【摘 要】
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蓝细菌拥有直接固定CO2的能力,除了适合成为自养型“细胞工厂”用于异源合成化学物质外,其自身所富含的碳水化合物（如蔗糖）也被认为是一种潜在的可再生原料,可被用来作为支持异养菌“细胞工厂”生产生物燃料和精细化学品的碳源。然而,产糖蓝细菌的纯培养体系非常容易染菌,且碳水化合物的分离和纯化过程将大大增加工业生产成本。因此,在本研究中,我们构建了一个由快速生长的蓝细菌Synechococcus elong
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蓝细菌拥有直接固定CO2的能力,除了适合成为自养型“细胞工厂”用于异源合成化学物质外,其自身所富含的碳水化合物（如蔗糖）也被认为是一种潜在的可再生原料,可被用来作为支持异养菌“细胞工厂”生产生物燃料和精细化学品的碳源。然而,产糖蓝细菌的纯培养体系非常容易染菌,且碳水化合物的分离和纯化过程将大大增加工业生产成本。因此,在本研究中,我们构建了一个由快速生长的蓝细菌Synechococcus elongatus UTEX 2973与Escherichia coli组成的人工混菌系统,并成功实现了将蓝细菌碳水化合物一步转化为精细化学品。在该系统中,S.elongatus UTEX 2973固定二氧化碳并生产蔗糖,E.coli利用蔗糖生成平台化学物质——3-羟基丙酸。为了成功构建该体系,首先,我们在S.elongatus中通过超强启动子Pcpc560过表达了蔗糖透性酶csc B使得蓝细菌可以将蔗糖有效分泌到培养基中。其次,将蔗糖分解代谢途径和丙二酰辅酶A依赖性的3-羟基丙酸生物合成途径引入E.coli BL21（DE3）,以使该菌株可以利用蔗糖进行异源生物合成3-羟基丙酸。最后,对最适培养温度进行了确定,构建了一个稳定的人工混菌系统,该系统可以实现CO2的一步转化从而生成3-羟基丙酸,经优化后,最高产量可达68.29 mg/L。此外,我们发现,构建的混菌系统中的蓝细菌,相比纯培养时生长明显加快,我们进一步对此不同混菌成员之间的相互作用机制进行了探究。并发现E.coli可能会协助淬灭系统中的活性氧（Reactive oxygen species,ROS）,并因此提高了混菌系统中S.elongatus UTEX 2973的细胞数量,并且提高了蓝细菌的光合作用效率。本研究证实了使用人工混菌系统将CO2一步转化为精细化学品的可行性,并且对不同成员之间相互作用的研究为后续混菌系统的优化与应用提供了坚实的理论基础。
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