课题基金 / 基金详情

基于纯种接种的预发酵椰子水促进细菌纤维素合成的代谢组学研究

批准号:
32060529
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
刘四新
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:
刘四新

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
BC因优良独特性能而持续受到越来越广泛关注。本项目基于商业生产使用自然预发酵椰子水FCW比新鲜水NCW能成几十倍促进BC合成的事实,首次提出以广泛靶向代谢组学研究K. nataicola BC合成代谢调控机制。首先对已筛获具有促进作用单菌株进行多维复合组合筛选,并进行组合接种预发酵条件优化,以获取产量高于FCW的组合菌株纯种预发酵高促进椰子水。然后选取其代表性时点预发酵椰子水跟NCW一起进行常规成分测定。接着基于UPLC-MS/MS和GC-MS进行广靶研究、多元统计分析寻找各预发酵椰子水组内、与NCW组间的差异代谢物及其关系、基于KEGG进行功能注释并进行代谢通路富集分析,解析可能在BC合成中发挥调控作用的关键促进和/或抑制因子。最后基于HS培养基进行加标验证,测定K.nataicola发酵BC性能、细胞内UDPG焦磷酸化酶等关键酶活力,最终通过综合分析阐释该菌种BC生物合成代谢调控规律。
英文摘要
BC has received more and more attention because of its excellent unique properties. This project is based on the fact that commercial production using natural pre-fermented coconut water (FCW) can promote BC synthesis by dozens of times than fresh natural coconut water(NCW). It is the first time that a widely-targeted metabolomics is used to study the mechanism of BC synthesis by K. nataicola. Firstly, the single strains with promoting effect were combined and screened, and the pre-fermentation conditions with combined inoculation will be optimized to obtain pre-fermented water with higher yield than FCW. Then we select the representative time point of pre-fermented coconut water and NCW for routine composition analysis. Then, based on UPLC-MS/MS and GC-MS, a widely-targeted study and multivariate statistical analysis will be performed to find the differential metabolites and their relationships between each pre-fermented coconut water group and also the NCW group, and based on KEGG database for functional annotation and metabolic pathway enrichment analysis, we will demonstrate the key promotion and/or inhibitory factors that may play a regulatory role in BC synthesis. Finally, based on the HS medium, the standard verification will be carried out, and by determining the BC fermentation performance of K. nataicola, and the activities of the key enzymes such as UDPG pyrophosphorylase, we will demonstrate the mechanism of BC biosynthesis metabolic regulation through comprehensive analysis.
细菌纤维素(BC)独特而优良的性质决定了其不仅受学术界重视、也受资本界的关注,其在生物医学材料方面的应用价值越来越使高效可控合成和稳定低成本发酵生产变得极其重要,因此关于BC合成的代谢调控规律和产业化水平的发酵控制研究尤其成为本领域的重中之重。本项目基于BC规模化生产中以预发酵椰子水为发酵培养基原料的产业实际,提炼和挖掘科学问题。首先基于前期筛获的预发酵椰子水中显著促进BC合成的纯菌株进行复筛和纯种接种的预发酵优化;然后对高促进菌株纯种预发酵椰子水进行常规理化分析和代谢组学研究,发现3-苯基乳酸、N-乙酰-谷氨酰胺、丝氨酸等均有显著促进作用,2-吲哚甲酸和第二信使cAMP则呈极显著抑制作用,其中丝氨酸的影响呈“剂量依存效应”,浓度不宜高于1%否则呈抑制作用;另外再对不同季节的自然预发酵椰子水也进行代谢组研究,发现合适浓度的乳酸、甘露醇、乙醇对不同BC合成菌株均呈显著促进,其中乳酸则对所有BC菌株均表现促进作用,这与理化指标关联分析所得结果一致;进一步地换一个角度、对筛到的高促进性布氏迟缓乳杆菌与BC合成菌开展共培养发酵、以代谢组和转录组进行双组学研究,差异代谢物分析和KEGG预测发现半乳糖代谢、果糖和甘露糖代谢途径被显著激活,多条氨基酸代谢途径被抑制,且精氨酸、脯氨酸、缬氨酸和丝氨酸等显示均不利于BC合成;转录组分析发现涉及糖转化和转运受体相关基因显著上调,但UDPG表异构化相关基因和第二信使c-di-GMP降解相关基因均显著下调。共培养发酵方法与椰子水先经预发酵的两步发酵法的思路虽不同,但在解析BC发酵调控规律研究上却是很好的实验设计,况且也得到类似分析结果、即都聚焦到第二信使分子(cAMP和c-di-GMP)的调控作用,这是本项目研究的“新发现”,为细菌纤维素合成调控规律的深入研究提供了新的思路,也为进一步阐释合成BC过程中的关键酶表达、分解和合成代谢的协调机制、基因表达的调控因子等提供了重要参考、奠定了良好研究基础。
预发酵椰子水的微生物菌相解析及促进细菌纤维素合成的机理
  • 批准号:
    31660458
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘四新
  • 依托单位:
国内基金
海外基金