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。     

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。     

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.     

产碱杆菌Alcaligenes sp.KS-85来源肌酸酶活性中心的关键氨基酸功能研究

肌酸酶(Creatinase,EC 3.5.3.3)水解肌酸生成尿素和肌氨酸,是肌酐多酶级联检测中的关键酶。为进一步解析产碱杆菌来源肌酸酶的催化机理,利用蛋白质同源建模、分子对接、丙氨酸扫描技术分析了酶与底物的相互作用,并聚焦于酶活性中心4个功能未知的保守位点Phe64、Asp102、Phe252、Phe321,通过将氨基酸残基定点突变为6种具有代表性的氨基酸,结合生化实验对其功能进行解析。经研究,所有突变体的kcat值大幅度降低;除6个突变体:F252A、F252S、F252Y、F252W、F321A、F321Y的KM值降低,其余突变体的KM均提高。结构分析表明Phe252通过与Tyr259形成的π-π堆积稳定酶-底物复合体;Asp102通过与Arg66,Gly322的氢键相互作用稳定酶反应的过渡态;Phe321,Phe64位于底物两侧,通过疏水侧链的排斥作用及空间位阻影响底物的定位。本研究通过对活性中心氨基酸残基的功能解析,为肌酸酶的催化机制解析和分子改造奠定了基础。     

头孢西丁纸片扩散法检测耐甲氧西林溶血葡萄球菌

目的以PCR方法检测溶血葡萄球菌mecA基因为标准,评价头孢西丁纸片扩散法、苯唑西林纸片扩散法和VITEKGPS109卡微量肉汤稀释法检测耐甲氧西林溶血葡萄球菌（methicillin resistant Staphylococcus haemolyticus,MRSH）的敏感度和特异性。方法用PCR扩增临床分离的114株溶血葡萄球菌．检测特异性的mecA基因片段;头孢西丁纸片扩散法、苯唑西林纸片扩散法和VITEK GPS109卡微量肉汤稀释法检测溶血葡萄球菌中耐甲氧西林的溶血葡萄球菌。结果114株溶血葡萄球菌经PCR法检测,MRSH有97株,占85．1％;头孢西丁纸片扩散法、苯唑西林纸片扩散法和VITEKGPS 109卡微量肉汤稀释法检测MRSH分别有92、65、93株．与mecA基因法结果比较,头孢西丁纸片扩散法、苯唑西林纸片扩散法和VITEK GPS109卡微量肉汤稀释法敏感性分别为94．8％（92／97）、67．0％（65／97）、93．8％（91／97）;特异性分别为i00％（17／17）、100％（17／17）、88．2％（15／17）。矿检验,头孢西丁纸片扩散法和mecA基因法差异无显著性。结论头孢西丁纸片扩散法检测MRSH具有很高敏感度和特异性,是筛选和确认MRSH的一种可靠方法。     

Actinosynnema mirum DSM43827溶解性多糖单加氧酶的异源表达和酶学性质表征

溶解性多糖单加氧酶(lytic polysaccharide monooxygenases,LPMO)是近年来新发现的一类作用于结晶多糖(如纤维素和几丁质)的氧化酶;LPMO通过氧化的方式来裂解底物从而有利于水解酶系进一步作用,获得可溶性寡糖。为获得更多新酶资源,通过PCR方法从Actinosynnema mirum DSM 43827菌株中成功地克隆了编码LPMO的基因Amir_5334;将该基因构建到含麦芽糖结合蛋白(maltose binding protein,MBP)标签的pET-28a(+)载体(pET-28a-MBP)上,并转化至E.coli BL21(DE3)中进行诱导表达。利用镍柱亲和层析进行纯化,获得融合表达蛋白后,使用Factor Xa蛋白酶切除MBP标签,最终得到成熟的LPMO(Am5)。成熟Am5的预测分子量约为26 kDa,等电点为8.3。分析Am5序列发现,Am5与同家族中LPMO的序列一致性较低,具有良好的序列新颖性。酶学性质分析表明Am5是对几丁质有氧化活性而对纤维素无氧化活性的LPMO;与几丁质酶协同降解几丁质时可提高几丁质酶60%的水解效率;吸附实验显示,Am5对几丁质具有较强的吸附作用,而对纤维素吸附能力较弱。以上研究表明,Am5是一种针对几丁质底物具有高效选择性的新型氧化酶。     

