地区：上海市 宝山区
关键词：广西科学院
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000001831
成果描述：
| 项目以Cupriavidus necator H16菌株为研究对象，收集了多达1.5万个单个细菌的拉曼光谱，结合化学计量学分析方法，实时监测了不同碳氮比、不同氮源、不同碳源底物下PHB合成过程胞内PHB、RNA、DNA和蛋白质的代谢动态，发现：不同果糖浓度下对数期长短与果糖浓度正相关；高碳源浓度下胞内核酸类生物大分子变化的活跃期长；前期活跃的细胞生理状态是影响PHB合成的重要因素。即使是仅提供有限的碳源，H16细胞还是将部分碳源用于合成PHB而不是将所有的碳源完全用于细胞生长，而且是在细胞快速生长的对数期就开始合成，说明H16启动PHB的合成并不是由于营养因子的匮乏。硫酸铵是PHB发酵的理想氮源。奇异值分解显示，源自RNA、DNA、蛋白质和PHB的拉曼峰是发酵的主要特征，随着发酵进程的延伸，菌体细胞的差异、产物的含量差别越大；胞内物质特征峰强度的动力学分析显示，生物大分子变化活跃期对应着PHB快速合成，氮源主要影响了RNA和蛋白质的代谢进而影响PHB产物的合成。不同氮源对PHB合成的影响可能是通过影响RNA和蛋白质的代谢进而影响PHB的合成。在碳氮比均衡的发酵环境下，胞内核酸和蛋白质的合成代谢一直维持在高水平，PHB合成较少，相反，在限氮条件下，核酸和蛋白质的合成受阻，PHB大量累积。单细胞分析显示，发酵早期，细胞PHB含量有较高的异质性，而且在不同的阶段H16细胞都存在2-3个亚群。结合光学操控，建立了快速分选高产聚羟基烷酸酯微生物的新方法并申请了发明专利（申请号201510243247.0），从糖厂周边和甘蔗地分离到两株产PHB能力较强的菌株。聚β－羟基烷酸酯（Polyhydroxyalkanoate，PHA）是一种由微生物合成的生物塑料，不仅具有与普通石化塑料相似的热塑性，还具有生物可降解性、生物相容性、压电性、光学活性等化学合成高分子材料无法比拟的特性，因此在医药、工业、农业、包装业等领域有广泛的应用前景。其中，PHB（Poly-β- hydroxybuty）是PHAs家族中研究和应用最广泛的一种多聚体。广西是甘蔗、木薯资源优势省份，但是资源开发存在产品附加值不高的主要问题，需要寻找新的开发方向，提高其附加值，为农民增收，化资源优势为经济优势。而以生物质材料为发酵基质通过微生物法生产有经济价值的产物是挖掘生物质潜能的切实而有效的途经。因此，开展基于广西资源优势的微生物发酵产品的研发，开发生物材料，是符合国家和广西生物产业重大需求和产业发展方向，也是广西“十二五”规划纲要生物产业的建设重点领域之一。该项目针对广西的木薯淀粉和甘蔗优势资源，将现代光学新技术应用于微生物研究，应用单细胞光谱技术对可降解生物塑料合成微生物的生理、生化状态进行分析，并通过建立特殊产物微生物分离的拉曼镊子技术平台，快速分离可高效利用木薯淀粉糖化液和甘蔗汁合成聚羟基烷酸酯的优良菌株，为工业生产、实验室研究及了解微生物代谢过程的变化规律，在单细胞水平提供原创性的应用基础成果。项目培养了硕士研究生1名、本科生1名；发表学术论文6篇（其中SCI收录3篇，EI收录2篇）。该项目通过单细胞拉曼光谱结合数据挖掘技术，分析了微生物发酵过程中的代谢信息，为寻找最佳的PHB发酵条件从分子光谱的角度提供了全新的的光谱学信息，也为建立基于单细胞拉曼光谱快速分选高产优良菌株提供实验依据。项目成果将为进一步应用木薯淀粉和甘蔗汁开发新的、高附加值的产品进行有益的探索，为广西生物质资源的深度开发与利用提供相关理论与技术支持。 |
