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利用甲醇产PHB的大肠杆菌代谢工程改造的开题报告
1.研究背景与意义
聚羟基脂肪酸酯（PHAs）是一类具有生物可降解性和可再生性的生物塑料，可以代替传统塑料，并在环保和可持续性发展领域具有广阔的应用前景。聚羟基丁酸酯（PHB）是PHAs家族中的一员，由于其生物可降解性和可再生性，被广泛应用于食品包装、医学设备和环境保护等领域。
传统PHB的生产方法是使用纯培养基，利用大肠杆菌这类蓝细菌株作为基础，进行发酵生产。然而，由于其价格昂贵，大肠杆菌难以满足工业化生产要求，从而使得PHB的生产成本居高不下。
近年来，许多研究人员致力于利用代谢工程技术，将其应用于PHB的生产。甲醇是一种廉价而易得的废物，也是一种潜在的碳源。通过对大肠杆菌进行代谢工程改造，该菌株可被改造为利用甲醇合成PHB。这种方法可以降低生产成本，同时有效利用废弃物，实现PHB的可持续生产，对环境保护具有重要的意义。
2.研究内容和方法
2.1研究内容
本文将以大肠杆菌为目标宿主，利用代谢工程技术，将其改造为生产PHB的有效菌株。具体包括以下研究内容：
（1）构建甲醇代谢通路，实现利用甲醇合成PHB；
（2）通过代谢工程技术调控细胞内代谢通路，增加PHB合成的速率和产量；
（3）优化发酵条件，进一步提高PHB生产效率和降低生产成本。
2.2研究方法
2.2.1构建甲醇代谢通路
利用大肠杆菌当中的甲醇代谢通路，构建可以使得大肠杆菌在甲醇作为唯一碳源的条件下进行生长的菌株，并且保障产生足够的NADPH和ATP来合成生物合成物PHB。进行代谢工程改造，使得该菌能够利用甲醇代谢产生高价值化合物。具体可以通过基因克隆的方式将甲醇酸还原酶（MethanolDehydrogenase，MDH）和甲醇酸（formaldehyde）己操纵系统表达于大肠杆菌的菌株中。
2.2.2代谢工程调控
通过代谢工程调控，调整重要的酶的活性，在细胞内控制代谢途径的流程，提高PHB的合成效率和产量。生物体往往选用简单的生长条件和低取样频率的情况下进行生长的细胞状态，这样可以避免损失过多的代谢活性和细胞生长时期的其他重要代谢进程，进一步提高PHB的合成效率和产量。
2.2.3优化发酵条件
优化大肠杆菌的生长条件和发酵条件，如控制温度、pH值、曝气、培养基等参数，并且增加PHB合成的速率和产量。同时，开发经济实惠的分离提取方法和与目标合成物良好耦合的提纯方法，为其工业化生产打下基础。
3.预期目标及意义
本文主要的预期目标与意义：
（1）构建甲醇代谢通路，建立利用甲醇合成PHB的大肠杆菌菌株，并且能保障其高产PHB的性能；
（2）通过代谢工程调控，进一步提高PHB的合成效率和产量；
（3）利用PHB有害性产物的特性为甲醇酸（formaldehyde）直接转换为PHB，改善或减少甲醛对人体健康和环境的危害。
本研究的意义在于改善目前PHB生产成本过高的问题，并且通过合理利用氢化碳和对环境的保护，发展可持续高效的生产工艺，为未来生物基塑料的产业化生产提供可行的方案和技术支持。