L-氨基酸氧化酶的结构、底物谱、家族进化及应用研究进展

L-氨基酸氧化酶(LAAO)是一类生物体内参与氨基酸氧化代谢的重要氧化还原酶,能够以氧分子为电子受体催化L-氨基酸氧化脱氨,生成相应的酮酸、氨(NH₃)和过氧化氢(H₂O₂).近期发现有些LAAO能够专一性识别特定氨基酸,而不受其他种类氨基酸的干扰,因而在手性胺类化合物拆分、α-酮酸生物合成、临床样本、食品及氨基酸发酵过程中氨基酸含量检测等领域都发挥着重要作用.本文重点综述目前研究报道的底物专一性LAAO,总结并比较这些酶的酶学性质、结构功能,以及家族进化规律等,并进一步讨论这些酶在生物催化及氨基酸检测中的应用.本综述将为底物特异性LAAO的分子机制研究及产业应用研究提供重要的素材和指导.     

半理性设计提高产碱杆菌KS-85来源的肌酸酶催化活性

肌酐水平是指示肾脏功能的重要临床指标。肌酸酶(creatinase,CRE)是肌酐的酶促检测体系中的关键酶之一,也是整个体系的限速酶,较差的活性限制了它在临床检测和工业上的应用。针对此问题,采用半理性设计策略对产碱杆菌属(Alcaligenes sp.)KS-85来源肌酸酶Al-CRE的活性进行了改造,通过对挑选出的突变热点进行饱和突变筛选和组合,最终获得多个活性提升的突变酶,活性最高的五点突变酶I304L/F395V/K351V/Y63S/Q88A比活力相较于野生型提升了2.18倍。同时对相关突变位点进行了结构分析,为肌酸酶的实际应用及对其机理的进一步解析提供了基础。     

洋葱伯克霍尔德菌感染家兔抗感染疗效与体外药物敏感性的比较

目的使用无CLSI完整解释标准的药物,哌拉西林/他唑巴坦、替卡西林/棒酸、头孢吡肟治疗洋葱伯克霍尔德菌感染的家兔模型,观察比较何种体外药物敏感试验更能准确反应临床疗效。方法 57株临床分离的洋葱伯克霍尔德菌,感染57只家兔腹腔。将感染家兔分成3组(A、B、C组),每组19只;分别在48、72、96、120和144 h注射药物:A组每只家兔注射1 mL浓度为2 g/mL哌拉西林/他唑巴坦;B组每只家兔注射1 mL浓度为0.1g/mL头孢吡肟;C组每只家兔注射1 mL浓度为0.6 g/mL替卡西林/棒酸。比较肉汤稀释法(MIC法)、K-B法及VITEK法检测的药物敏感性结果与体内药物治疗的疗效关系。结果哌拉西林/他唑巴坦治疗组(A组),K-B法检测结果与家兔感染模型治疗过程相符率为72.2%,MIC法66.7%,VITEK法为66.7%。替卡西林/棒酸治疗组(B组),MIC法83.3%,VITEK法为77.8%,K-B法检测结果与家兔感染模型治疗过程相符率为50.0%。头孢吡肟治疗组(C组),MIC法88.9%,VITEK法为77.8%,K-B法检测结果与家兔感染模型治疗过程相符率为72.2%。结论在3种药物敏感性检测法中,哌拉西林/他唑巴坦以K-B法检测结果与感染家兔的抗感染疗效最为接近;替卡西林/棒酸及头孢吡肟均以MIC法与感染家兔的抗感染疗效最为接近;针对洋葱伯克霍尔德菌的感染建议临床使用不同的方法检测不同的药物体外敏感性。