胶质芽孢杆菌胞外多糖BMPS的生物合成途径解析及其调控

BMPS is recently discovered exopolysaccharide produced from Bacillus mucilaginosus SM-01.Because of its unique structure and rheological properties, BMPS has great commercial potential in the food thickener ,the wastewater treatment for the heavy metal industry and improvement of moisturizing efficiency for cosmetics. This research project aims to analyze the biosynthetic pathway and regulation mechanism of BMPS, thereby establish the theoretical foundation for the rational design and genetic modification of highly efficient producing strains. In this study, two main aspects of the biosynthetic pathway of BMPS in B. mucilaginosus SM-01 will be thoroughly analyzed: cell metabolism pathway and sugar nucleotides precursor synthetic pathway. Through comparison between the metabolic fluxes of cellular material and energy metabolism under different metabolic disturbance conditions and analysis into the different total cellular protein spots under aforementioned circumstances, the key metabolic pathway nodes and the rate-limiting enzymes will be determined. Based on the above work, with certain effective metabolic regulation method, improvement of exopolysaccharide concentration is expected to be achieved.

BMPS是由新近发现的由胶质芽孢杆菌SM-01合成的具有独特结构及功能的新型微生物胞外多糖，在食品增稠、重金属工业废水处理和化妆品高效保湿等方面具有良好的应用前景。本课题旨在解析BMPS生物合成途径及其调控机制，以期为实现该多糖的高效合成菌株的理性设计与遗传改造奠定基础。拟从微生物细胞代谢途径和多糖核苷酸前体的合成途径两个方面，对B. mucilaginosus SM-01合成多糖BMPS的生物合成途径进行详细解析。并通过比较不同代谢扰动条件下菌体细胞中物质代谢及能量代谢的流量变化情况，以及利用蛋白质组学技术分析不同条件下菌体总蛋白质的差异点，确定代谢途径中与多糖合成相关的关键节点与限速酶。在此基础上，采取有效的代谢调控方法，最终实现胞外多糖BMPS的高效合成。

微生物胞外多糖BMPS 是由Bacillus mucilaginosus SM-01合成的具有独特结构及功能的新型多糖，在食品增稠、重金属工业废水处理和化妆品高效保湿等方面具有良好的应用前景。本研究解析了胶质芽胞杆菌胞外多糖BMPS的生物合成途径及其调控机制。分别从微生物细胞代谢途径和多糖核苷酸前体的合成途径两个方面，对B. mucilaginosus SM-01合成多糖BMPS的生物合成途径进行了详细解析。结果表明B. mucilaginosus SM-01 中存在两条葡萄糖摄取途径：细胞内的磷酸化途径及胞质的直接氧化途径。胶质芽孢杆菌胞内中心代谢途径包括磷酸戊糖途径、糖酵解途径及三羧酸循环。并采用检测核苷酸前体物质、关键酶的酶活及转录水平分析等方法对BMPS糖核苷酸前体的合成途径进行了验证。构建了B. mucilaginosus SM-01产BMPS的生物合成途径及代谢网络。利用比较蛋白质组学技术分析了不同氮源浓度条件下菌体总蛋白质的差异点，最终确定与多糖BMPS合成浓度相关的关键酶为甘露糖糖基转移酶。在此基础上，采取有效的代谢调控方法（添加酶的激活剂），最终实现胞外多糖BMPS的高效合成。BMPS多糖的浓度达到32.2 g/L，较调控前提高了3.4倍。该研究为微生物胞外多糖BMPS的工业生产及大规模应用奠定了良好的基础。