易错PCR提高华根霉脂肪酶的热稳定性

为了提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的热稳定性,运用定向进化-易错PCR的方法,经两轮易错PCR引入突变,利用fast-blue RR顶层琼脂法对突变文库进行筛选,第一轮易错PCR后筛选到2株突变菌株,第二轮筛选到4株突变株。第二轮最佳突变株Ep2-4,其中3个氨基酸发生了突变：A129S、P168L和V329A。该突变酶ep2-4在60 ℃下半衰期相对原始酶r27RCL提高5.4倍,T50值提高7.8 ℃。酶学性质研究表明,突变酶ep2-4在热稳定性提高的基础上,仍保有良好的催化活性。蛋白质三维结构模拟显示,突变A129S可以和Gln133形成氢键,增加了酶表面的亲水性和极性;P168L可以与邻近的Leu164形成疏水键,导致突变酶的热稳定性提高。     

基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究, 分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369, 其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明, 突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变: T61C/C147T/A334G/T371A, 其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示, 3个突变氨基酸分别位于第1个a螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个b折叠之间的转角以及第5个b折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后, 酶学性质测定表明: 突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍, Km值由8.24 mmol/L降低至7.17 mmol/L; 在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。     

基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究, 分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369, 其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明, 突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变: T61C/C147T/A334G/T371A, 其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示, 3个突变氨基酸分别位于第1个a螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个b折叠之间的转角以及第5个b折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后, 酶学性质测定表明: 突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍, Km值由8.24 mmol/L降低至7.17 mmol/L; 在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。     

基于易错PCR定向进化扩展青霉 Penicillium expansum FS1884碱性脂肪酶

为改善扩展青霉FS1884碱性脂肪酶的活性及酶学性质,利用连续两轮易错PCR对扩展青霉FS1884脂肪酶基因PEL进行随机突变,在大肠杆菌JM109中构建突变文库。含突变脂肪酶基因的重组质粒电击转化巴斯德毕赤酵母GS115,经过YPOM板初筛和橄榄油检验板复筛,获得一株酶活性提高的脂肪酶突变体:PEL-ep25-GS。与野生型脂肪酶PEL-GS相比,在最适温度40℃、pH9.4时突变体的酶活力是野生型酶的1.3倍。测序结果表明:该突变体第253位氨基酸发生了突变,由赖氨酸变成蛋氨酸。     

应用易错PCR技术提高环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达

【目的】对嗜热脂肪芽孢杆菌CHB1的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)基因进行定向进化,筛选得到胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变酶。【方法】采用易错PCR技术向环糊精葡萄糖基转移酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变体,并对突变酶进行诱导表达、纯化及部分酶学性质研究。【结果】通过筛选获得CGTase胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变菌株ds-6和ep-9,其胞外α-环化活力分别是原始酶的1.72倍和2.18倍,可溶性表达量提高了1倍。序列分析表明,突变体ep-9有3个碱基发生了变化:G2005A/A2037G/T2081G,其中有2个碱基突变导致了氨基酸的改变。SWISS-MODEL数据库模拟CGTase的结构表明,2个突变氨基酸分别位于无规卷曲和β-转角/折叠之间的转角中。酶学性质测定表明:突变CGTase的β-环化比活力是原始酶的2.44倍,总环化比活力提高了34%,K_m值由4.3 g/L降低到3.74 g/L;在pH稳定性方面较原始酶有所提高。单碱基定点突变证实突变体ep-9可溶性表达水平及胞外酶活性提高的关键突变是G2005A。【结论】本试验表明:基于易错PCR技术获得嗜热芽孢杆菌CHB1的CGTase的胞外酶活和可溶性表达定向进化,G2005A突变对于提高CGTase的可溶性表达及胞外酶活起关键作用,这对认识CGTase的构效关系以及进一步改造该酶分子、扩大酶的生产应用具有重要意义。     

扩展青霉脂肪酶K56R叠加突变对热稳定性的影响

目的:扩展青霉脂肪酶随机突变体ep8是一株热稳定性比野生型有所提高的突变体.获得热稳定性提高的优良菌株.方法:在ep8的基础上利用重叠延伸PCR构建叠加突变重组质粒pPIC3.5K-ep8一K56R,将该质粒电转毕赤酵母(Pichia paaoris)GS115进行异源表达.结果:该叠加突变脂肪酶在毕赤酵母中获得了活性表达.15%SDS-PACE结果分析表明突变脂肪酶PEL-ep8-K56R-GS分子量与野生型PEL-GS一致,约为28kDa.叠加突变脂肪酶在37℃时酶活为852U/mL、野生型为760u/mL、随机突变体为824u/mL,叠加突变体酶活相比野生型提高了21.1%,相比随机突变体提高了3.4%.热稳定性分析数据表明叠加突变脂肪酶Tm值为40.1℃、野生型为38.7℃、随机突变体为39.9℃,Tm值相比野生型提高了1.4℃,相比随机突变体提高了0.2℃.     

