假单胞菌属脂肪酶的分子生物学研究进展

微生物脂肪酶是商品化脂肪酶的主要来源,并广泛应用于诸多工业领域。与其他微生物脂肪酶相比,细菌脂肪酶催化反应的类型更多、活性更高、稳定性更好,其中又以假单胞菌属(Pseudomonas)脂肪酶的性能最为优越。作为性能最为优越、应用最为广泛的一类脂肪酶,假单胞菌属脂肪酶研究一直是脂肪酶领域的热点。就假单胞菌属脂肪酶的分子生物学研究进展进行归纳和述评,包括基因资源挖掘及克隆、基因表达调控及分泌机制、活性过表达策略、蛋白质结晶及3D结构解析、蛋白质工程,并对其未来研究方向做出展望,以期为后续研究提供有益参考。     

基于T7表达系统的洋葱伯克霍尔德菌G63脂肪酶同源高效表达

为实现对洋葱伯克霍尔脂肪酶的可控高效表达, 将目前被广泛使用的T7重组蛋白高效表达系统移植到洋葱伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)G63中进行脂肪酶同源表达。首先采用PCR从大肠杆菌BL21(DE3)中得到T7 RNA 聚合酶基因(T7 RNAP)并将其克隆到致死质粒pJQ200SK上, 然后在T7 RNAP 前后各加入500 bp用于同源重组的片段, 再通过三亲本杂交把T7 RNAP整合到B. cepacia基因组上, 使T7 RNAP受到脂肪酶基因(lipA)启动子调控。接着把lipA和它的伴侣基因lipB单独或全部克隆到载体pUCPCM和pBBR22b上, 构建出pBBR22blipAB、pBBR22blipA、pUCPCMlipAB、pUCPCMlipA、pUCPCMΔlipAlipB、pUCPCMΔlipA、pUCPCMΔlipB七种表达质粒, 通过电转化将上述表达质粒转化到含T7 RNAP的B. cepacia宿主菌中, 最终得到一系列脂肪酶基因工程菌。通过摇瓶诱导发酵发现含表达质粒pUCPCMlipAB的工程菌脂肪酶酶活最高, 达到607 U/mg, 与野生菌相比酶活力提高2.8倍, 并且除含pUCPCMΔlipB的工程菌外, 其它工程菌的脂肪酶酶活均有不同程度提高。野生菌与工程菌pUCPCMlipAB的发酵液经硫酸铵沉淀, Sephadex G-75凝胶过滤纯化后, 比酶活分别为29 984 U/mg和30 875 U/mg。以上结果表明, 构建的基于T7表达系统的B. cepacia脂肪酶基因工程能有效提高脂肪酶的表达量, 同时说明分泌信号PelB和增强转录的核糖体接合位点对脂肪酶的表达有促进作用。     

固态发酵生产微生物脂肪酶

脂肪酶在水相和非水相中都具有催化活性,在众多工业领域应用前景十分广阔.但脂肪酶的生产成本仍然过高,限制了其在某些工业领域的大规模使用.固体发酵因具有设备比较简单、能耗低、成本低、对环境危害小、易于推广等诸多优点,已逐渐成为微生物脂肪酶生产的一个重要方式.由于能源成本的抬高和人们环保意识的加强,自上世纪90年代以来,原来一直认为技术含量较低的固态发酵技术重新受到重视并得到了快速的发展.综述了固态发酵在脂肪酶生产中的应用研究,重点介绍了固态发酵生产脂肪酶的特点、脂肪酶固态发酵的影响因素及其生物反应器.     

洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶：一种应用前景广阔的生物催化剂

洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶对有机溶剂（醇）、热、氧化剂、表面活性剂、去污剂、蛋白酶等具有良好的抗性,在有机合成、对映体拆分、非水相催化等领域应用十分广泛。综述了洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶的发酵生产、分离纯化、基因克隆与表达、固定化与生物印迹、蛋白质结构解析及应用研究等,并展望了其未来发展方向,以期为该工业酶的研发与广泛应用提供参考。     

海藻酸钠明胶协同固定化的研究

目的:研究不同因素对固定化微胶囊的影响以及不同物质向微胶囊扩散的规律。方法:采用海藻酸钠与明胶协同固定化制备微胶囊,考察了海藻酸钠、明胶浓度等因子对微胶囊直径与机械强度的影响,以及牛血清蛋白与葡萄糖向微胶囊扩散的状况,并利用非稳态传递模型计算了这两种物质在微胶囊中的有效扩散系数。结果:随着海藻酸钠质量浓度的升高,微胶囊的直径与机械强度逐渐增大。制备的最优条件是CaCl2浓度为10%,滴定速度为180滴/min,最优浸泡时间为30min。在此条件下,葡萄糖与牛血清蛋白的有效扩散系数分别为4.63×10-5cm2/min、1.01×10-7cm2/min。结论:海藻酸钠明胶协同固定化制备的微胶囊作为一种生物载体,非常适合细胞或酶的固定化。     

