米根霉脂肪酶基因pro-ROL和m-ROL在毕赤酵母中的密码子优化、表达和酶学性质的比较分析

米根霉Rhizopus oryzae脂肪酶不仅在众多工业领域中具有良好的应用价值,其典型的分子内伴侣结构(Intramolecular chaperon)也是研究蛋白质翻译后加工和成熟的理想材料.以尼oryzae HU3005为材料,克隆了其脂肪酶前体基因(pro-ROL)和成熟脂肪酶基因(m-ROL),并实现了其在巴斯德毕赤酵母Pichia pastoris GS 115中的分泌表达.酶学性质比较分析表明:m-ROL对中等链长底物(Cl0和C12)具有更高的水解活性,而pro-ROL更倾向于短链底物(C4),且在pH 8.0时活性最高.再者,pro-ROL具有比m-ROL更好的温度稳定性.推测m-ROL和pro-ROL脂肪酶酶学性质的差异可能是由前序列对脂肪酶的折叠和修饰的影响而导致.为提高m-ROL的表达水平,采用重叠延伸PCR技术将基因中8个低频密码子替换为高频密码子.在摇瓶条件下,发酵72 h后,经密码子优化后的m-ROL酶活和蛋白质含量分别达到132.7 U/mL和50.4 U/mL,而初始m-ROL和pro-ROL酶活和蛋白质含量分别仅为28.7 U/mL和14.4 mg/L、29.6 U/mL和14.1 mg/L.     

基于易错PCR技术的黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA的定向进化

利用易错PCR技术对黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA进行定向进化,经过筛选最终获得一个比活力比野生酶提高了425 U/mg的突变体ep1,测序分析ep1有5个氨基酸发生了突变,与野生酶相比ep1的最适pH值由原来的8.5降低为7.5,Tm值提高3℃,Km值由原来的40 mg/mL降低为12.5 mg/mL.对其三维结构进行分析,推测酶学性质的改变可能与处在活性中心右前方双螺旋发卡结构上的158A、和处在下部β卷曲折叠拐角处的S375G的突变有关.     

利用冰核蛋白N末端结构域在大肠杆菌表面展示粘质沙雷氏菌脂肪酶

【目的】利用细胞表面工程技术将活性脂肪酶展示于大肠杆菌细胞表面并对展示脂肪酶的酶学性质进行研究。【方法】将丁香假单胞菌冰核蛋白N末端结构域序列与粘质沙雷氏菌脂肪酶编码基因融合,构建成脂肪酶表面展示载体,并转化大肠杆菌BL21(DE3)。【结果】重组菌以终浓度0.05 mmol/L异丙基硫代-D-半乳糖苷(IPTG)、25°C条件下诱导培养,16 h后表面展示脂肪酶活力达到最大值1 852 U/g细胞干重。表面展示酶的最适pH为9.0,最适反应温度为40°C,表面展示酶热稳定性较游离酶有较大提高,在40°C孵育1 h后仍能保持90%以上的酶活力。【结论】以上结果表明细菌表面展示技术为脂肪酶固定提供了一个很有前景的替代方法。     

脂肪酶产生菌的筛选、鉴定及其产酶条件优化

目的:寻找合适的产酶菌。方法:从富油土壤中分离到一株脂肪酶产生菌,并通过16S rRNA部分序列分析和系统发育分析将其鉴定为假单胞菌属,定名为:Pseudomonas sp.26-2。本研究进一步通过正交试验设计对该菌株的产脂肪酶条件进行了优化。结果:在摇瓶培养条件下,其最适产酶条件为:淀粉1.5%,酵母提取物3%,硫酸镁0.05%,K2HPO40.2%,橄榄油0.2%;反应起始pH值为7.0,发酵温度为30℃。在此条件下,发酵脂肪酶活力可达15.5U/ml。结论:所获得的假单胞菌26-2具有一定的脂肪酶生产能力,并为该菌株的菌种改良以及脂肪酶的高效基因工程菌的构建奠定了基础。     

粘质沙雷氏菌脂肪酶基因的克隆表达和酶学性质的研究

目的:克隆粘质沙雷氏菌脂肪酶基因(lipA)使其在大肠杆菌B121(DE3)中实现高效表达,并对重组酶进行酶学性质研究.方法:以产脂肪酶粘质沙雷氏菌总DNA为模板,PCR扩增脂肪酶基因lipA,构建重组表达载体pET-lipA,并将其导入大肠杆菌进行诱导表达,对表达产物进行SDS-PAGE和酶学性质的测定.结果:经过优化培养条件,脂肪酶活力最高能达到104U/mL.重组脂肪酶的最适反应温度为40～45℃,最适pH为7.0～7.5,在50℃保温1h下仍能保持80%的酶活力,Ca2+、Sr2+、Mn2+和Mg2+对脂肪酶酶活有较强的激活作用,尤其是Ca2+使脂肪酶酶活提高了1倍多,而Ni2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+和Al3+对酶活具有较强的抑制作用,尤其是Zn2+和Al3+使酶活力几乎完全丧失.该酶对一些有机溶剂有较好的耐受性,与50%甲醇混合24h,仍能保持84%的酶活力.结论:该脂肪酶具有较好的热稳定性和甲醇耐受力,作为生产生物柴油的催化剂具有很大的应用价值,为基因工程酶法生产生物柴油打下良好的基础.     