基于易错PCR的黄曲霉毒素解毒酶体外分子定向进化

运用定向进化-易错PCR方法,提高黄曲霉毒素解毒酶的活力及稳定性,并结合辣根过氧化物酶 (HRP)-隐性亮绿 (RBG) 快速高通量筛选系统,构建了库容约为104的突变体库。经过两轮易错PCR,最终分别获得了耐高温70 ℃突变酶A1773、pH 4.0稳定性的突变酶A1476,pH 4.0和pH 7.5均表现稳定性的突变酶A2863,其酶活力比野生酶分别提高了6.5倍、21倍和12.6倍。经序列分析表明,发现突变酶A1773发生了Glu127Lys和Gln613Arg突变;突变酶A2863发生了Gly73     

DNA改组技术提高低温脂肪酶Lip98热稳定性

[目的]提高来源于海洋微生物的低温脂肪酶Lip98的热稳定性。[方法]采用DNA改组技术进行低温脂肪酶的基因改造,连接到表达载体p ET-28a中构建小突变文库。经过活性筛选产酶重组菌株。在96孔板中进行两轮热稳定筛选突变株。[结果]经过2轮筛选,获得了两个突变株P92A和I199F。其突变位点分别是274位的C变成了G和595位的A变成了T。突变株50℃下的半衰期从24 min分别延长到38 min、85 min。[结论]DNA改组有效提高Lip98的热稳定性,半衰期提高到1.5~3.5倍,为酶的分子改造提供理论依据。     

产脂肪酶细菌RYXP的诱变选育及突变株产酶条件优化

以"凤丹"牡丹根际土壤中分离筛选到的产脂肪酶菌株Pseudomonas sp. RYXP作为出发菌株,对其进行了紫外线诱变选育,并采用单因素试验和正交试验方法对活性最强正突变株的产脂肪酶基本特性进行了测定。结果表明,出发菌株Pseudomonas sp. RYXP的紫外线诱变最佳条件为:15 W紫外灯30 cm距离照射1 min;将产脂肪酶活性最强的正突变菌株编号为RYXP-3,单因素试验表明RYXP-3产脂肪酶适宜的碳源为玉米淀粉,适宜氮源为豆饼粉,适宜的磷酸二氢钾含量是0.3%,适宜的初始pH值为7;正交试验表明RYXP-3的最佳的产酶培养基成分组成是:玉米淀粉7%,豆饼粉3%,磷酸二氢钾0.3%,初始pH值为8。在优化方案A1B2C2D3产酶条件下,突变株RYXP-3最高的产酶活性达到56.1 U/mL。突变菌株RYXP-3可作为产油牡丹"凤丹"专用促生菌肥开发的备选资源菌株。     

大肠杆菌碱性磷酸酶的体外定向进化研究

大肠杆菌碱性磷酸酶（E.coli alkaline phosphatase, EAP, EC 3.1.3.1）是一个非特异性二聚体磷酸单酯酶. 采用易错聚合酶链反应(error prone PCR)的方法,在原有高活力突变株的基础上,对EAP远离活性中心催化三联体的区域进行定向进化,经两轮error prone PCR,获得催化活力较亲本D101S突变株提高3倍、较野生型酶提高35倍的进化酶4-186,并对该酶的催化动力学特征进行了分析. 进化酶基因的DNA测序表明4-186含两个有义氨基酸置换：K167R和S374C,二者既不位于底物结合位点,也不位于酶的金属离子结合位点.     

华根霉脂肪酶有机相合成酶活的研究

通过比较7种微生物脂肪酶的有机相合成酶活、水相水解酶活及在正庚烷中催化己酸乙酯合成的能力,证明了合成酶活与水解酶活相关性不高,合成酶活比水解酶活更能反映脂肪酶的合成能力。通过比较两株华根霉(Rhizopus chinensis)脂肪酶酶活,发现合成酶活相差较大,表明相同种属微生物的脂肪酶合成酶活存在不同。对．Rhizopus chinensis-2液态发酵产脂肪酶进程研究发现,水解酶活高峰先于合成酶活高峰大约12h。将不同培养时间的Rhizopus chinensis-2全细胞脂肪酶用于催化己酸乙酯合成,具有高合成酶活的全细胞脂肪酶催化己酸乙酯合成反应较快。因此,全细胞脂肪酶用于催化有机相酯合成反应时,具有高脂肪酶合成酶活的菌体具有较好的催化酯合成能力。     

华根霉合成活性脂肪酶液态发酵菌体形态调控的研究

华根霉(CCTCC M201021)膜结合脂肪酶在非水相中具有突出的催化酯合成的能力,在生物香料、生物柴油生产等工业应用中具有良好的前景.与许多丝状真茵形态影响其初级及次级代谢产物的生产相类似,华根霉在液态发酵中也会形成不同的茵体形态,显著影响合成活性膜结合脂肪酶的发酵水平.本研究以华根霉菌体形态及脂肪酶合成活性为指标...     

