大肠杆菌中固定CO2产乳酸代谢途径的构建和高固碳活性核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的筛选研究
文献类型:学位论文
作者 | 学位论文![]() |
答辩日期 | 2019-11-25 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院研究生院 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 张晓黎 |
关键词 | Rubisco 大肠杆菌 Co2固定 乳酸 发酵 |
学位名称 | 工程硕士 |
学位专业 | 生物工程 |
其他题名 | A study of construction of a metabolic pathway for lactic acid production by fixed CO2 in E. coli and screening of Rubisco with high carboxylation activity |
英文摘要 | 卡尔文循环(Calvin-Benson-Bassham, CBB)是从无机碳生产有机生物质的主要途径,核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)是CBB循环固定CO2第一步反应中的关键酶和限速酶,Rubisco的羧化活性直接影响自养生物通过CBB循环进行CO2固定的能力,在作物生产和全球碳循环中起着关键作用。 Rubisco对CO2的催化效率和选择性极低,而且其活性中心高度保守,利用现有的理性设计或定向进化手段对其进行改造收效甚微。因此,设计高效的高活性Rubisco筛选体系,探索未知的Rubisco,是目前的研究热点。此外,利用Rubisco的固碳活性合成生物基化学产品已成为微生物固碳研究的重要方向。目前已利用Rubisco在蓝藻、酿酒酵母中实现了产乙醇、异丁醛、L-丁醇和甘油等化学产品,但利用Rubisco在大肠杆菌Escherichia coli中固定CO2产乳酸的研究尚未见报道。因此,本研究尝试在大肠杆菌体内建立一条Rubisco固定CO2产乳酸的代谢途径。主要结果如下: 1)在大肠杆菌中构建了一条甘油-木糖-Rubisco-PRK产乳酸代谢途径,其乳酸的理论得率为107.8%,13C标记的乳酸理论得率为25%。通过发酵条件优化和发酵菌株比较,最终确定发酵条件为:厌氧条件下,发酵培养基为M9,缓冲液为HEPES/NaHCO3,诱导温度为22℃,发酵菌株为E. coli BW25113ΔfrdΔpflB::ldhA。在此发酵条件下,该菌株的乳酸产量为2.51 g/L,乳酸得率为92.04%,13C标记的净乳酸得率为19.66%。 2)通过细胞生长状态初筛和乳酸产量及13C标记的乳酸得率复筛,构建了适用于筛选高效Rubisco羧化活性的筛选体系。与已有筛选体系相比,该体系具有高通量、准确度高、更简便的优势。 3)利用本课题构建的高效Rubisco羧化活性筛选体系,从23个带有不同来源Rubisco的E. coli中筛选到BW-RBC9菌株,其乳酸产量为3.1 g/L;乳酸得率为93.46%,接近理论得率107.8%;13C标记的净乳酸得率21.83%,接近理论得率25%。 综上,本课题构建的甘油-木糖-Rubisco-PRK产乳酸代谢途径实现了Rubisco在大肠杆菌中固定CO2产乳酸的功能;建立了一套适用于高通量筛选Rubisco的筛选体系,并成功筛选到高羧化活性的Rubisco,为今后利用Rubisco在大肠杆菌中固定CO2产乳酸并实现产业化进行了有益的探索。 |
学科主题 | 微生物学 |
语种 | 中文 |
目次 | 目 录 1.2 核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)... 1 1.3 Rubisco筛选方法的研究现状... 5 1.4 大肠杆菌中Rubisco固碳的代谢工程改造和应用... 7 2.2.4 大肠杆菌感受态细胞的制备与转化... 18 2.3.2 改造大肠杆菌产乳酸发酵方法... 21 第3章 大肠杆菌中利用Rubisco固定CO2产乳酸途径的构建... 25 3.2 甘油-Rubisco-PRK代谢途径的建立... 26 3.2.1 E. coli HX-030中甘油-Rubisco-PRK代谢途径的评价... 27 3.2.2 E. coli EB204中甘油-Rubisco-PRK代谢途径的评价... 29 3.3 甘油-木糖-Rubisco-PRK代谢途径的建立... 33 3.3.1 E. coli EB204中甘油-木糖-Rubisco-PRK代谢途径产乳酸能力和固碳能力的评价 34 3.4 Rubisco固碳产乳酸发酵方式的优化... 37 3.5 Rubisco固碳产乳酸大肠杆菌的选择... 45 4.2 大肠杆菌活性定向选择系统对不同来源Rubisco固碳活性的评价... 53 4.2.1 大肠杆菌活性定向选择系统的设计原理... 53 4.2.2 大肠杆菌活性定向选择系统中不同羧化活性Rubisco的比较... 54 4.3 新构建的高固碳活性Rubisco筛选办法的评估... 56 4.3.1 高固碳活性Rubisco筛选办法的设计原理... 56 4.3.2 高固碳活性筛选体系中不同羧化活性Rubisco的比较... 57 5.2 筛选获得高固碳活性的Rubisco元件... 61 |
页码 | 96 |
源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24121] ![]() |
专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 学位论文. 大肠杆菌中固定CO2产乳酸代谢途径的构建和高固碳活性核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶的筛选研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2019. |
入库方式: OAI收割
来源:烟台海岸带研究所
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