收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

代谢工程改造嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27)强化氢气合成

李阳  
【摘要】:随着人类城市化和工业化水平的加快,人们对能源的需求越来越大。随着化石能源的快速消耗、不可再生和其在使用过程中造成的空气污染等问题越来越严重,寻找新的清洁可再生能源成为近些年科研人员研究的重点。在众多可再生能源中,氢气由于具有高燃烧值及燃烧产物无污染两大特性受到许多研究者青睐。本课题组筛选的Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27主要代谢产物有乙醇、乳酸、乙酸和氢气。该菌不仅可以利用多种碳源,甚至可以直接利用半纤维素进行代谢产物的合成及共利用戊糖和己糖,显示出突出的应用前景。但其氢气产量和得率仍不足以使之成为工业发酵菌株,因此,为提高菌株氢气产量和得率,需对其进行代谢工程改造。T.aotearoense SCUT27在合成乙醇、乳酸和氢气的过程中均需NADH提供电子,因此本研究首先从提高细胞内NADH的供给着手提高其氢气产量。在T.aotearoense SCUT27中,NADH依赖的还原态铁氧还蛋白:NADP~+氧化还原酶(NADH-dependent reduced ferredoxin:NADP~+oxidoreductase,Nfn AB)催化电子从NADH和还原态铁氧还蛋白上转移到NADP~+从而合成NADPH的过程,阻断该反应理论上可提高菌株胞内NADH的浓度。同源重组敲除T.aotearoenseSCUT27 nfn AB基因,得到工程菌SCUT27/nfn AB。该工程菌与SCUT27相比,以葡萄糖、木糖或者葡萄糖/木糖混合糖分别为碳源时氢气产量均能提高40%以上。SCUT27/nfn AB和SCUT27胞内NADH/NAD~+比例结果显示,发酵过程中SCUT27/nfn AB胞内NADH/NAD~+比例一直高于SCUT27。随后以6种木质纤维素稀硫酸水解液为碳源进行摇瓶发酵,结果表明SCUT27/nfn AB和SCUT27均能利用6种木质纤维素水解液,工程菌的氢气产量均显著高于野生型菌株。以水稻秸秆和玉米芯水解液为碳源时,SCUT27/nfn AB氢气产量分别达到62.39±3.45mmol/L和69.76±2.78 mmol/L;SCUT27/nfn AB在5-L发酵罐中以水稻秸秆水解液为底物时其氢气产量达209.31 mmol/L。双功能醛醇脱氢酶(Bifunctional alcohol and aldehyde dehydrogenase,Adh E)催化T.aotearoense SCUT27中乙醇的合成,有研究显示对adh E基因进行定点突变可改变Adh E的辅因子偏好性。因此,本研究结合文献选择位点对adh E基因进行定点突变后得到工程菌SCUT27/adh E~(G544D),氢气产量达45.74 mmol/L,比SCUT27提高33.94%。随后敲除SCUT27/adh E~(G544D)菌株中的nfn AB基因来进一步提高其氢气产量,得到的工程菌SCUT27/adh E~(G544D)/nfn AB氢气产量与SCUT27/adh E~(G544D)、SCUT27/nfn AB和SCUT27相比分别提高34.31%、20.66%和74.11%。随后向培养基中添加Fe/C化合物,SCUT27/adh E~(G544D)/nfn AB发酵体系中氢气产量达到68.38±3.74 mmol/L,与不添加Fe/C化合物相比提高15.51%。接下来探究在T.aotearoense SCUT27中表达其自身或者外源与氢气合成相关基因对菌株氢气产量的影响。所选的5个基因分别为:T.aotearoense hfs B氢化酶和hyd G成熟酶基因及Clostridium thermocellum hyd G成熟酶基因hyd Gc、[Fe Fe]-氢化酶基因和ech氢化酶基因。以上基因在T.aotearoense SCUT27中单独表达均能提高菌株氢气产量,其中内源hfs B基因、外源hyd Gc基因和Fe Fec基因单独表达菌株氢气产量分别提高17.37%,25.82%和17.82%。随后将内源hfs B基因和外源hyd Gc基因串联表达,工程菌SCUT27/hfs B/hyd Gc氢气产量达到49.84±2.96 mmol/L,与SCUT27相比提高45.05%。