氢气在厌氧菌群己酸合成代谢中的调控机制解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21506076
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    黄振兴
  • 依托单位：
    江南大学
  • 学科分类：
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Caproic acid is a kind of medium chain fatty acids (MCFAs) and can be easily separated due to its low water solubility. As a high-added value product, caproic acid have been widely used in various fields such as energy, chemical industry and food. The caproic acid biosynthesis from organic wastes via anaerobic microbial consortia is considered to be a very promising and sustainable technology for energy and resource recovery. However, the enhancement of biosynthesis efficiency is an urgent problem to be solved. Hydrogen has a significant impact on caproic acid via via anaerobic microbial consortia, but the relevant researches are not systematic and thorough. Hence, in this project, the fermentation control strategy, based on hydrogen as regulatory factor and potential electron donor, is investigated to enhance caproic acid production. Moreover, in order to elucidate the ecological mechanism of hydrogen regulation, the succession of microbial community structure and the growth of caproic acid-producing bacteria under different hydrogen pressure are studied by PCR-DGGE, clone libraries and quantitative PCR. Besides, the metabolic mechanism of hydrogen regulation on caproic acid production via anaerobic microbial consortia are multidimensionally revealed on the levels of key enzymes, cofactors and functional gene transcription. The research results in this project can contribute to enrich the connotation of caproic acid biosynthesis, which also can promote the technological development for energy and resource recovery from organic wastes.
己酸是一种中链脂肪酸，附加值高且易于纯化，已广泛应用于能源、化工及食品等多个领域。利用厌氧菌群将有机废弃物转化成己酸等中链脂肪酸被认为是一种非常有潜力的新型资源化回收技术，但是其合成效能的提高是目前亟待解决的关键问题。研究发现，氢气会显著影响厌氧菌群的己酸合成效能，但是目前相关研究并不系统和深入。有鉴于此，本项目探索通过氢气作为调控因子和潜在电子供体以强化厌氧菌群己酸合成的控制策略；并借助PCR-DGGE技术、克隆文库以及荧光定量PCR技术，研究不同氢分压调控下的微生物群落结构演替规律和产己酸菌生长规律，以阐释氢气对产己酸菌群的生态调控机制；然后进一步在关键酶、辅因子、功能基因表达等多维水平深入解析氢气对厌氧菌群己酸合成的代谢调控机制。研究成果有助于丰富和充实厌氧菌群高产己酸等MCFAs的内涵，从而进一步推动有机废弃物资源化技术的深层发展。

结项摘要

利用厌氧菌群将有机废弃物转化成己酸等中链脂肪酸被认为是一种非常有潜力的新型资源化回收技术，但是其合成效能的提高是目前亟待解决的关键问题。研究发现，氢气会影响厌氧菌群的己酸合成效能，但是目前相关研究并不系统和深入。因此本课题首先研究了氢分压对己酸合成效能的影响，并阐释了其作用机制。在此基础上，研究了有机废弃物两相法产己酸的发酵效能，并对其调控机制进行了解析。主要结论如下：.（1）在较低的氢分压下，乙醇和丁酸会被降解成乙酸，从而限制了己酸的合成效率；而通过调控合适的氢分压能够显著提升己酸的合成效能；但是过高的氢分压会对己酸发酵过程造成抑制，乙醇积累明显。.（2）厌氧菌群比活性随着己酸合成逐渐升高，且在氢分压为0.5atm时比活性最大，说明ATPase活性和产己酸效能之间存在一种正相关关系，而氢分压对其有一定的调控作用。.（3）氢分压对厌氧产己酸过程中的微生物群落结构有一定的影响。PCR-DGGE结果表明空白对照、0.33atm以及0.5atm氢分压下的微生物群落结构变化并不显著，这说明三种工况下的代谢表现差异并不能主要归结于微生物群落结构的变化；而在氢分压为1atm和0.66atm时，优势微生物的多样性显著增加，这也许是厌氧菌群代谢表现发生变化的原因之一。.（4）在有机废弃物两相己酸发酵过程中，第一相产酸相的接种比调控非常关键。在最优接种比下，可以获得充分的底物降解率和更多的乙酸产量，从而为后续产己酸相的高效合成提供基本条件。.（5）在有机废弃物两相己酸发酵过程中，Clostridium kluyveri是产己酸相的主导功能微生物。通过调控醇酸比和pH能够显著强化其生长过程，进而提高了碳链延伸效能，并减少了副产物的产生。己酸合成是非生长偶联型，主要生成于Clostridium kluyveri生长的中期和后期。.（6）筛选出能够特异性吸附己酸的离子交换树脂D201，其能够在发酵过程中有效减轻己酸的酸毒性，进一步提升了己酸合成效能，累积产量达到了27.47g/L。

项目成果

期刊论文数量（16）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Co-inoculation of cellulolytic rumen bacteria with methanogenic sludge to enhance methanogenesis of rice straw
纤维素分解瘤胃细菌与产甲烷污泥共接种增强稻草产甲烷作用
  • DOI：
    10.1016/j.ibiod.2017.01.017
  • 发表时间：
    2017-02-01
  • 期刊：
    INTERNATIONAL BIODETERIORATION & BIODEGRADATION
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Deng, Yuying;Huang, Zhenxing;Ren, Hongyan
  • 通讯作者：
    Ren, Hongyan
沼液回流比与有机负荷对秸秆厌氧发酵特性的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    阮文权;缪恒峰;赵明星;任红艳
  • 通讯作者：
    任红艳
果蔬废弃物两相厌氧发酵产己酸的效能研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    余江南;刘春梅;黄振兴;缪恒锋;阮文权
  • 通讯作者：
    阮文权
Process stability and microbial response of anaerobic membrane bioreactor treating high-strength kitchen waste slurry under different organic loading rates
不同有机负荷率下厌氧膜生物反应器处理高浓度餐厨垃圾浆液的工艺稳定性及微生物响应
  • DOI：
    10.1016/j.ibiod.2017.03.012
  • 发表时间：
    2017-07
  • 期刊：
    International Biodeterioration & Biodegradation
  • 影响因子：
    4.8
  • 作者：
    Xiao Xiaolan;Shi Wansheng;Huang Zhenxing;Ruan Wenquan;Miao Hengfeng;Ren Hongyan;Zhao Mingxing
  • 通讯作者：
    Zhao Mingxing
基于卧式厌氧装置的稻秸高固态消化与甲烷菌变化研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    邓玉营;阮文权;黄振兴;缪恒峰;赵明星;施万胜
  • 通讯作者：
    施万胜

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其他文献

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  • 通讯作者：
    3.Key Laboratory of Industrial Biotechnology,Minis
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    黄振兴;李媛;任洪艳;阮文权
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    2017
  • 期刊：
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  • 作者：
    谭茹尹;韦庆臣;梁杏欢;冼晶;李励;黄振兴;杨海燕;罗佐杰
  • 通讯作者：
    罗佐杰

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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