微生物合成植物源神经酸的代谢途径组装与调控研究

批准号:
21776131
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
纪晓俊
依托单位:
学科分类:
B0812.生物化工与合成生物工程
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
俞亚东、宋萍、刘虎虎、施天穹、石焜、曾斯雨、季荣钰、丁颖
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
神经酸是一种对神经细胞和纤维有修复功能的超长链单不饱和脂肪酸,是脑健康必须的营养素;目前采用从稀有植物中提取获得,该法周期长成本高,不能满足人们的需求。针对上述问题,基于合成生物学原理,拟采用“推拉式”模块化的研究思路,在不能合成神经酸的解脂耶氏酵母体内,构建并优化神经酸合成的代谢途径。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,强化神经酸合成前体的供应;通过DNA介导的支架结构区域化调控不同底物特异性脂肪酸延长酶,精准控制目标脂肪酸的链长;通过引入对神经酸具有底物特异性转酰基反应途径,改变其胞内储存形式。通过上述操作,实现神经酸前体供应模块、合成模块与积累模块的动态平衡,提高神经酸异源生物合成效率的同时,剖析人工构建的神经酸合成途径和微生物细胞的适配机制。发展一种通过模块化构建、区域化调控优化异源代谢途径,实现代谢流最大化地导向异源代谢产物的方法,为植物源天然产物的生物制造提供新的技术手段。
英文摘要
Nervonic acid is a kind of very long chain monounsaturated fatty acid with special function of repairing the human brain nerve cells and fibers. Therefore, it is regarded as the essential nutrient for brain health. Nowadays, the nervonic acid is generally extracted from some rare plants. However, this method takes a long period, and usually has a high cost. Therefore, it cannot meet the gradually expanded needs of people. In order to solve the problem, in this proposal, based on the principle of synthetic biology, we are going to develop a ‘push and pull’ strategy to construct and optimize the metabolic pathway in Yarrowia lipolytica for accumulating nervonic acid. Firstly, we will try to strengthen the supply of precursor (C18:1, oleinic acid) for nervonic acid synthesis by knocking out the delta12-desateurase catalyzing the reaction from C18:1 to C18:2 (linoleic acid) using the CRISPR/Cas9 genome editing technology. Secondly, we will try to assemble different genes encoding β-ketoacyl-CoA synthases of fatty acid elongase complex with different substrate specificity of fatty acid to construct the artificial fatty acid elongation pathway in Y. lipolytica. The final object is to extend the C18:1 in the yeast cells to C24:1 (nervonic acid) with the help of the artificial pathway. We will use the DNA-guided spatial optimization strategy to assemble the artificial elongation pathway for precisely controlling the chain length of the object fatty acid. Thirdly, we will try to alter the intracellular nervonic acid storage form by introducing a plant derived acyl transfer reaction pathway with substrate specificity towards nervonic acid. Through the above operations, the three modules, i.e., nervonic acid precursor supply, synthesis, and accumulation modules would be balanced dynamically. Thus the nervonic acid heterologous biosynthesis efficiency would be improved, and the adaptation mechanism of synthetic nervonic acid metabolic pathway and microbial cell would be revealed. The method developed in the present proposal, i.e., optimizing the heterologous metabolic pathway through ‘push and pull’ modular construction and spatial optimization strategy, aiming at maximizing the metabolic flux to the heterologous metabolites, will provide a powerful toolbox for the bio-manufacturing plant derived natural products.