随后将Cre/lox系统引入T.aotearoense SCUT27中,使得可对T.aotearoense SCUT27进行多次代谢工程改造,并对该系统操作流程进行简化。随后结合前三章研究结果构建了一系列工程菌,其中工程菌SCUT27/adh E~(G544D)/nfn AB/ldh/hfs B/hyd Gc氢气产量达到148.67±9.65 mmol/L,与出发菌株SCUT27/adh E~(G544D)/△nfn AB相比提高152%,与SCUT27/adh E~(G544D)/nfn AB/ldh相比提高33.29%,与SCUT27相比提高332.67%。其氢气得率达到2.58 mol/mol葡萄糖,该得率与T.aotearoense SCUT27野生菌株相比提高115%。综上,本研究从不同角度对T.aotearoense SCUT27进行改造,提高了其氢气产量,为微生物发酵产氢的代谢工程改造提供了新思路。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 王凡强;许平;;产乙醇工程菌研究进展[J];微生物学报;2006年04期
2 陈兵;;秸秆发酵生产酒精的实践与分析[J];黑龙江生态工程职业学院学报;2010年03期
3 鄢世加;对“工程菌”解释的商榷[J];中学生物教学;2003年11期
4 于岚;张云开;覃拥灵;陈桂光;梁智群;;α-葡萄糖苷酶工程菌发酵条件的研究[J];食品工业科技;2008年11期
5 张彩;王郡甫;刘金生;许晓群;张建华;张捷;冯进波;田志刚;;重组人白细胞介素15工程菌高密度发酵条件探讨[J];中国生化药物杂志;2007年01期
6 白福英,赵冰,李亚军,高勇,刘琼;重组人碱性成纤维细胞生长因子工程菌的发酵工艺研究[J];生物技术通讯;2002年04期
7 ;新型高效杀虫工程菌开发成功[J];湖南化工;2000年02期
8 ;工程菌处理工业污水[J];技术与市场;2000年05期
9 吴明;;遗传工程菌氧化萘[J];微生物学杂志;1985年01期
10 刘晶晶;张杰;黄大昉;;苏云金芽胞杆菌重组工程菌研究进展[J];生物产业技术;2008年02期
11 赵东峰;任翔;沈丽环;;工程菌发酵培养浅析[J];医药产业资讯;2006年03期
12 孙丽光;荣爱红;赵勇;王磊;刘娅;;重组葡激酶工程菌的构建方法[J];中国生物工程杂志;2006年05期
13 胡沛臻;隋延仿;李侠;张建芳;司少艳;张秀敏;;表达MAGE-1/HSP70/MAGE-3工程菌的稳定性[J];中国生物制品学杂志;2006年06期
14 胡志明,马骊,周明乾,孟民杰,杨介钻,王小宁;重组人血管内皮细胞生长因子工程菌高密度发酵工艺研究[J];第一军医大学学报;2005年03期
15 魏汉东,邢桂春,张津辉,张军权,陈惠鹏,贺福初;重组人血小板生成素融合蛋白工程菌发酵工艺的研究[J];生物学杂志;2001年04期
16 王树君;浅析工程菌发酵培养[J];微生物学杂志;2001年01期
17 宋磊;刘红军;刘宁;;重组人白细胞介素-18工程菌的培养及高密度发酵[J];齐鲁药事;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 许力;熊炜;杨江科;;空肠弯曲杆菌单结构域血红蛋白提高大肠杆菌生长能力的研究[A];中国生物工程学会第六次全国会员代表大会暨第九届学术年会论文集[C];2015年
2 薛晓畅;包春杰;韩苇;秦鑫;张存;曹筑荣;李维娜;赵玉红;张英起;;重组人B淋巴细胞刺激因子工程菌高密度发酵[A];2008年中国药学会学术年会暨第八届中国药师周论文集[C];2008年
3 李文萍;夏立秋;丁学知;孙运军;胡胜标;罗玉双;吕媛;黄璠;唐滢;张祥丽;;利用钙离子通道阻断剂基因构建高效广谱杀虫工程菌[A];粮食安全与植保科技创新[C];2009年
4 张红星;李茜茜;叶婷;郑世学;李林;;降解有机磷化合物的大肠杆菌表面展示工程菌的构建与酶活分析[A];“环境与健康”学术研讨会论文摘要集[C];2007年
5 郭丽微;霍毅欣;;质粒稳定性的研究进展及其在代谢工程领域的应用[A];中国生物工程学会第十届学术年会暨2016年全国生物技术大会论文集[C];2016年
6 高翠娟;连思琪;祁庆生;;代谢工程构建重组耶氏解脂酵母生产中长链聚羟基脂肪酸酯[A];中国生物工程学会第六次全国会员代表大会暨第九届学术年会论文集[C];2015年
7 ;谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum 13032)代谢转向及代谢工程的研究[A];代谢工程和工业生物技术研讨会论文集[C];2004年
