聚3-羥基丙酸重組菌構建及代謝調控的開題報告

聚3-羥基丙酸重組菌構建及代謝調控的開題報告一、研究背景和意義聚3-羥基丙酸(Poly-3-hydroxybutyrate，PHB)是一種具有生物降解性和生物相容性的高分子材料，適用于制備生物可降解塑料、醫(yī)用修復材料、植入物和藥物輸送系統(tǒng)等領域。然而，目前市場上的PHB供應僅來自于化學合成或生物法培養(yǎng)單一的厭氧菌，生產成本高、生產效率低，限制了其廣泛應用。因此，高效成本低的PHB生產技術的開發(fā)具有重要意義。重組菌工程技術為生產PHB提供了一種新的思路。目前國內外已有研究者通過將PHB代謝途徑引入大腸桿菌、釀酒酵母、親水桿菌等常用工業(yè)生產菌種中，實現了較高的PHB產量和生產成本的降低。本研究將構建一株具有高PHB合成能力的重組大腸桿菌，并通過代謝物和轉錄組水平的分析，探索調節(jié)PHB代謝途徑的正向和負向因素，為生產高效、低成本的PHB提供一種有前景的方法。二、研究目的和內容1.構建PHB代謝途徑的重組大腸桿菌。根據PHB合成代謝途徑，將相關基因克隆到大腸桿菌中，構建PHB代謝途徑的重組菌株。2.評價大腸桿菌在不同碳源和氮源條件下的PHB生產能力。優(yōu)選大腸桿菌在不同碳源和氮源條件下的生長性能和PHB合成能力，篩選出最適合生產PHB的條件。3.分析PHB代謝途徑相關代謝產物的變化及其對PHB合成的調節(jié)作用。采用代謝物組學方法，分析大腸桿菌在不同生長階段的代謝產物譜，揭示代謝產物變化與PHB合成之間的關系。4.分析PHB合成途徑相關基因的表達變化。通過RNA測序技術，分析PHB合成途徑相關基因在菌株生長期間的表達變化，確定哪些基因與PHB合成有關，并探討基因調節(jié)PHB合成的機制。三、研究方法和技術路線1.構建PHB合成代謝途徑的重組大腸桿菌。在大腸桿菌中構建PHB合成代謝途徑，包括Ketothiolase基因phaA、acetoacetyl-CoA還原酶基因phaB和polyhydroxyalkanoate合成酶基因phaC等。2.評價菌株在不同碳源和氮源條件下的PHB生產能力。通過搖瓶發(fā)酵實驗，嘗試不同碳源和氮源對菌株生長和PHB合成的影響。在最適條件下，進行尺度擴大試驗，研究PHB合成的高效性和穩(wěn)定性。3.分析PHB代謝途徑相關代謝產物的變化及其對PHB合成的調節(jié)作用。采用氣相色譜-質譜聯用分析，對大腸桿菌在不同生長階段的代謝產物變化進行定量檢測。通過代謝產物分析及對生化途徑的理解，分析代謝過程中的調節(jié)機制，以及代謝產物與PHB合成之間的關系。4.分析PHB合成途徑相關基因的表達變化。通過RNA測序技術，對PHB合成途徑相關基因進行轉錄組分析及差異基因篩選，結合代謝產物的分析結果，探討調控PHB合成的基因調控機制。四、預期成果通過構建PHB代謝途徑的重組菌株并調控代謝途徑，旨在實現高效低成本PHB生產。預計研究可獲得以下成果：1.構建PHB代謝途徑的重組大腸桿菌，實現高效PHB合成。2.優(yōu)選大腸桿菌在不同碳源和氮源條件下的生長性能和PHB合成能力，篩選出最適合生產PHB的條件。3.通過代謝物組學和RNA測序等手段，全面揭示PHB合成途徑的