嗜热酯酶APE1547催化活性的定向进化研究

对来源于嗜热古菌Aeropyrum pernix的酯酶(APE1547)催化活性进行定向进化研究。利用APE1547特殊的稳定性,建立了准确的高通量高温酯酶筛选方法。对第一代随机突变库筛选获得了催化活性较野生型提高1.5倍的突变体M010,序列分析表明其氨基酸突变为R526S。从第二代突变库中筛选出的总活力提高5.8倍突变体M020,突变位点为R526S/E88G/A200T/I519L,其比活力与M010一致,但表达量比野生型提高约4倍。对M020酶学性质表征发现,其最适pH为8.5,比野生型向碱性偏移0.5;活性中心残基酸性基团的解离常数(pK1)由野生型的7.0提高至7.5。晶体结构分析表明,突变位点R526距离活性中心较近,将其突变为Ser降低了活性中心的极性,抑制了催化残基His的解离,使酸性基团的解离常数升高。     

脂肪酶和酯酶的定向进化及其应用

简单介绍了脂肪酶和酯酶的定向进化的方法和策略。重点介绍了脂肪酶和酯酶的高通量筛选方法及定向进化研究所取得的主要进展。     

催化元件和途径的人工设计与组装

催化元件以及由多个催化元件组成的合成途径的设计与组装为人工合成体系的建立奠定了基础,是合成生物学的重要研究内容。除从自然生物中挖掘大量的天然酶和途径可供人工合成体系使用外,将计算生物学、蛋白质工程以及组合生物合成等技术相结合,理性地、有目的地进行催化元件和途径的人工设计与组装,将提供新功能酶以及新物质合成途径。介绍了催化元件和合成途径人工设计与组装的研究策略和最新进展。     

超嗜热酯酶EST2在不同宿主中的异源高效表达研究

来源于超嗜热古菌Alicyclobacillus acidocaldarius的酯酶EST2是目前报道的活性最高的超嗜热酯酶,具有极大的工业应用价值。为促进EST2的生产应用,将其分别在大肠杆菌及毕赤酵母中进行异源表达,并就不同宿主对表达情况和重组酶酶学性质的影响进行了分析。在大肠杆菌和毕赤酵母中重组表达的EST2酶学性质基本一致:最适温度分别为75℃和77.5℃,最适pH均为8.0,比活力分别为4656.6 U/mg和4078.3 U/mg,70℃水浴保温4.5 h,残余活力均在70%以上。在摇瓶发酵的基础上,于5 L发酵罐中进行了重组大肠杆菌及毕赤酵母的高密度发酵。毕赤酵母高密度发酵120 h菌体干重达68 g/L,最大表达酶活力为959.6 U/ml。大肠杆菌高密度发酵25 h菌体干重达60.8 g/L,最大酶活力14825.6 U/ml,表达量是毕赤酵母的15.4倍,单位时间产量是酵母的74.2倍。结果表明大肠杆菌发酵周期短、表达量高,更适合进行嗜热酯酶EST2的高效生产,这为促进嗜热酯酶在工业生物技术产业的应用奠定了基础。     

极端酶的研究进展

极端酶具有超常的生物学稳定性,能够在极端温度、pH、压力和离子强度下表现出生物学活性,因此极端酶为生物催化和生物转化提供了良机.新的极端物种的发现、基因组序列的确定及基因工程技术的应用,加快了发现和制备新酶的进程.蛋白质工程和定向进化技术进一步改善酶的活性和特异性,促进了极端酶的工业应用.对极端酶的研究加深了人们对酶稳定性机制的理解,丰富了分子进化理论.     

