嗜热踝节菌脂肪酶(TTL)的重组表达及催化合成普瑞巴林手性中间体

以催化合成普瑞巴林中间体(3 S)-2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸为目标,通过基因挖掘得到来源为嗜热踝节菌的脂肪酶氨基酸序列,构建了基因工程菌Escherichia coli BL21/p ET28b-TTL,在16℃成功诱导表达了嗜热踝节菌脂肪酶TTL。分离纯化得到TTL电泳纯酶,其最适反应温度为50℃,在50℃的半衰期为14.5 d,表明TTL具有良好的热稳定性;TTL最适p H为8.0,在p H 7.0~8.5时稳定性好。TTL在50℃、p H 8.0条件下,催化100 mmol/L外消旋2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸乙酯水解转化率达42%以上,产物的对映体过量值(e.e.值)94%。这表明TTL在化学-酶法合成普瑞巴林中具有较大应用潜力。     

产芳香腈水解酶的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida CGMCC3830的筛选、鉴定及发酵优化(英文)

近年来微生物腈水解酶水解腈类化合物制备有机酸已逐步受到关注。本研究分离到一株表现出较高腈水解酶活力的细菌菌株,通过形态学、生理生化实验以及16S rRNA基因序列分析将其鉴定为恶臭假单胞菌Pseudomonas putida CGMCC3830。结合单因素及响应面法对该菌株产腈水解酶的发酵条件进行了优化,获得最适培养条件为:甘油13.54 g/L,胰蛋白胨11.59 g/L,酵母粉5.21 g/L,KH2PO4 1 g/L,NaCl 1 g/L,脲1 g/L,初始pH 6.0及培养温度30℃。通过优化,酶活由2.02 U/mL提升至36.12 U/mL。对该菌株底物特异性的考察结果表明,恶臭假单胞菌腈水解酶对芳香族腈类化合物具有较高的水解活力。将其应用于烟酸的生物合成中,2 mg/mL游离细胞能90 min内将20.8 g/L 3-氰基吡啶彻底转化,制备得到相应烟酸。这些结果表明恶臭假单胞菌P.putida CGMCC3830在烟酸的规模化生产中具有一定的应用潜力。     

摩氏摩根菌产酯酶条件优化及在普瑞巴林手性中间体合成中的应用

为建立廉价、高效的普瑞巴林关键手性中间体生产工艺,经单因素优化和正交试验,确定了摩氏摩根菌CCTCC M 2011175最佳产酯酶培养基,组成(g/L)为葡萄糖15.0,牛肉膏7.0,Na2HPO41.0,Fe2(SO4)30.1,吐温-8010.0。优化后酯酶比酶活达到1 071.0 U/L,为出发培养基的2.5倍。以培养基优化后获得的摩氏摩根菌菌体为催化剂,立体选择性拆分外消旋2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸乙酯水解,转化率达到45%,对映体过量值(e.e.)大于94%,为酶法生产普瑞巴林关键手性中间体奠定了良好基础。     

重组腈水解酶催化合成(S)-3-氰基-5-甲基己酸

(S)-3-氰基-5-甲基己酸是合成普瑞巴林的关键手性中间体。笔者以表达来源于Brassica rapa subsp.的重组腈水解酶工程菌Br Nit为催化剂,不对称水解外消旋异丁基丁二腈(IBSN)制备(S)-3-氰基-5-甲基己酸。考察反应温度、p H以及不同底物浓度和金属离子对全细胞催化IBSN水解的影响。结果表明:全细胞催化的最适温度为30℃,最适p H为8. 0,最适底物浓度为180 mmol/L。在此条件下,利用10 g/L湿菌体催化水解IBSN,反应6 h转化率可达45. 1%,产物对映体过量值(e.e.值)达到97. 9%。     

摩氏摩根菌ZJB-09203酯酶的分离纯化及性质

立体选择性水解2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸乙酯(CNDE)是化学-酶法合成重大疾病治疗药物普瑞巴林的关键步骤。分离纯化了能够高效水解S-型CNDE的摩氏摩根菌ZJB-09203胞内酯水解酶,并进行酶学性质研究。采用硫酸铵分级沉淀、Phenyl Sepharose 6 FF疏水柱层析、DEAE Sephadex A-50阴离子交换和羟基磷灰石Bio-Scale CHT层析,纯化得到电泳纯的酯水解酶。SDS-PAGE和凝胶过滤HPLC分析确定该酶为单亚基蛋白,分子量为68 kDa。不同碳链长度p-硝基苯酚酯特异性酶解结果表明,该酶为酯酶,酶促合成普瑞巴林手性中间体(S)-2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸的最适pH为9.0,最适温度为45℃,且在pH 7.0-9.0和40℃条件下具有良好的稳定性。Ca2+、Cu2+、Mn2+对酶活有一定的促进作用,Co2+、Fe3+、Ni2+及EDTA对酶活有较强的抑制作用。此外,考察了该酯酶水解p-硝基苯酚酯的动力学参数,及CNDE浓度对转化率的影响。首次报道了能够立体选择性水解CNDE的酯酶,相关酶学性质研究将为该酶催化合成普瑞巴林手性中间体的工业化应用提供重要依据。     

