《枯草芽孢桿菌基因組最小化的研究》是依託天津大學，由陳濤擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：枯草芽孢桿菌基因組最小化的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳濤
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目採用比較基因組學、基因組尺度代謝網路的模擬、生理及實驗數據分析相結合的方法預測枯草芽胞桿菌的基因必需性。然後通過實驗對預測結果進行驗證，利用無痕刪除技術逐步從基因組中定點刪除預測的非必需基因。在此基礎上，採用基因組片段的隨機刪除技術獲取合理預測方法所遺漏的非必需基因信息，並進一步精簡基因組，構建具有適應特定生長環境、生長快速、遺傳穩定等有利生理性狀的基因組簡化菌株。最後，對構建的基因組簡化菌株作為底盤生產生物基產品核黃素的能力進行初步的研究。本項目的研究將加深對枯草芽胞桿菌在特定生長環境中維持正常生長所需要的最小基因集合的了解，具有十分重要的科學意義。同時，本項目針對核黃素的生產來構建基因組更為精簡、高效的枯草芽胞桿菌，為通過合成生物學技術進一步構建高產核黃素及其相關的核苷類等生物基產品的優良最小細胞工廠奠定基礎，因此本項目的研究也具有重要的套用潛力。
結題摘要
生物技術和合成生物學研究的一個熱點是最佳化細胞底盤，基因組簡化是構建具有魯棒性及套用潛力的底盤宿主的有效途徑之一。研究者預期基因組上的原噬菌體及其他非必需區域的刪除將促進代謝途徑及能量利用的最佳化，從而導致細胞代謝性能的提高。本項目採用基因組尺度代謝網路的模擬、生理及實驗數據分析相結合的方法預測枯草芽胞桿菌的基因必需性。然後通過實驗對預測結果進行驗證，利用無痕刪除技術逐步從基因組中定點刪除預測的非必需基因，構建具有適應特定生長環境、生長快速、遺傳穩定等有利生理性狀的基因組簡化菌株。最後，對構建的基因組簡化菌株作為底盤生產鳥苷，胸苷，核黃素，2,3-丁二醇/乙偶姻等生物基產品的能力進行初步的研究。 我們構建了基因組刪減尺寸最高達846kb的一系列基因組簡化菌株，這些菌株的比生長速率，孢子萌發率，轉化效率和底物維持係數都表現出明顯的下降，而細胞得率明顯提高。隨後，通過在基因組簡化菌株中分別導入鳥苷，胸苷和核黃素合成相關的基因修飾，使這些產品的產量提高了77%~420%。對於溢流代謝產物2,3-丁二醇/乙偶姻，使用基因組簡化細胞生產時其總產量僅提高不到10%。通過本研究我們證明了基因組簡化菌株作為底盤細胞在生產核苷及其衍生物方面具有巨大的優勢和更高的效率。 本項目的研究加深了對枯草芽胞桿菌在特定生長環境中維持正常生長所需要的最小基因集合的了解，具有十分重要的科學意義。同時，本項目針對核苷、核黃素等產品構建了基因組更為精簡、高效的枯草芽胞桿菌，為通過合成生物學技術進一步構建高產核黃素及其相關的核苷類等生物基產品的優良最小細胞工廠奠定基礎，因此本項目的研究也具有重要的套用潛力。
