地衣芽孢杆菌胞外多糖无细胞表达平台构建
批准号:
32170061
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
何宁
依托单位:
学科分类:
微生物组学与代谢
结题年份:
2025
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
魏晓宇、徐艺源、翁悦、王海燕、李琪、彭雅娟
中文摘要
细菌胞外多糖赋予细胞重要生理功能,并展示出巨大的应用潜力。其复杂的代谢机制决定了多糖种类多,功能迥异。要明晰多糖合成的遗传控制原理进而促进其应用,尚有挖掘的空间和必要。本项目拟引入无细胞表达系统(Cell-free gene expression, CFE),基于前期对Bacillus licheniformis CGMCC 2876胞外多糖合成机制的系统工作基础,利用体外培养模式探究限制菌株多糖合成代谢通路总体性能的eps基因(簇)。通过构建iPROBE系统对菌株多糖代谢反应通路进行模拟,实现精确评估和控制代谢过程关键蛋白,揭示其最优合成路径。本项目旨在建立基于细菌多糖合成的非模式生物无细胞表达系统,以打破传统研究手段对生物细胞胞内反应难以控制的局限性。不仅为解决多糖类生物大分子的复杂酶蛋白反应提供更加有效、便捷的研究平台,亦为其他工业用非模式菌株的无细胞生物合成系统建立奠定重要基础。
英文摘要
Bacterial extracellular polysaccharide (EPS) endows cells with important physiological functions and shows great application potential. There is a wide variety of polysaccharides with different functions because of the complex metabolic mechanism. Therefore, it’s necessary to clarify the genetic control principles of polysaccharide synthesis so as to promote its application better. This project plans to introduce a cell-free gene expression (CFE) system based on our previous work of the mechanism of EPS from Bacillus licheniformis CGMCC 2876. The eps gene cluster will be further investigated by in vitro culture model, which will be accurately evaluated and controlled by constructing an iPROBE (in vitro prototyping and rapid optimization of biosynthetic enzymes) model. An optimal EPS synthesis pathway will then be hypothesized and verified. This project aims to establish a non-model bacterial CFE system based on exopolysaccharide synthesis. The CFE system will provide a more effective and convenient platform for research on complex metabolic networks of biomacromolecules such as polysaccharides, breaking the limitations of traditional in vivo research methods which are difficult to control the intracellular bioreactions. The construction of this Bacillus-CFE platform also lays an important foundation for the establishment of CFE system for other industrial non-model strains and promote its application in synthetic biology.
胞外多糖(Extracellular polysaccharides,EPS)赋予细胞重要生理功能,并在食品、医药及生物材料等领域展示出巨大的应用潜力。但多糖结构繁杂而且功能迥异,其生物合成过程涉及多种功能复杂的酶及膜结合蛋白,利用传统的细胞体系仍难以对多糖合成及其遗传控制原理进行清晰的解析和调控。.本项目基于前期对地衣芽孢杆菌 Bacillus licheniformis CGMCC 2876的系统工作基础,利用新一代高通量全基因组测序与生物信息学分析,系统鉴定并注释了多糖合成关键基因,明确了糖基转移酶、修饰酶及转运蛋白等在多糖重复单元合成与转运过程中的潜在功能,构建了地衣芽孢杆菌胞外多糖合成网络模型。建立并优化了地衣芽孢杆菌与大肠杆菌来源的无细胞合成体系,验证了无细胞合成体系的稳定性和可重复性:该体系在 25–42 ℃ 范围内保持稳定的蛋白表达效率。成功实现了EpsM、EpsO等多种与细菌胞外多糖合成相关的关键蛋白的体外表达,对地衣芽孢杆菌内源磷酸糖基转移酶GTp和EpsL的结构进行了解析,揭示其作为EPS合成起始糖基转移酶在脂质载体糖基化过程中的重要功能,最终建立了多糖合成的无细胞体系。本项目利用体外模式探究影响细菌胞外多糖合成代谢的关键蛋白,是对前期利用胞内反应获得的多糖代谢机制的补充论证,为更加全面认识微生物多糖代谢调控和基因功能提供新的论据和方法,具有重要的科学意义。.本项目构建的无细胞合成体系有效规避了膜蛋白体内表达的细胞毒性问题,将蛋白合成周期缩短至小时尺度,为复杂多糖分子的合成及其相关蛋白的体外表达提供了全新的技术方法。本项目建立的无细胞合成体系打破传统研究手段对生物细胞胞内反应难以控制的局限性,为解决多糖类生物大分子的复杂代谢途径解析提供更加有效、便捷的研究平台,亦为无细胞合成技术在生物制造与快速检测领域的拓展应用奠定了技术基础。
地衣芽孢杆菌胞外多糖无细胞表达平台构建
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批准号:32170061
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:何宁
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依托单位:
裂殖壶菌利用聚酮合成酶(Polyketide synthase, PKS)途径合成二十碳五烯酸代谢机制
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批准号:31871779
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:何宁
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依托单位:
地衣芽孢杆菌胞外聚合物合成的调控机制研究
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批准号:21676221
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2016
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负责人:何宁
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依托单位:
关键基因对微生物胶体稳定性的影响机制与细菌细胞的絮凝行为调控
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批准号:51378444
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:何宁
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依托单位:
生物絮凝剂高产工程菌株的构建与表达
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批准号:30700020
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:16.0万元
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批准年份:2007
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负责人:何宁
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依托单位:
国内基金
海外基金