利用SpyTag/SpyCatcher构建胞内自组装多酶复合体实现高效生物合成

SpyTagr和SpyCatche可通过自发反应形成共价键,产生稳定的分子自组装体。酶分子自组装体因具有高效有序的催化特性在合成生物学和纳米技术领域具有重要的应用价值。为探索SpyTag/SpyCatcher在大肠杆菌胞内多酶复合体系形成有序自组装分子能力,将SpyTagr和SpyCatche分别与P450BM3m单加氧酶和葡萄糖脱氢酶GDH进行融合表达,以期产生具有辅酶再生循环系统、高效生物合成靛蓝分子的SpyTag/SpyCatcher双酶自组装复合体。首先,通过电泳及质谱对重组工程菌表达蛋白进行分析,证实SpyCatcher-P450BM3m与SpyTag-GDH在胞内成功形成了自组装多酶复合体;然后,系统分析不同培养条件下组装体合成靛蓝的能力。结果发现,经0.5mmol/L IPTG诱导后,菌体在16℃继续培养18h后,工程菌对吲哚(2mmol/L)与葡萄糖(4mmol/L)的全细胞催化能力最强,靛蓝产量最高达258mg/L,是未组装多酶系统的1.9倍,比P450BM3m单酶表达系统高约2.4倍;反应70min后达到反应平衡,转化率为52%。成功实现了SpyTag/SpyCatcher介导的多酶体系在大肠杆菌细胞中的自组装和高效转化体系,为胞内多酶复合物组装体的设计提供了新思路。     

基于荧光激活细胞分选技术的超高通量酶活性筛选方法及其应用

基于荧光激活细胞分选(FACS)技术的超高通量酶活性筛选方法是新出现的一类高通量筛选技术.它利用流式细胞仪高灵敏度、高通量的特点,能以极高的速度(108/天)对大容量酶基因文库进行筛选.FACS筛选技术的出现突破了常规筛选方法低效、耗时、费力等瓶颈问题,极大地提升了人类对大容量基因文库的探索能力,因此在新酶基因筛选、酶活性检测、酶定向进化等领域有广泛的应用潜力.综述了FACS超高通量酶活性筛选方法的最新研究进展,着重介绍了其在酶定向进化中的应用.     

GPX－abzyme对受XO／HX系统损伤的心肌线粒体的保护作用

探讨了研制的具有谷胱甘肽过氧化物酶活力的含硒抗体酶（ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ）对于受损心肌线粒体的保护作用,利用牛的心肌线粒体为实验材料,通过线粒体的膨胀度、脂质过氧化物含量、ＣＣＯ活力变化及电镜观察等几个方面证明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能抵抗ＸＯ／ＨＸ系统产生的自由基的损伤作用,ＥＳＲ研究也表明ＧＰＸ－ａｂｚｙｍｅ能明显降低ＸＯ／ＨＸ损伤系统中的自由基含量。     

基因组改组（genome－shuffling）提高

首先采用紫外线与亚硝基胍两种传统微生物诱变方法对干酪乳杆菌进行诱变,经低pH平板、碳酸钙平板和摇瓶试验获得了5株耐酸性提高的突变菌株。以获得的突变菌株为出发菌株,应用灭活双亲原生质体融合后致死损伤得到互补获得活性融合子的方法,对其进行基因组改组,经过低pH平板、碳酸钙平板和摇瓶筛选,获得4株可以在pH3.8平板上旺盛生长且产酸量较高的改组菌株。将改组菌株与原始菌株分别于pH 3.8和3.4的YE液体培养基中培养,改组菌株能够在原始菌株无法生存的pH条件（pH 3.4）下生长。在pH 3.8的条件下,对改组菌株与原始菌株的发酵特征进行比较,37℃发酵48小时后,改组菌株产酸量为原始菌株的2.4倍,表明基因组改组技术能有效提高多基因调控表型的进化。     

植酸酶最新研究进展

植酸酶是一种能广泛应用于食品、饲料和医药工业的商业酶。目前较多的研究工作是通过随机突变、定点突变和晶体结构对照来阐明植酸酶的反应机制以及重要氨基酸的贡献,并以此为基础对酶分子进行改造。其中真菌和细菌分泌的植酸酶的最适pH较低,能够应用于生物体内,因此具有很大的商业前景。