《基於功能基因組學揭示自凝集產氫細菌代謝調控機制》是依託哈爾濱工業大學，由邢德峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於功能基因組學揭示自凝集產氫細菌代謝調控機制
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邢德峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
乙醇型發酵作為一種具有較高產氫能力的產酸發酵類型，在有機廢水處理與能源化方面有著廣闊的工程套用前景。產乙醇桿菌是乙醇型產氫發酵的代表細菌，具有良好的產氫、自凝集和耐酸生長等特性，開展該屬模式菌株的生理代謝及其自凝集機制研究具有重要的理論和現實意義。本課題研究目的是基於已獲得的全基因組序列分析產乙醇桿菌的轉錄組和蛋白質組、特別是氫化酶基和中心代謝途徑相關基因表達水平，解析高效產氫代謝的分子調控機制。分析不同生態條件干擾下的產氫效能和自凝集能力，通過基因表達水平確定最佳生態條件及其調控對策，同時分析與氫化酶高效共表達的相關基因，進一步揭示環境脅迫下關鍵基因表達調控和自凝集生長機制。為進行產乙醇桿菌的遺傳改良和利用此菌實現制氫系統生物強化，以期儘快合理套用於生物制氫規模化生產奠定基礎。
結題摘要
乙醇型發酵是厭氧發酵主要類型之一，由於該發酵類型利用碳水化合物產生乙醇和乙酸同時產生氫氣，乙醇易於轉化成可被產甲烷菌利用的乙酸，因此研究乙醇型發酵對於揭示厭氧發酵調控機理具有重要意義。哈爾濱產乙醇桿菌（Ethanoligenens harbinense YUAN-3）是乙醇型發酵的典型種，具有高產氫能力和自聚集生長。通過研究該種的產氫代謝條例機制具有重要的科學價值和實際意義。本課題利用基因組學、轉錄組學和定量蛋白質組學在分子水平系統的研究了Ethanoligenens harbinense的代謝調控。完成了產氫細菌的基因組完成圖及比較基因組學研究，確定了Ethanoligenens harbinense的進化分類地位和種類不同菌種的差異。確定了影響產乙醇桿菌產氫產乙醇代謝相關的重要功能基因。通過多組學技術分析了不同培養時期和初始pH對產氫效能、生長特性、基因表達和蛋白表達的影響，發現生態因子干擾下存在大量差異表達基因和蛋白；氫化酶蛋白質修飾和鐵氧化還原蛋白上調錶達是產氫代謝調控的關鍵。通過定量蛋白質組學揭示產氫細菌對乙醇和乙酸的耐受機制。闡明了產氫產乙醇代謝途徑與調控機制，為高效自凝集產氫細菌的改造和套用提供重要的依據。將產氫細菌E. harbinense YUAN-3與兼性好氧細菌Pseudomonas aeruginosa進行復配，基於呼吸互作機制實現了好氧條件產氫，並形成自凝聚厭氧顆粒工程菌種。發現了納米磁性顆粒可以促進產氫細菌產氫代謝。這些研究為放大化生物制氫的啟動、運行調控提供了理論依據。在Biosensors and Bioelectronics，Biotechnology for Biofuels，Frontiers in Microbiolog，Chemical Engineering Journal，Science of the Total Environment等期刊發表SCI論文6篇，EI論文1篇，獲得2017年教育部青年科學獎，授權發明專利3項，申請美國專利1項。