Enhanced thermostability of a Rhizopus chinensis lipase by in vivo recombination in Pichia pastoris

ABSTRACT: BACKGROUND: Lipase from Rhizopus chinensis is a versatile biocatalyst for various bioconversions and has been expressed at high-level in Pichia pastoris. However, the use of R. chinensis lipase in industrial applications is restricted by its low thermostability. Directed evolution has been proven to be a powerful and efficient protein engineering tool for improvement of biocatalysts. The present work describes improvement of the thermostability of R. chinensis lipase by directed evolution using P. pastoris as the host. RESULTS: An efficient, fast and highly simplified method was developed to create a mutant gene library in P. pastoris based on in vivo recombination, whose recombination efficiency could reach 2.3 x 105 /mug DNA. The thermostability of r27RCL was improved significantly by two rounds of error-prone PCR and two rounds of DNA shuffling in P. pastoris. The S4-3 variant was found to be the most thermostable lipase, under the conditions tested. Compared with the parent, the optimum temperature of S4-3 was two degrees higher, Tm was 22 degrees higher and half-lives at 60degreesC and 65degreesC were 46- and 23- times longer. Moreover, the catalytic efficiency kcat/Km of S4-3 was comparable to the parent. Stabilizing mutations probably increased thermostability by increasing the hydrophilicity and polarity of the protein surface and creating hydrophobic contacts inside the protein. CONCLUSIONS: P. pastoris was shown to be a valuable cell factory to improve thermostability of enzymes by directed evolution and it also could be used for improving other properties of enzymes. In this study, by using P. pastoris as a host to build mutant pool, we succeeded in obtaining a thermostable variant S4-3 without compromising enzyme activity and making it a highly promising candidate for future applications at high temperatures.     

BMMYA’平板-Fast blue RR顶层琼脂法高效筛选高酶活脂肪酶

建立了一种高效筛选高酶活或高产脂肪酶茵株的平板方法。该方法以华根霉（Rhizopus chinensis CCTCCM201021）脂肪酶基因proRCL在毕赤酵母中构建的基因突变文库为筛选对象,利用BMMYA’平板-Fast blue RR顶层琼脂法对其中高酶活或高产的脂肪酶突变株进行筛选,将待筛茵株接种至含有2％甲醇的BMMYA’平板上,30℃生长并诱导4～5d后,平板经脂肪酶致死温度65℃处理1h,冰浴、室温平衡后,向平板中倾入Fast blue RR顸层琼脂。2min内周围显示出明显的黑褐色的菌株为高酶活或高产突变株。该方法简便,快速,高效而且准确,筛选阳性率可达到90％。     

固液态发酵中橄榄油对Rhizopus chinensis全细胞脂肪酶的影响

主要对华根霉全细胞脂肪酶固态和液态两种发酵过程进行比较,并着重探讨不同培养方式下橄榄油对其合成活力和水解活力的影响。结果表明：液态培养较有利于菌体生长,对脂肪酶的生产也有一定的促进作用。橄榄油的加入不仅有利于菌体生长、提高脂肪酶水解活力,更可使脂肪酶的合成活力显著增加,液态发酵下的效果更为明显。橄榄油在整个发酵过程中可能既作为碳源又是脂肪酶的诱导物。另外,全细胞脂肪酶的水解活力和合成活力在固液态发酵条件下均存在不对应性,表明华根霉可能产性质不同的脂肪酶同功酶。     

K55R与ep8叠加突变对扩展青霉脂肪酶热稳定性的改善

利用重叠延伸PCR对扩展青霉脂肪酶(PEL)基因进行体外定点突变,构建了K55R与随机突变体ep8叠加突变的重组质粒pAO815-ep8-K55R。将该质粒电转化引入毕赤酵母(Pichia pastoris)GS115,进行异源表达。实验结果表明:该叠加突变体在毕赤酵母中获得了活性表达,得到表达产物脂肪酶PEL-ep8-K55R-GS。其表达量为508u/mL,分别约为野生型脂肪酶PEL-GS(627u/mL)的81%,随机突变脂肪酶PEL-ep8-GS(924u/mL)的55%;其比活力为2309.1u/mg,与随机突变脂肪酶PEL-ep8-GS和野生型脂肪酶PEL-GS的相仿。叠加突变脂肪酶PEL-ep8-K55R-GS的最适作用温度为37℃,与野生型脂肪酶PEL-GS和随机突变脂肪酶PEL-ep8-GS一致;其Tm值为41.0℃,比野生型脂肪酶PEL-GS提高了2.3℃,比随机突变脂肪酶PEL-ep8-GS提高了0.8℃。表明叠加突变脂肪酶PEL-ep8-K55R-GS的热稳定性有了进一步的提高。     

