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枯草芽孢杆菌和红曲菌共培养诱导天然黄色素合成的分子机制

批准号:
32072184
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张薄博
依托单位:
学科分类:
食品微生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张薄博

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
红曲菌(传统称为红曲霉)是广泛应用于食品行业的丝状真菌,然而市场上现有的红曲黄色素产品是经过化学转化制得,其安全性存在争议,因此通过发酵法直接生产红曲黄色素具有重要意义。针对其发酵过程缺乏高效调控手段的瓶颈问题,申请人利用枯草芽孢杆菌和红曲菌共培养诱导黄色素的大量合成,但是其调控过程及内在分子机制仍不清晰。基于此,本项目首先通过研究枯草芽孢杆菌的添加比例和时机等重要因素对红曲黄色素产量的影响规律,建立合适的共培养诱导体系;接着通过初筛分离、色谱纯化和质谱解析等手段,明确共培养体系中枯草芽孢杆菌所分泌的信号因子的物质信息;进而探究信号因子对红曲菌体形态,膜通透性及胞内第二信使的影响,并通过多组学分析黄色素合成途径关键基因/酶的变化,结合分子生物学验证,阐明共培养诱导红曲黄色素合成的分子机制。本研究成果可为红曲天然黄色素的高效生产奠定理论基础,也可为微生物共培养的机理研究提供有益的参考。
英文摘要
Monascus spp. (traditionally known as red yeast/mold) are filamentous fungi which have been widely used in the food industry. However, the safety of existing Monascus yellow pigments on the market is still controversial because they are produced by chemical transformation. Hence, it is of great importance to produce yellow pigments directly from Monascus fermentation. Until now, the lack of efficient regulation method is the bottleneck in the fermentation process. To solve this problem, co-culture of Bacillus subtilis and Monascus purpureus has been applied to markedly induce the biosynthesis of yellow pigments. However, the regulatory process and the underlying mechanisms are still unclear. Hence, in this project, firstly the effect of the critical factors such as the addition proportion and time of Bacillus subtilis on the yield of Monascus yellow pigments will be studied and then a co-culture induced system will be established. Secondly, the accurate information of the signal factor secreted by Bacillus subtilis will be revealed by primary screening, chromatography purification and mass spectrometry analysis, etc. Thirdly, the effects of signal factor on the cell morphology, membrane permeability and intracellular second messenger of Monascus purpureus will be investigated. Finally, the molecular mechanism of co-culture induction on the Monascus yellow pigment biosynthesis will be elucidated by multiple omics analysis, and further verified by the molecular biology experiments. This study will not only offer a theoretical support for the industrial production of Monascus natural yellow pigment, but also provide useful reference for understanding the mechanism of microbial interaction in the co-culture induction process.
通过发酵的方法直接生产红曲黄色素符合国家大健康产业和消费者对食品安全的需求,然而目前该方法尚未工业化应用,高效发酵调控手段和基础研究的欠缺是制约其进一步生产应用的瓶颈问题。.针对存在的问题,本项目突破红曲发酵传统研究手段(菌种筛选、发酵条件优化、完善发酵体系等)的束缚,根据红曲黄色素特有的生理功能(抑菌),合理利用枯草芽孢杆菌-红曲菌互作效应,巧妙地施加共培养诱导作用,对红曲黄色素液态发酵过程进行具有针对性且新颖高效的代谢调控,促使红曲黄色素的大量合成,并对共培养诱导调控过程的关键信号因子及内在调控机制进行深入探究。.研究发现,在红曲菌发酵过程添加枯草芽孢杆菌滤液可以起到共培养诱导作用,显著提高红曲黄色素的产量,在发酵的第168 h红曲黄色素的色价可达到503.6 U/mL,是对照组的3.2倍。通过硫酸铵盐析、阴离子交换层析、分子筛凝胶分离和质谱鉴定等方法的分离纯化和解析,确定枯草芽孢杆菌所分泌的γ-谷氨酰转肽酶(GGT)和枯草杆菌蛋白酶(Subtilisin)是促进红曲菌高产黄色素的关键信号因子。.进一步的调控机制研究表明,GGT添加到红曲菌的发酵中,改变了GSH的含量,通过荧光菌体观察和荧光强度分析活性氧含量以及检测的H2O2含量,表明GGT的添加增加了活性氧和H2O2含量,对红曲菌形成氧化胁迫。红曲菌通过cAMP-PKA 信号通路调控抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT),以及具有抗氧化特性的黄色素的合成来保护自身免受ROS伤害。另一方面,Subtilisin的添加,破环了红曲菌细胞壁,导致红曲菌胞外AKP含量的增加,引发红曲菌的防御机制,另外,蛋白质分解的氨基酸也为色素的合成提供前体物质和能量,从而增加了红曲菌孢子的数量和黄色素的合成。.本项目的研究成果为红曲黄色素发酵过程的高效调控提供新思路,为红曲天然黄色素的绿色智造和工业化生产奠定理论基础。
微粒调控红曲菌高效合成天然黄色素的分子机制
  • 批准号:
    32472313
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    张薄博
  • 依托单位:
国内基金
海外基金