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代谢工程大肠杆菌积累丙酮酸的研究的开题报告

一、研究背景及意义

丙酮酸是一种重要的有机化合物，广泛应用于医药、化工、食品等领域。目前生产丙酮酸的主要方法为化学合成，然而这种方法存在环境污染、制备难度大、成本高等诸多不足之处。因此，开展代谢工程研究来利用微生物合成丙酮酸成为一种重要的研究方向。

大肠杆菌在代谢工程领域已经得到广泛应用，其代谢网络较为完善，具有方便操作、生长快速、生物安全等优点。本研究旨在通过代谢工程手段，设计构建能够积累丙酮酸的大肠杆菌工程菌株，为丙酮酸生产提供一种新的解决方案。

二、研究内容

1.构建丙酮酸代谢通路

利用大肠杆菌天然代谢网络中相关的酶和代谢途径，构建合成丙酮酸的代谢通路。在此基础上，结合基因工程技术构建优化的代谢通路，提高丙酮酸合成效率。

2.优化丙酮酸代谢通路

通过代谢工程方法改造丙酮酸代谢通路，提高大肠杆菌对丙酮酸的利用率和积累能力。利用基因组编辑技术、合成生物学等手段，实现丙酮酸代谢通路的高效优化。

3.建立丙酮酸积累的大肠杆菌菌株

通过实验室筛选，建立一种高效积累丙酮酸的大肠杆菌菌株。并利用代谢工程技术继续优化其丙酮酸合成能力，为将来工业化生产提供技术支持。

三、研究方法

1.分子克隆技术

采用PCR、酶切连接等方法构建基因工程菌株。

2.代谢组学分析

采用液相色谱-质谱联用技术对代谢产物进行分析，探索代谢途径的优化方法。

3.基因组编辑技术

利用CRISPR-Cas9系统和Tn-seq技术对基因组进行编辑，研究不同基因的重要性和编码蛋白的功能特性。

四、研究预期成果

通过丙酮酸代谢通路的构建和优化，建立高产丙酮酸的大肠杆菌菌株，并为丙酮酸生产提供一种新的、可持续的生产方法。同时，为代谢工程领域的深入研究提供参考和借鉴。