固定化细胞拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的研究

【目的】筛选鉴定一株产酯酶用于选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,利用该菌株固定化细胞催化拆分外消旋底物。【方法】通过富集培养、罗丹明B平板初筛及复筛培养获得一株选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,通过对其形态、生理生化特征及16S r DNA序列分析,确立该菌株系统发育地位。优化了利用硅藻土-戊二醛吸附交联法对该菌体细胞固定化的条件,研究固定化细胞催化性质及操作稳定性。【结果】该菌为革兰氏阴性菌,鉴定其为甲基球状菌属(Methylopila)。固定化体系最优条件:聚乙烯亚胺0.15%(V/V),戊二醛0.2%(V/V),硅藻土6 g/L,菌体质量浓度100 g/L。与游离细胞相比,固定化细胞最适p H由8.0变为8.5,最适温度由35°C变为40°C,p H稳定性和温度稳定性都有所提高。Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ca~(2+)能促进酶活,Zn~(2+)、Fe~(2+)抑制酶活。固定化细胞的有机溶剂耐受性较游离细胞有所提高。动力学分析细胞固定化后Km值变大,底物亲和力降低。利用固定化细胞水解(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯,底物浓度200 g/L,反应20 h,保留构型为S型,得率47.8%,对映体过量值ees为99.4%,重复使用12次后仍保留初始酶活的80%以上。【结论】开发了利用Methylopila sp.cxzy-L013固定化细胞择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的工艺,该工艺具有良好的工业应用前景。     

生物催化法合成6-氰基-（3R，5R）-二羟基己酸叔丁酯

利用E.coli BL21／pCDFDuet-gdh—cr-X共表达全细胞催化6-氰基-（5R）-羟基-3-羰基己酸叔丁酯不对称还原合成6-氰基-（3R,5R）-二羟基已酸叔丁酯。结果表明：在菌体用量4．85g/L、葡萄糖与底物质量浓度比为1：1、温度28℃、pH7．0条件下,80．0g／L6-氰基-（5R）-羟基-3-羰基己酸叔丁酯生物还原2h后,底物转化率可达99．0％,产物d.e．值大于99．5％。在考察范围内,NADP^＋用量对催化效率无显著作用。     

3-氰基吡啶水合酶产生菌的筛选及其酶形成条件

应用富集培养和梯度底物浓度定向筛选技术,从长期被腈化物污染的土壤中筛选到一株产 3-氰基吡啶水合酶(3-cyanopyridine hydratase)活性较高的马红球菌(Rhodococcus e-qui)SHB-121.研究了该菌3-氰基吡啶水合酶的最适形成条件.在最适条件下,酶的比活力达5.3u/mg干细胞,比在初筛条件下的酶活力提高95倍,而在其细胞内共存的尼克酰胺(烟酰胺)水解酶活力很低.     

具有差向选择性还原(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯活性的微生物菌株筛选和鉴定

从土样中分离得到一株具有差向选择性还原(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯活性的微生物菌株ZJB-09225,经生理生化特征鉴定和18S rDNA测序后鉴定为卡里比克毕赤酵母(Pichia caribbic ZJB-09225)。研究结果发现,在最适发酵条件下培养32 h,生物量为8.8 g/L,体积酶活达7.2 U/L;P.caribbic ZJB-09225最适作用温度、最适作用pH值分别为35℃和7.5。在最适的催化条件下,P.caribbic ZJB-09225细胞催化50.0 g/L(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯3 h后,产物6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯得率3.4%,产物d.e.值99.5%以上。     

羰基还原酶不对称还原（R）-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯

选择R-羰基还原酶和葡萄糖脱氢酶双酶,协同催化（R）-6-氰基5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯不对称还原制备阿托伐他汀关键手性合成子6-氰基-（3R,5R）-二羟基已酸叔丁酯。转化条件优化结果显示：在不添加外源性辅酶NADP（H）、菌体用量15．0g/L、147．0g/L（R）-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯、128．2g／L葡萄糖,30℃、pH6．5条件下反应6h后,底物转化率达到100％,产物d．e．值大于99．5％。     

Engineering of Thermomyces lanuginosus lipase Lip: creation of novel biocatalyst for efficient biosynthesis of chiral intermediate of Pregabalin

