面向人工定向重構纖維素菌群的共生分子機理研究

《面向人工定向重構纖維素菌群的共生分子機理研究》是依託清華大學，由杜然擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：面向人工定向重構纖維素菌群的共生分子機理研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：杜然
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

發展生物質能源是解決當前能源與環境問題的重要途徑之一。木質纖維素是自然界產量最高的多糖物質，是極具潛力的生物質能源生產原料。轉化纖維素需要多種生物酶的參與。天然菌群是這些酶類的有效來源，能夠高效轉化纖維素。然而，天然菌群的結構非常複雜，常常導致無法很好地調控和最佳化其纖維素轉化性能。鑑定菌群中對共生起關鍵作用的因子是揭示天然菌群纖維素轉化機理的關鍵。本研究擬首先通過天然菌群的簡化技術，構建最最佳化的人工菌群；然后綜合運用多組學分析、生化和遺傳工程手段鑑定在菌群共生中發揮關鍵作用的蛋白及小分子因子。進一步通過研究這些關鍵因子的作用機理，闡明纖維素轉化菌群中菌株間共生的分子機理。該機理的闡明，有助於揭示纖維素轉化天然菌群共生協同機制，指導菌群調控與性能最佳化，具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

木質纖維素是自然界廣泛存在的產量最大的可再生多糖，是極具潛力的生物燃料原料。已有的研究顯示，採用天然菌群進行纖維素轉化是纖維素生物燃料的有效途徑之一。天然菌群多樣化的纖維素酶體系和代謝通路，為發酵體系提供了高效的纖維素降解能力，並通過菌間共生能夠高效的、持續性的實現纖維素原料的轉化。但其結構的複雜性，限制了對其共生機理、代謝協同與調控等方面的研究，制約了在生產上的套用。 本項目通過多組學分析手段，通過分析已有天然菌群中菌株在纖維素轉化過程中功能，建立了穩定高效的人工簡化菌群重組方法，獲得了由多個纖維素降解菌和非纖維素降解菌組合而成的可穩定傳代的簡單菌群，發酵性能顯著高於原始菌群。進一步對發酵纖維素過程中的菌株結構、代謝通路、表達譜和代謝物分析，篩選出關鍵作用因子，並闡明了關鍵因子在纖維素降解人工重組菌群中維持菌間共生、增強協同轉化纖維素底物能力的分子機制。該分子機制的闡明，有助於揭示纖維素轉化菌群中菌株的共生分子機制，為提升現有菌群纖維素轉化能力提供了調控思路，為人工構建更加高效的纖維素降解菌群提供了重要的組合依據，為研究利用菌群進行大規模纖維素轉化提供了重要的基礎。