10.1016/j.chemosphere.2020.128396
发表时间:2021-02-01
期刊:CHEMOSPHERE
影响因子:8.8
作者:Cui, You-Wei;Huang, Ji-Lin;Alam, Fakhri
通讯作者:Alam, Fakhri
Continuous flow reactors for cultivating aerobic granular sludge: configuration innovation, principle and research prospect
培养好氧颗粒污泥的连续流反应器:配置创新、原理及研究展望
DOI:10.1002/jctb.6791
发表时间:2021-05
期刊:Journal of Chemical Technology and Biotechnology
影响因子:3.4
作者:Jin‐Lei Yan;You‐Wei Cui;Ji‐Lin Huang
通讯作者:Ji‐Lin Huang
DOI:10.11936/bjutxb2019040008
发表时间:2020
期刊:北京工业大学学报
影响因子:--
作者:崔有为;王好韩;金常林
通讯作者:金常林
嗜盐好氧颗粒污泥中丝状真菌爆发性生长导致的颗粒失稳机制及其调控策略
  • 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:
    崔有为
  • 依托单位:
Haloferax mediterranei代谢有机废水合成PHA和EPS的竞争机制及其强化PHA的定向调控
  • 批准号:
    51478011
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    崔有为
  • 依托单位:
嗜盐混合菌群处理高盐有机废水过程中PHA积累机制及其种群生态研究
  • 批准号:
    51178004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    崔有为
  • 依托单位:
高盐废水短程脱氮的工艺控制策略及其微生物生态机理研究
  • 批准号:
    50908002
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    崔有为
  • 依托单位:
国内基金
海外基金