Efficient and highly enantioselective hydrolysis of 2-carboxyethyl-3-cyano-5-methylhexanoic acid ethyl ester (CNDE) is the most crucial step in chemoenzymatic synthesis of Pregabalin. By using site-saturation mutagenesis and high-throughput screening techniques, lipase Lip from Thermomyces lanuginosus DSM 10635 was engineered to improve its activity towards CNDE. The triple mutant, S88T/A99N/V116D exhibited a 60-fold improvement in specific activity for CNDE (2.35 U/mg) over the wild-type Lip (0.039 U/mg). Modeling and docking studies demonstrated that the mutant could more effectively stabilize oxygen anions in transition states and the lid of Lip in the open conformation. Additionally, the kinetic resolution of CNDE catalyzed by Escherichia coli cell overexpressing S88T/A99N/V116D mutant afforded (3S)-2-carboxyethyl-3-cyano-5-methylhexanoic acid in 42.4 % conversion and 98 % ee within 20 h with a substrate loading of 1 M (255 g/l). These results demonstrated that a novel and promising biocatalyst was created for efficient chemoenzymatic manufacturing of Pregabalin.     

高产(+)γ-内酰胺酶菌株的筛选与发酵产酶研究

从土壤中筛选获得高产(+)γ-内酰胺酶的微生物菌株,并鉴定和保藏为Delftia sp.CGMCC No.5755.对该Delfiia sp菌株的发酵产酶条件进行了研究,结果表明,最适发酵培养基为:蔗糖30 g/L,蛋白胨30 g/L,牛肉膏25 g/L,乙酰胺5 g/L,MgS04 1 g/L;最适发酵温度及初始pH分别为32℃和pH 7.0.该菌株在上述条件下发酵培养20 h,菌体生物量为16.0 g/L,(+)γ-内酰胺酶的酶活为692 U/L.采用Delftia sp.静息细胞对100 g/L的外消旋底物2-氮杂二环-[2.2.1]-庚烷-5-烯-3-酮(简称(±)γ-内酰胺)的水解拆分反应中,产物(-)γ-内酰胺光学纯度大于99.9％e.e.,转化率为53.7％.研究为生物催化法高效制备光学纯(+)γ-内酰胺提供了可行的途径.     

Biocatalytic synthesis of chiral intermediate of pregabalin with high substrate loading by a newly isolated Morgarella morganii ZJB-09203

The chemoenzymatic process involving biocatalytic resolution of rac-2-carboxyethyl-3-cyano-5-methylhexanoic acid ethyl ester (CNDE, 1) has been the most competitive and attractive route for pregabalin. A new esterase-producing strain ZJB-09203, which exhibited high hydrolytic activity, excellent enantioselectivity, and diastereoselectivity towards CNDE, has been successfully isolated from soil samples with a pH indicator agar plate method. The isolate was identified as Morgarella morganii by the ATB system (ID 32 GN) and the 16S rDNA sequence. In order to suppress product inhibition during enzymatic hydrolysis of CNDE, an adsorptive biocatalytic process was developed by utilizing anion-exchange resin D201 as adsorbent for selective removal of (3S)-2-carboxyethyl-3-cyano-5-methylhexanoic acid (2) from the reaction medium. This approach allowed the substrate loading to be increased up to 1.5 M and the chiral intermediate 2 was produced in 682 mM, 45.3 % conversion, and 95 % ee. These results imply that M. morganii ZJB-09203 esterase is a promising biocatalyst in the development of chemenzymatic manufacturing process for pregabalin.     

生物催化3-(4-氯苯基)-戊二腈去对称性水解合成光学纯巴氯芬的关键前体

研究了利用生物催化剂制备(S)-4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸.以3-(4-氯苯基)-戊二腈为底物,采用苯酚-次氯酸钠法对实验室保藏的菌株进行筛选,得到一株产物立体选择性较高的菌株赤霉菌Gibberella intermedia WX12,并对其催化特性和发酵条件进行了初步研究.以30 g/L的乳糖和20 g/L的蛋白胨分别为碳、氮源,发酵培养96 h,收集的菌体在50 mmol/L磷酸缓冲液(pH 8.0)中30℃催化反应24 h,将3-(4-氯苯基)-戊二腈转化为4-氰基-3-(4-氯苯基)-丁酸,产率为90％.将产物化学转化为巴氯芬,手性HPLC分析表明水解产物构型是(S),其对映异构体过量值ee＞ 99％.该产物可以用来合成光学纯的(R)-和(S)-巴氯芬.     