8 王磊;张伟;梁业红;范云六;;植物微量营养代谢及代谢工程[A];代谢工程和工业生物技术研讨会论文集[C];2004年
9 徐静;寻广新;张青文;周明;杨青芹;;棉花抗虫工程菌在棉株内的动态变化和抗虫稳定性研究[A];新世纪(首届)全国绿色环保农药技术论坛暨产品展示会论文集[C];2002年
10 戴伟;唐永建;吴卫东;王朝阳;罗江山;孙卫国;;氢气的自由扩散和吸附状态的对比研究[A];第十届中国核靶技术学术交流会摘要集[C];2009年
11 解淑倩;翟玉春;;外加电场对多孔镍材料吸附氢气的影响[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2012年
12 纪志愿;周琴;;氢气在能源领域发展中的作用[A];2013年年会暨工业气体供应技术论坛论文集(上海)[C];2014年
13 王奇;;探讨现场供应氢气的优势[A];2013年年会暨工业气体供应技术论坛论文集(上海)[C];2014年
14 陈霖新;;氢气的规模生产初探[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年
15 陈霖新;;氢气的规模生产初探[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
16 刘京华;;水电解氢气纯化器再生氢气零排放的实现[A];第八届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2007年度学术交流会论文集[C];2007年
17 陈保立;葛鲁娜;王世立;韩金祥;;重组人骨形态发生蛋白-7工程菌的分批培养[A];山东生物化学与分子生物学会2009年学术会议论文汇编[C];2009年
18 吕伟;姚良琮;周承伟;李玉富;;脱硫段返氢气组分的研究[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年
19 陈艳芳;单福昌;;压水堆严重事故过程中堆内氢气源项分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第2册)[C];2009年
20 刘文卿;宋艳红;姚叶锋;;超氢(parahydrogen)的制备及其在核磁共振方面的应用[A];第十七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 李阳;代谢工程改造嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacterium aotearoense SCUT27)强化氢气合成[D];华南理工大学;2020年
2 廖正平;代谢工程改造丙酮丁醇梭菌强化丁醇合成及廉价生物质利用[D];华南理工大学;2019年
3 高丽丽;一步单菌发酵生产2-酮基-L-古龙酸工程菌的构建与优化[D];江南大学;2014年
4 高昌勇;植物营养组织油脂代谢工程[D];山西农业大学;2016年
5 江贤章;代谢工程改造大肠杆菌和类球红细菌生产辅酶Q_(10)[D];福建师范大学;2017年
6 陈刚;吸入氢气对复苏后早期脑电特征及其预后预测性能影响的实验研究[D];中国人民解放军陆军军医大学;2020年
7 李雪芳;储氢系统意外氢气泄漏和扩散研究[D];清华大学;2015年
8 解淑倩;电场作用对储氢材料吸附氢气的影响[D];东北大学;2015年
9 孙强;氢气生物学效应系列研究[D];第二军医大学;2011年
10 王广君;高效广谱苏云金芽孢杆菌工程菌的构建及杀虫晶体蛋白的研究[D];中国农业科学院;2005年
11 邱一敏;地衣素高产地衣芽胞杆菌工程菌的构建及地衣素对聚γ-谷氨酸合成的影响[D];华中农业大学;2014年
12 钮利喜;工程菌生物转化D-氨基酸及其相关酶的研究[D];山西大学;2007年
13 邱忠洋;高产木质纤维素手性乳酸的乳酸片球菌全糖代谢路径构建与抗逆性强化改造[D];华东理工大学;2018年
14 盛涛;木质纤维素糖化菌与产氢菌联合降解秸秆产氢性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
15 房玮;白腐真菌预处理促进木质纤维素厌氧发酵产酸与有机酸产物控制研究[D];湖南大学;2018年
16 毕志豪;木质纤维素结构的绿色解聚和木质素、纤维素的提取与转化[D];中国科学技术大学;2019年
17 刘启予;木质纤维素水热转化制备糖类及呋喃类平台分子[D];中国科学技术大学;2019年
