基于转录组学和蛋白质组学解析Sphingopyxis sp. YMCD对微囊藻毒素的 代谢解毒机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81773393
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3001.环境卫生
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Microcystin (MC) poses a great threat to drinking water safety and public health. Biodegradation with the participation of bacteria is one of the dominant processes of MC removal and detoxification in the water environment. However, relatively few MC-degrading bacteria have been isolated and had their mechanisms reported, which limited the development of MC removal by environmental bacteria. A novel indigenous microcystin-degrading bacterium Sphingopyxis sp. YMCD was isolat- ed and its complete genome sequence was obtained for the first time by us (acces- sion number KY491642 in the Genbank). According to multi-interdisciplinary knowledge of Environmental Health, Bioinformatics, Analytical Chemistry, Microbi- ology, Toxicity, and Molecular Biology, the microcystin-detoxifying mechanisms of Sphingopyxis sp. YMCD will be investigated in this study. First of all, the microcystin-detoxifying pathway will be studied by identifying the degradation products using high performance liquid/gas chromatograpy coupled with mass spectrometry (HPLC/GC-MS).What’s more, the molecular-biological mechanisms of this bacterial strain against MC will be analyzed through combining transcript- omics and proteomics results, which are obtained using the high-throughput sequencing and Tandem Mass Tags (TMT) protein labeling methods. The microcystin- degrading genes and proteins will be found and their characteristics will be studied through expressing the microcystin-degrading substances in the genetically engineered bacterium. Last but not the least, the microcystin-detoxifying effects of this bacterial strain will be estimated by analyzing the individual and joint toxicities of the degradation products. In conclusion, some novel degradation products, microcystin-degrading proteins, and genes will be obtained in this study, which can enrich knowledge of microcystin-detoxifying mechanisms of micro- organism. Moreover, the study can provide a scientific basis and technical support for removing MC safely and efficiently by environmental bacteria.
微囊藻毒素(Microcystin,MC)严重威胁饮用水安全和人类健康,微生物代谢降解是安全高效去除MC的主要方法之一,但微生物降解MC的机理尚未明确,限制了生物防治MC技术的发展。我们在率先获得高效MC降解菌Sphingopyxis sp. YMCD及其全基因组序列的基础上,通过多学科交叉,开展三方面研究:①采用色谱-质谱联用等技术纯化和鉴定MC降解产物,阐明此菌代谢降解MC的途径;②采用高通量测序和定量蛋白质组学技术分别获得该菌降解MC不同阶段的转录组与蛋白质组数据,通过多组学联合分析,筛选出MC代谢降解蛋白及其编码基因,并利用蛋白体外表达技术验证其生物学功能,揭示此菌代谢降解MC的分子机制;③研究MC降解产物的毒性,探明此菌代谢解毒MC的效果。本课题将发现新的MC降解产物、代谢降解蛋白和基因,阐明YMCD菌对MC的代谢解毒机理,为构建安全高效的生物防治MC技术提供科学依据与技术支持。