（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯的微生物法合成

采用酿酒酵母CGMCC No．2266菌体,不对称还原β-羰基苯丙酸乙酯制备光学纯（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯。结果表明：采用初始pH为8．0的液体发酵培养基培养的CGMCCNo．2266菌体经过50℃预热处理30min后用于生物转化获得的（S）-（-）-G-羟基苯丙酸乙酯对映体过剩值可以达到100％ee。确定了合成（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯的较佳转化条件为pH7．0,温度30℃,转化时间24h,底物浓度为3．63mmol／L,菌体用量为86g/L（干重／反应体积）。以10％葡萄糖为辅助底物,产率比不加辅助底物时提高了75．4％。在最佳转化条件下反应转化率及（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯对映体过剩值可分别达到98．4％和100％ee。     

葡萄糖酸氧化杆菌木糖醇脱氢酶基因的克隆与表达

【目的】获得葡萄糖酸氧化杆菌(Gluconobacter oxydans CGMCC 1.637)的木糖醇脱氢酶基因,研究其酶学性质及碳源特别是D-阿拉伯醇和木糖醇对该酶活性的影响。【方法】通过已报道序列的木糖醇脱氢酶的保守区设计引物,用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增获得目的基因片段。根据获得的片段序列设计引物克隆目的基因的5’和3’片段,将所获得的片段拼接,获得完整的木糖醇脱氢酶基因。通过构建工程菌获得重组蛋白,并利用氧化还原反应测定重组酶的活性。用含不同碳源的培养基培养G.oxydans CGMCC 1.637,并测定其破胞上清液木糖醇脱氢酶氧化木糖醇的活性;用不同碳源培养的G.oxydans CGMCC 1.637转化木酮糖,用高效液相色谱法测定木糖醇的产量。【结果】获得一个新的798bp的木糖醇脱氢酶基因,所编码的木糖醇脱氢酶含265个氨基酸,属于短链脱氢酶家族。酶学性质研究发现,该木糖醇脱氢酶催化木糖醇氧化的最适合条件为35℃、pH 10.0,最高活性为23.27 U/mg,催化木酮糖还原为木糖醇的最适条件为30℃、pH 6.0。最高活性为255.55 U/mg;该木糖醇脱氢酶的对木糖醇的Km和Vmax分别为78.97 mmol/L和40.17 U/mg。碳源诱导实验表明,d-山梨醇对G.oxydans CGMCC 1.637木糖醇脱氢酶的活性有明显的促进作用,而葡萄糖、果糖、木糖、木糖醇、D-阿拉伯醇对木糖醇脱氢酶活性有明显的抑制作用。而在转化实验中,用d-甘露糖培养的G.oxydans CGMCC 1.637的转化能力明显高于其他碳源培养的G.oxydans CGMCC 1.637的转化能力,其中,用阿拉伯醇培养的G.oxydans CGMCC 1.637的转化能力最低,仅为对照的35%。【结论】克隆自G.oxydans CGMCC 1.637的木糖醇脱氢酶基因是一个新的基因,用阿拉伯醇培养的G.oxydans CGMCC 1.637破胞液木糖醇脱氢酶活性低;且阿拉伯醇对G.oxydans CGMCC 1.637木酮糖的还原能力具有抑制作用。     

Novel biosynthesis of (R)-ethyl-3-hydroxyglutarate with (R)-enantioselective hydrolysis of racemic ethyl 4-cyano-3-hydroxybutyate by Rhodococcus erythropolis

(R)-ethyl-3-hydroxyglutarate with highly optical purity (≥99%) can be used as a novel precursor for synthesis of chiral side chain of rosuvastatin. In this study, a novel synthesis route of (R)-ethyl-3-hydroxyglutarate by whole microorganism cells from racemic ethyl 4-cyano-3-hydroxybutyate was created. A strain ZJB-0910 capable of transforming racemic β-hydroxy aliphatic nitrile was isolated by employing a screening method based on a colorimetric reaction of Co²⁺ ion with ammonia, and identified as Rhodococcus erythropolis based on its morphology, physiological tests, Biolog, and the 16S rDNA sequence. After cultivation in a sterilized medium with composition of 20 g glucose, 5 g yeast extract, 0.5 g KH₂PO₄, 0.5 g K₂HPO₄, 0.2 g MgSO₄·7H₂O per liter at 30°C and 150 rpm for 48 h, the whole cells of R. erythropolis ZJB-0910 were prepared as a catalyst in (R)-enantioselective hydrolysis of racemic ethyl 4-cyano-3-hydroxybutyate for synthesis of (R)-ethyl-3-hydroxyglutarate, without bearing hydrolase activity for the ester bond of ethyl 4-cyano-3-hydroxybutyate. Under the optimized biotransformation conditions of pH 7.5, 30°C, and 20 mM substrate concentration, (R)-ethyl-3-hydroxyglutarate with 46.2% yield (ee > 99%) was afforded, and its chemical structure was determined by ESI-MS, NMR, and IR. The apparent Michaelis constant K _m and maximum rate V _max for this biocatalytic reaction were 0.01 M and 85.6 μmol min⁻¹ g⁻¹, respectively.