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采用合成生物学方法建立高效合成中长链PHA的恶臭假单胞菌KT2440小基因组细胞工厂

批准号:
32101171
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘瑞华
依托单位:
学科分类:
合成生物学与生物改造技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘瑞华

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
如何利用微生物高效合成目的产物是合成生物学的核心科学问题之一。微生物合成的中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl-PHA)具有广泛的应用前景,但目前产量低、生产成本高,已成为制约其产业化的关键因素。已报道,基因组删减的微生物菌株表现出优良的生理特性。本项目首先对mcl-PHA合成菌株恶臭假单胞菌KT2440(Pseudomonas putida KT2440)的基因组岛进行系统性删除,然后通过对基因组删减菌株的生理特性进行测试,从而筛选出具有优良生产性能的优势小基因组菌株KT2440,这为构建高效的细胞工厂提供有用的测试平台。进一步,采用合成生物学方法包括启动子工程、代谢工程和细胞形态工程对优势小基因组菌株KT2440进行系统性改造,建立高效合成mcl-PHA的P. putida KT2440小基因组细胞工厂。
英文摘要
How to use microorganisms to synthesize target products efficiently is one of the core scientific problems in synthetic biology. The medium-chain-length polyhydroxyalkanoate (mcl-PHA) synthesized by microorganism has a wide application prospect, but at present, the low yield and high production cost have become the key factors restricting its industrialization. It has been reported that the genome-reduced microbial strains show many excellent physiological characteristics. In this project, the genomic islands (GIs) of a mcl-PHA-producing strain Pseudomonas putida KT2440 were deleted systematically, and then the physiological characteristics of the genome-reduced strains were tested to select the dominant minimal genome strain KT2440 with excellent production performance, which will provide a useful test platform for constructing efficient microbial cell factories. Furthermore, the dominant minimal genome strain KT2440 was systematically engineered by using the approaches of synthetic biology, including promoter engineering, metabolic engineering and cell morphology engineering, to establish a minimal genome cell factory of P. putida KT2440 for efficient synthesis of mcl-PHA.
Pseudomonas putida KT2440是天然的中长链PHA(mcl-PHA)合成菌株,目前已完成其全基因组功能解析和PHA代谢调控网络构建。本项目开展了以下研究:1)通过对P. putida KT2440进行基因组岛的大规模敲除,从而构建了一株基因组删减比例8.35%、具有优良生理特性的精简菌株KTU-U27;2)利用合成生物学方法包括启动子工程、组合代谢工程等,对精简菌株KTU-U27的PHA生物合成途径进行了优化,建立了以葡萄糖作为碳源高效合成mcl-PHA的小基因组微生物细胞工厂;3)以精简菌株KTU-U27作为底盘细胞,构建了从木糖、纤维二糖出发合成mcl-PHA的新途径,通过阻断旁路、提高木糖转运效率、强化磷酸戊糖途径、增强β-葡糖苷酶表达等策略,建立了以木糖、纤维二糖作为碳源高效合成mcl-PHA的小基因组微生物细胞工厂;4)以精简菌株KTU-U27作为底盘细胞,通过敲除PHA解聚酶基因、减少流向脂肪酸β-氧化途径的通量、增加进入PHA生物合成的碳通量、提高对香豆酸的耐受性等策略,建立了以对香豆酸作为碳源高效合成mcl-PHA的小基因组微生物细胞工厂;5)发表SCI论文7篇,申请发明专利3件。为了降低mcl-PHA的生产成本,将建立从农业废弃物高效合成mcl-PHA的新技术。为了实现项目成果转化,本课题组与发酵企业开展了合作研究,工程菌株已经完成了500 L规模的PHA发酵中试,目前正在进行产业化示范应用,将来有望实现mcl-PHA的工业化生产。
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