18 侯伟亮;生物燃料和化学品的好氧生物炼制研究[D];华东理工大学;2019年
19 张立强;木质纤维素类生物质分级热解实验研究[D];中国科学技术大学;2019年
20 苏同超;碳基磁性固体酸催化剂的制备及用于植物废弃物水解产糖[D];中国科学技术大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 陈洲琴;小单孢工程菌构建及代谢产物优化[D];福州大学;2015年
2 王琪;河南华溪蟹金属硫蛋白串联表达和工程菌富集与耐受重金属的研究[D];山西大学;2019年
3 董兰岚;ChrA和ChrT蛋白的铬(Ⅵ)代谢功能及机制研究[D];重庆医科大学;2019年
4 王蓉水;尼古丁代谢酶Pno电子传递的研究和尼古丁转化工程菌的应用[D];山东大学;2019年
5 孙淑慧;生物合成10-HDA关键酶分子的克隆及工程菌构建研究[D];齐鲁工业大学;2019年
6 肖路梅;芘降解工程菌的构建和芘降解特性的研究[D];新疆大学;2018年
7 汪洋;庆大霉素绛红糖胺工程化及其产业化研究[D];福州大学;2017年
8 杜圣杰;拜氏梭菌CoA转移酶过表达基因工程菌的构建及其发酵性能的研究[D];华中科技大学;2018年
9 曾文超;高效转化谷氨酸生产γ-氨基丁酸工程菌的构建[D];福建师范大学;2017年
10 项欢;海栖热袍菌两种嗜热酶基因工程菌发酵条件优化[D];东华大学;2018年
11 边佳昕;FK506工程菌构建、高产菌株筛选及发酵工艺优化[D];上海医药工业研究院;2017年
12 顾芮嘉;外源硫酸盐对铬(Ⅵ)抗性工程菌的铬(Ⅵ)代谢特性的影响研究[D];重庆医科大学;2020年
13 杨兴兴;工程菌技术强化脱氮及绿锈深度脱氮机制研究[D];上海大学;2016年
14 施明雨;产番茄红素酵母工程菌的构建及发酵工艺优化[D];天津科技大学;2014年
15 雷磊;镉污染环境修复工程菌的构建及其初步应用[D];华中农业大学;2009年
16 石矛;纤维素酶工程菌的构建及表达[D];吉林农业大学;2008年
17 周臣飞;苏云金芽胞杆菌抗病工程菌的构建[D];华中农业大学;2007年
18 徐沁;代谢工程改造毕赤酵母促进乙酸生物利用[D];华东理工大学;2019年
19 杨昊;代谢工程大肠杆菌利用乙酸合成丙酮与异丙醇的途径优化[D];华东理工大学;2019年
20 陈若楠;系统代谢工程改造大肠杆菌产丙酮酸的研究[D];北京化工大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 宗华;变病毒为氢气[N];中国科学报;2015年
2 记者 温才妃;国际代谢工程大会在京召开[N];中国科学报;2015年
3 孙学军 嘉宾 中国氢分子生物医学专业委员会首任主任委员 第二军医大学教授;中国氢气生物医学蓄势待发[N];中国科学报;2014年
4 本报记者 潘锋 张思玮;氢气生物学开启健康新理念[N];中国科学报;2014年
5 记者 黄辛;控制氢气反应方向有新法[N];中国科学报;2013年
6 郭湘 编译;源自垃圾灰尘的氢气[N];中国科学报;2013年
7 记者 杨中建 通讯员 杨玲;克石化优化氢气回收增效4000万元[N];中国石油报;2020年
8 吴岚霄 译;荷兰科学家发明将阳光直接转换成氢气装置[N];中国煤炭报;2019年
9 通讯员 范琼;在“松针尖”上生产氢气[N];中国科学报;2019年
10 师雨菲;工业供气巨头看好氢气[N];中国石化报;2019年
11 记者 马志辉;将成为华北地区最大氢气供应商[N];沧州日报;2019年
12 本报实习记者 仲蕊;氢气质检谨防标准错配[N];中国能源报;2019年
13 范珊珊;德国推进“绿色氢气”规模化[N];中国石化报;2019年
14 本报记者 耿挺;氢气能够治病?有效但机制不清[N];上海科技报;2019年
15 本报记者 李萌;你了解氢气是怎么制取的吗?[N];新能源汽车报;2018年
16 本报记者 沈佳;高效生产氢气 点亮汽车未来[N];山西日报;2018年
17 记者 衣晓峰;氢气吸入或对心血管有益[N];健康报;2017年
18 衣晓峰 记者 张焱;氢气吸入有望改善心脏功能[N];哈尔滨日报;2017年
19 通讯员 衣晓峰 记者 李丽云;氢气吸入或可保护心肌及改善心功能[N];科技日报;2017年
20 记者 桂运安;中美科学家发现氢气存储新方法[N];安徽日报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978