假单胞菌脂肪酶的研究进展

脂肪酶是一种重要的工业用酶,来自于假单胞菌的脂肪酶较来自其它菌株的具有更强的温度、有机溶剂耐受性等比较优势,在有机合成、食品工业、药物制造、油脂深加工等工业应用方面应用潜力巨大。对假单胞菌脂肪酶的分类及性质、结构、表达调控和分泌机制等进行了简要的概述。     

白地霉脂肪酶在毕赤酵母表面展示

将白地霉脂肪酶基因N端与酿酒酵母FLO絮凝结构域序列融合,构建成脂肪酶毕赤酵母表面展示载体并转化毕赤酵母GS115。免疫荧光检测证实脂肪酶已展示于毕赤酵母细胞表面。甲醇诱导96 h后展示酶活性达到81 U/g干细胞,酶的热稳定性较游离酶有较大提高,50℃孵育4 h后酶活仍保持初始酶活70%以上。     

短小芽孢杆菌HZbp脂肪酶基因的克隆表达

以短小芽孢杆菌HZbp总DNA为模板以PCR的方式获得512 bp的脂肪酶基因,并在该基因的两端引入了EcoR1和Sal1的酶切位点,将该基因与大肠杆菌表达质粒pSE380连接,获得重组质粒pSE380-BPL。重组质粒转入大肠杆菌表达细胞株BL21,获得工程菌株BL21-BPL。序列分析显示所克隆的基因具有脂肪酶的保守G-X-S-X-G序列,SDS-PAGE电泳显示该脂脂肪酶的分子质量约为20 kDa。在LB培养基中,IPTG诱导浓度为1.0 mmol/L,33℃诱导培养10 h后,发酵液酶活达到8 U/mL。     

产脂肪酶粘质沙雷氏菌发酵产酶条件的优化

目的：通过对产脂肪酶粘质沙雷氏菌发酵条件的优化,使其酶活力得到大幅度提高。方法：用响应面法对产脂肪酶粘质沙雷氏菌的发酵产酶培养条件进行了优化。首先通过逐因子实验考察了该菌株产酶所需的最适碳源和氮源,在此基础上通过Plackett-burman法设计实验,考察了几种因素对产酶影响的大小,然后用最陡爬坡实验逼近以上几种因子的最大响应区域后,采用Box-Behnken设计25组实验,并利用Design-Expert对实验结果进行二次回归分析。结果：对产酶具有显著效应的4个因素为：蛋白胨、CaCl2、吐温、大豆油。实验优化到最佳的产酶条件为：糊精1%,蛋白胨0.7%、CaCl20.3%、吐温-80 1.68%、大豆油1.81%、K2HPO40.05%、MgSO40.05%、FeSO40.1%。结论：优化后发酵液上清的脂肪酶活力可达97.52U/ml,比优化前提高了10倍。     

酿酒酵母脂肪酶基因TGL3的克隆及其在毕赤酵母中的高效表达

目的：克隆Saccharomy cescerevisiae脂肪酶基因,并实现其在Pichia pastoris中高效表达。方法：根据NCBIGenBank中已公布的Saccharomyces cerevisiae脂肪酶基因TGL3设计引物,以Saccharomyces cerevisiae总DNA为模板,PCR扩增目的片段,构建重组子pPIC9K-TGL3,转化到Pichia pastoris GS115。结果：扩增得到1929bp的基因片段,与GenBank中公布的序列氨基酸同源性达99.7%,编码的643个氨基酸中有脂肪酶的保守序列GXSXG,位于235～239位。重组子摇瓶发酵120h发酵液上清脂肪酶酶活达到60U/mL,酶学性质研究表明：该酶的最适作用温度为40℃,在25℃～40℃之间能保持60%以上酶活力。最适pH值为8.5,在pH6.5～9.0之间能保持50%以上的酶活力。除Al3＋和Fe2＋外,该酶不受Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋、Cu2＋、Mn2＋、Ni＋、Sr2＋等多种金属离子的影响。结论：发酵液上清脂肪酶酶活达到60U/mL,是原菌株的10倍,成功实现了该基因的高效表达。