华根霉液态培养生产脂肪酶不同形态菌体的转录组差异分析

【背景】作为发酵工业中一类重要的生产菌株,丝状真菌目的产物的形成与菌体形态有着紧密的联系。华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021是从我国传统酿造浓香型白酒大曲中筛选到的一株丝状真菌,其生成的包括脂肪酶在内的酶蛋白具有较高的工业应用价值。【目的】华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021在脂肪酶液态发酵中形成两种不同形态菌体,发酵表现差异明显。本研究考察华根霉不同菌体形态及其细胞代谢在转录组水平的内在差异。【方法】基于RNA-Seq高通量转录组测序,分别对液态培养获得的不同形态华根霉菌体高表达和显著差异表达的转录基因进行功能分析。【结果】两种形态菌体转录组存在明显的差异。利用RPKM值对表达量最高的前20个基因进行分析,聚集态菌体高表达基因主要为不同类别的核糖体蛋白,而分散态菌体中与细胞形态相关的几丁质酶及与信号传导相关的基因也是高表达基因。在两种形态菌体显著差异表达的20个基因中,除了涉及代谢的基因有明显不同外,分散态菌体中也有一些涉及"细胞过程与信号"的基因上调表达显著。两种形态菌体中独有表达基因总体表达量均较低,但聚集态菌体独有表达基因在基因种类和表达量上都要明显高于分散态菌体。同时,转录分析表明,华根霉脂肪酶在聚集菌体中较高的生产水平与脂肪酶基因的高水平转录有关。【结论】菌体形态的差异显著影响了华根霉的转录组,不仅不同形态菌体高表达基因和显著差异表达基因有明显不同,而且功能相同的蛋白在不同菌体形态下也多是由不同基因表达,它们可能承担着不同的作用。总体而言,华根霉聚集态菌体中存在更为复杂的生理过程,而分散菌体中受到信号的传导和调控似乎更多。菌体形态的改变可能是细胞分化的结果,伴随着菌体对细胞微环境改变的一种响应。研究结果为深入了解丝状真菌形态分化的内在机制及其影响提供了一些线索。     

Biochemical and molecular characterization of a lipase produced by Rhizopus oryzae

A novel strain of Rhizopus oryzae WPG secretes a noninduced lipase (ROLw) in the culture medium; purified ROLw is a protein of 29 kDa, the 45 N-terminal amino acid residues were sequenced, this sequence is very homologous to Rhizopus delemar lipase (RDL), Rhizopus niveus lipase (RNL) and R. oryzae lipase (ROL29) sequences; the cloning and sequencing of the part of the gene encoding the mature ROLw, shows two nucleotides differences with RDL, RNL and ROL29 sequences corresponding to the change of the residues 134 and 200; ROLw does not present the interfacial activation phenomenon when using tripropionin or vinyl propionate as substrates; the lipase activity is maximal at pH 8 and at 37 degrees C, specific activities of 3500 or 900 U mg(-1) were measured at 37 degrees C and at pH 8, using olive oil emulsion or tributyrin as substrates, respectively; ROLw is unable to hydrolyse triacylglycerols in the presence of high concentration of bile salts; it is a serine enzyme as it is inhibited by tetrahydrolipstatin and was stable between pH 5 and pH 8.     

Expression and characterization of recombinant Rhizopus oryzae lipase for enzymatic biodiesel production

The Rhizopus oryzae lipase containing prosequence was expressed in Pichia pastoris. Recombinant lipase subunit showed a molecular mass of 32 kDa. The maximum activity of recombinant lipase obtained from Mut(s) recombinant was 90 IU/ml. The enzyme was stable in broad ranges of temperatures and pH, with the optimal temperature at 35 °C and pH 7.0. The crude recombinant R. oryzae lipase can be directly used for the transesterification of plant oils at high-water content of 60-100% (w/w) based on oil weight. The addition of 80% water to the transesterification systems resulted in the yield of methyl ester of 95%, 94% and 92% after 72 h using soybean oil, Jatropha curcas seed raw oil and Pistacia chinensis seed raw oil as raw material, respectively. These results indicate that the recombinant lipase is an effective biocatalyst for enzymatic biodiesel production.