结项摘要

目的:探讨Sphingopyxis sp. YF1(原名YMCD)代谢降解微囊藻毒素MC-LR的途径,阐明其代谢降解的分子生物学机制,探讨MC-LR及其降解产物的肝毒性作用及机制,评估该菌代谢解毒MC-LR的效果。材料与方法:采用色谱-质谱联用等技术纯化鉴定MC降解产物,阐明此菌代谢降解MC-LR的途径;采用高通量测序和蛋白质组学技术获得该菌降解MC-LR的组学数据,通过联合分析筛选MC-LR代谢降解蛋白及其编码基因,结合qPCR和蛋白体外表达技术验证其生物学功能,通过同源建模与分子对接技术揭示关键降解蛋白酶与底物的结合模式及结合位点;使用试剂盒检测PP2A活性,通过qPCR及WB等技术,验证miR-451a及SREBP1在MC-LR所致的肝损伤中的作用及机制。结果:YF1代谢降解MC-LR的最大速率可达5 mg/mL/h,YF1中MlrA、MlrB、MlrC酶可逐步将MC-LR降解为线性MC-LR、四肽和Adda。Adda进一步被降解为苯乙酸PAA后,PAA被PAAase转化为PAA-CoA,PAA-CoA被PaaA、PaaG和PaaZ同源酶降解为CoA,CoA通过三羧酸循环完全转化为CO2。这些酶通过氢键、范德华力等作用力与底物结合降解MC-LR,且pH、MC-LR浓度和MlrA酶浓度均可影响MlrA酶降解MC-LR的效率。与MC-LR单独处理组相比,MC-LR的中间降解产物明显缓解了MC-LR对PP2A活性的抑制。MC-LR处理导致miR-451a及SREBP1表达改变。结论:YF1可彻底降解MC-LR;明确了YF1菌代谢降解MC-LR的分子生物学机制;MC-LR可调控miR-451a及SREBP1影响MC-LR诱导的肝脏损伤;MC-LR的中间降解产物以及终产物CO2的肝细胞毒性远小于MC-LR,YF1可解毒MC-LR。该研究为构建安全高效的生物防治微囊藻毒素技术提供科学依据和技术支持,具有较强的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(22)
专利数量(3)
Effects of Chronic Exposure to Microcystin-LR on Kidney in Mice
长期接触微囊藻毒素-LR 对小鼠肾脏的影响
  • DOI:
    10.3390/ijerph16245030
  • 发表时间:
    2019-12-02
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yi,Xiping;Xu,Shuaishuai;Yang,Fei
  • 通讯作者:
    Yang,Fei
Effects of environmental contaminants in water resources on nonalcoholic fatty liver disease
水资源环境污染物对非酒精性脂肪肝的影响
  • DOI:
    10.1016/j.envint.2021.106555
  • 发表时间:
    2021-04-12
  • 期刊:
    ENVIRONMENT INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Zheng, Shuilin;Yang, Yue;Yang, Fei
  • 通讯作者:
    Yang, Fei
Simultaneous Microcystis algicidal and microcystin synthesis inhibition by a red pigment prodigiosin
红色素灵菌红同时抑制微囊藻和微囊藻毒素合成
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2019.113444
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL POLLUTION
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Wei, Jia;Xie, Xian;Yang, Fei
  • 通讯作者:
    Yang, Fei
Characterization and Mechanism of Linearized-Microcystinase Involved in Bacterial Degradation of Microcystins.
参与微囊藻毒素细菌降解的线性微囊藻毒素酶的特性和机制
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2021.646084
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wei J;Huang F;Feng H;Massey IY;Clara T;Long D;Cao Y;Luo J;Yang F
  • 通讯作者:
    Yang F
Optimization of microcystin biodegradation by bacterial community YFMCD4 using response surface method
响应面法优化细菌群落 YFMCD4 生物降解微囊藻毒素
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.129897
  • 发表时间:
    2021-02-23
  • 期刊:
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Guo, Jian;Wei, Jia;Yang, Fei
  • 通讯作者:
    Yang, Fei

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其他文献

MicroRNA组学在中医药研究中的应用
  • DOI:
    10.16367/j.issn.1003-5028.2017.06.0395
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    河南中医
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨飞;陈金妍;谭从娥
  • 通讯作者:
    谭从娥
基于GPS轨迹数据的不同交通状态下交通方式识别流程优化方法
  • DOI:
    10.16097/j.cnki.1009-6744.2020.04.013
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    交通运输系统工程与信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨飞;姜海航;刘好德;姚振兴;霍娅敏;周子一
  • 通讯作者:
    周子一
Investigation on critical breakdown electric field of hot carbon dioxide for gas circuit breaker applications
气体断路器应用中热二氧化碳临界击穿电场的研究
  • DOI:
    10.1088/0022-3727/48/5/055201
  • 发表时间:
    2015-01
  • 期刊:
    J. Phys. D: Appl. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙昊;荣命哲;吴翊;陈喆歆;杨飞;Anthony B. Murphy;张含天
  • 通讯作者:
    张含天
渔用HDPE/淀粉复合材料的结构与性能
  • DOI:
    10.11964/jfc.20181011503
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水产学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨飞;张敏;石建高;余雯雯;邹晓荣;周文博
  • 通讯作者:
    周文博
基于光纤传输的相位噪声净化与绝对一致相位同步
  • DOI:
    10.3788/cjl202148.2106001
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴瑞;杨飞;孙延光;魏芳;桂有珍;丁亚茜;蔡海文
  • 通讯作者:
    蔡海文

其他文献

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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

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          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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