转化纤维素合成PHA的鞘氨醇杆菌设计构建研究
批准号:
32070107
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
宫春杰
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
宫春杰
中文摘要
以生物可降解塑料聚羟基脂肪酸(PHA)替代传统石油基塑料的主要瓶颈在于PHA的生产成本居高不下。本项目拟设计构建一个能利用纤维素原料合成PHA的微生物细胞工厂,实现聚羟基庚酸(P3HHp)的高效生物合成。首先,利用能高效降解纤维素的鞘氨醇杆菌,采用合成生物学和代谢工程技术,外源引入脂肪酸合成途径,使细胞高效生产庚酸。其次,通过外源引入PHA聚合酶等构建聚羟基脂肪酸合成通路,完成原料降解和产物合成双功能的整合,使鞘氨醇杆菌获得“一步发酵法”转化纤维素为聚3-羟基庚酸的能力。最后,通过动态分析优化P3HHp的生产条件,提高转化率。研究成果可为建立和发展生物质原料利用的新策略提供科学基础,同时有助于丰富和发展生物高分子材料生产的创新技术体系。
英文摘要
High production cost of the bioplastic polyhydroxyalkanoates (PHA) is a major obstacle to replace traditional petro-based plastics. In this study, we will construct a microbial cell factory to produce poly-3-hydroxyheptanoate (P3HHp) using cellulose as the starting substrate. First, based on the high efficiency degradation capability, exogenous fatty acid synthesis pathway will be introduced into a Sphingobacterium strain for utilization of cellulose to produce heptanoic acid. Then, the exogenous PHA synthase will be introduced to realize the bifunctional integration of substrate transformation and product synthesis in one cell. The constructed bacterial manufacturing system will execute the conversion of cellulose to the product PHA by "one-step" fermentation. Finally, analysis of the dynamic metabolic processes will be performed for optimization of the P3HHp production. This study will provide the development of new strategies for the efficient conversion of the natural lignocellulose available and develop an effective system for microbial synthesis of biodegradable plastics.
本项目利用鞘氨醇杆菌高效降解纤维素的特性,结合目前先进的合成生物学和代谢工程技术,通过在纤维素降解微生物中构建脂肪酸合成体系以及聚羟基脂肪酸合成路径,使微生物能够通过“一步法”发酵将纤维素转化为产物羟基脂肪酸聚合物,实现纤维素的高值化利用。首先,通过基因组学与比较基因组学深度挖掘鉴定了新型内切葡聚糖酶/阿魏酸酯酶、木聚糖酶、乙酰酯酶、木糖苷酶/阿拉伯糖苷酶等,并构建纤维素降解增强体系。其次,对聚羟基庚酸合成路径进行重构,阻断了聚羟基庚酸合成竞争途径,并对旁路的色氨酸合成酶进行了鉴定。最后,建立了森林土壤宏基因组数据库,获得了纤维素降解相关的宏基因组组装基因组33个,预测出了纤维素降解与脂肪酸合成适配元件,并鉴定了宏基因组中挖掘到的新型阿魏酸酯酶和低温羧酸酯酶。基于项目研究内容,共发表SCI收录论文13篇,处于实审阶段国家发明专利2项,培养硕士研究生7人。
国内基金
海外基金