固定化脂肪酶性质及其应用研究

利用以四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体的溶胶-凝胶法(sol-gel)固定洋葱假单胞菌属脂肪酶,考查了固定化酶和游离酶的酶学性质及催化不同油脂酯交换合成生物柴油的情况。结果表明,80℃以下固定化酶能保持80%以上的酶活,而游离酶在50℃以后活力急剧下降,到80℃残余酶活约为10%;固定化酶在体积分数50%的甲醇中处理48 h能保持85%的酶活,在体积分数90%的乙醇中处理48h能保持31%的酶活,而游离酶残余酶活只有69%和0;在酯交换反应中固定化酶的催化效率比游离酶高10%~20%,且固定化酶重复使用11次后仍能保持60%的酶活。结果显示,酶经过固定化后稳定性和催化活性显著提高。     

Galactomyces geotrichum Y25产脂肪酶条件的优化

应用响应面法对Galactomyces geotrichumY25液体发酵产脂肪酶的条件进行了优化。首先采用Plackett-Burman设计对影响产酶因素的效应进行评价,筛选出黄豆粉、玉米浆和发酵时间3个对产酶影响显著的因素。用最陡爬坡路径逼近最大产酶区域后,利用响应面设计对显著因素进行优化,得出黄豆粉、玉米浆最佳质量分数分别为2.51%、2.12%,最佳发酵时间101.95 h。优化后液体发酵液中脂肪酶活力提高到34.65 U/mL,比初始酶活力9.6 U/mL提高了3.61倍。表明响应面法可显著优化Galactomyces geotrichumY25液体发酵产脂肪酶条件。     

产α-淀粉酶菌株的分离、鉴定及酶学性质研究

目的:筛选高产α-淀粉酶菌株,为工业生产α-淀粉酶提供储备菌株。方法:利用碘液显色法和摇瓶发酵法,从土壤中筛选产α-淀粉酶菌株;通过菌落形态、菌体特征观察和16S rDNA序列比对对菌种进行鉴定;发酵粗酶液经硫酸铵沉淀、透析脱盐后,对其酶学性质进行初步研究。结果:从土壤中筛选到一株高产α-淀粉酶菌株,枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis XL-15。该菌株所产α-淀粉酶的最适反应温度为50℃,最适作用pH为6.5;Ca2 和Mn2 对酶有激活作用,而Cu2 、Zn2 和EDTA对酶有抑制作用;酶的动力学研究测出米氏常数Km值为1.726mg/mL。结论:该菌株是产α-淀粉酶的较好材料,且具有一定的应用前景。     

微生物水泥相关酶的研究进展

微生物诱导碳酸钙沉积(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)是微生物通过新陈代谢在其周围微环境中形成碳酸钙沉积的一种自然现象,根据其原理目前研发出了“微生物水泥”。因其具有绿色环保、经济高效的特点,已成为生物、土木、环境等领域的研究热点。文中就与微生物水泥密切相关的关键酶——脲酶、碳酸酐酶的研究进展进行了系统综述,主要包括两种酶的基因、蛋白结构、调控机制、工程菌的构建以及脲酶与碳酸酐酶在MICP过程中的协同关系等,并对MICP未来的发展作出展望。在现有研究基础上,借助生物信息学、合成生物学等前沿技术,开发能适应广泛环境、高性能的生物水泥,这将开启MICP研究的一个新阶段。     

利用毕赤酵母发酵废液培养原始小球藻的研究

以毕赤酵母发酵废液为水源并提供部分C源和N、P,在500 mL摇瓶中,比较了发酵废液培养基与SE基础培养基对原始小球藻的生长影响,并通过单因素和正交优化发酵废液培养基。结果表明,发酵废液培养基适合于原始小球藻的培养。利用发酵废液培养小球藻,在添加葡萄糖0.05 mol/L,硝酸钠0.01 mol/L,磷酸二氢钾0.003 mol/L,海绿素浓度300μL/L,培养7 d后最高生物量达6.56 g/L,油脂含量达33.68%,两者均高于SE基础培养基。油脂的脂肪酸组成分析表明,废液培养基培养下小球藻油脂的脂肪酸组成主要是C16∶0(25.12%)、C18∶0(4.69%)、C18∶1(50.46%)、C18∶2(6.78%)、C18∶3(8.58%),而SE培养基培养的小球藻油脂脂肪酸组成主要是C16∶0(24.56%)、C18∶0(20.36%)、C18∶1(16.66%)、C18∶2(14.32%)、C18∶3(30.98%),两种培养基培养所得藻油脂肪酸组成虽相差较大,但均适合作为生物柴油的原料。