神经酸(C24:1)是一种对神经细胞和纤维有修复功能的超长链单不饱和脂肪酸,是脑健康必须的营养素。目前采用从稀有植物中提取获得,该法周期长成本高,不能满足人们的需求。针对上述问题,拟在产油脂酵母解脂耶氏酵母中再造神经酸的合成代谢途径,以实现神经酸的高效生产。根据解脂耶氏酵母脂肪酸与油脂合成途径将拟构建的神经酸代谢通路划分为四个模块:前体模块,合成模块,积累模块,降解模块。分别对四个模块进行优化,以“推-拉-阻”(Push-Pull-Block)策略实现四个模块的动态平衡。在此过程中,针对前体模块与合成模块,发现效仿植物中以油酸(C18:1)为前体的延长-去饱和途径在解脂耶氏酵母中并不奏效,分析其原因是解脂耶氏酵母中油脂积累的三个关键酶:甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT),溶血磷脂酸酰基转移酶(LPAAT),二脂酰甘油酰基转移酶(DGAT),天然对C18:1有较强的特异性,对C24:1特异性较弱,C18:1还未经过β-酮脂酰辅酶A合成酶(KCS)催化延伸便被积累到甘油三酯(TAG)中了。为此,尝试构建了一条自然界不存在的去饱和-延长途径,使用胞内硬脂酸(C18:0)作为前体合成神经酸;通过筛选不同植物和微生物来源的关键基因元件,再造了一条全新的神经酸合成通路(组合表达银扇草来源的β-酮脂酰辅酶A合成酶LaKCS3,拟南芥来源的β-酮脂酰辅酶A合成酶AtKCS18以及高山被孢霉来源的Δ15去饱和酶Maω9),经过初步优化,并结合降解模块的改造,神经酸占总脂肪酸的比例达到了10%,对积累模块的优化正在进行中。采用该人工再造的神经酸合成途径有望实现解脂耶氏酵母中神经酸产量的进一步提高。此外,在不同神经酸代谢途径的构建与评价过程中,解析了人工合成代谢途径与宿主解脂耶氏酵母底盘细胞的适配机制。
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
Engineering Yarrowia lipolytica to produce fuels and chemicals from xylose: A review
工程解脂耶氏酵母利用木糖生产燃料和化学品:综述
DOI:10.1016/j.biortech.2021.125484
发表时间:2021
期刊:Bioresource Technology
影响因子:11.4
作者:Sun Tao;Yu Yizi;Wang Kaifeng;Ledesma-Amaro Rodrigo;Ji Xiao-Jun
通讯作者:Ji Xiao-Jun
CRISPR/Cas9-Based Genome Editing in the Filamentous Fungus Fusarium fujikuroi and Its Application in Strain Engineering for Gibberellic Acid Production
基于CRISPR/Cas9的丝状真菌藤黑镰刀菌基因组编辑及其在赤霉酸生产菌株工程中的应用
DOI:10.1021/acssynbio.8b00478
发表时间:2019-02-01
期刊:ACS SYNTHETIC BIOLOGY
影响因子:4.7
作者:Shi, Tian-Qiong;Gao, Jian;Ji, Xiao-Jun
通讯作者:Ji, Xiao-Jun
Manipulating the generation of reactive oxygen species through intermittent hypoxic stress for enhanced accumulation of arachidonic acid-rich lipids
通过间歇性缺氧应激来控制活性氧的产生,以增强富含花生四烯酸的脂质的积累
DOI:10.1016/j.ces.2018.04.023
发表时间:2018-08
期刊:Chemical Engineering Science
影响因子:4.7
作者:Shi Kun;Gao Zhen;Lin Lu;Wang Wei-Jian;Shi Xin-Qiao;Yu Xiao;Song Ping;Ren Lu-Jing;Huang He;Ji Xiao-Jun
通讯作者:Ji Xiao-Jun
Recent advances in metabolic engineering of Yarrowia lipolytica for lipid overproduction
解脂耶氏酵母脂质过量生产代谢工程的最新进展
DOI:10.1002/ejlt.201700352
发表时间:2018
期刊:European Journal of Lipid Science and Technology
影响因子:2.7
作者:Zeng Si-Yu;Liu Hu-Hu;Shi Tian-Qiong;Song Ping;Ren Lu-Jing;Huang He;Ji Xiao-Jun
通讯作者:Ji Xiao-Jun
DOI:10.3389/fmicb.2018.02185
发表时间:2018
期刊:Frontiers in microbiology
影响因子:5.2
作者:Ji RY;Ding Y;Shi TQ;Lin L;Huang H;Gao Z;Ji XJ
通讯作者:Ji XJ
解脂耶氏酵母合成植物激素脱落酸的代谢途径构建与优化研究
- 批准号:22178173
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:纪晓俊
- 依托单位:
合成生物技术改造解脂耶氏酵母生产抗肿瘤药物β-榄香烯的研究
- 批准号:--
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:30万元
- 批准年份:2020
- 负责人:纪晓俊
- 依托单位:
大肠杆菌异源合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇的代谢途径组装与人工调控研究
- 批准号:21376002
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:纪晓俊
- 依托单位:
微生物过量合成3-羟基丁酮的辅酶工程及调控机理
- 批准号:21006049
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:纪晓俊
- 依托单位:
国内基金
海外基金
