湖羊瘤胃微生物GH9家族葡聚糖酶基因IDSGLUC9-25的表达与功能表征

【目的】葡聚糖酶是饲用添加剂的重要成分,本研究旨在从湖羊消化道微生物中挖掘性质优良的GH9家族葡聚糖酶基因,用于研发新型饲用酶制剂。【方法】从湖羊瘤胃微生物cDNA中扩增IDSGLUC9-25基因,在大肠杆菌中进行异源表达,对重组蛋白进行诱导表达和纯化,研究重组蛋白的酶学性质和底物水解模式。【结果】IDSGLUC9-25基因编码527个氨基酸,包含一个CelD_N结构和一个GH9家族催化结构域;重组蛋白rIDSGLUC9-25分子量约为62.7 kDa,最适反应温度和pH分别为40℃和6.0,在30-50℃下活性较高,在pH 4.0-8.0范围内能够保持较高的稳定性,经pH 4.0-8.0缓冲液处理1 h后残余活性均大于90%;底物谱分析表明,rIDSGLUC9-25能催化大麦β-葡聚糖、苔藓地衣多糖、魔芋胶和木葡聚糖,比活性分别为(443.55±24.48)、(65.56±5.98)、(122.37±2.85)和(159.16±7.73) U/mg;利用薄层色谱法(thin layer chromatography, TLC)和高效液相色谱法(high performance liquid chromatography, HPLC)分析水解产物发现,rIDSGLUC9-25降解大麦葡聚糖主要生成纤维三糖(占总还原糖64.19%±1.19%)和纤维四糖(占总还原糖26.24%±0.12%),催化地衣多糖主要生成纤维三糖(占总还原糖78.46%±0.89%)。【结论】本研究报道了一种来自密螺旋体属细菌的内切β-1,4-葡聚糖酶IDSGLUC9-25 (EC 3.2.1.4),能高效催化多糖底物生成纤维三糖和纤维四糖,为研发饲用酶制剂和制备低聚寡糖建立基础。     

一种来源于喜热梭孢壳的耐热型β-甘露聚糖酶

【目的】本文旨在挖掘满足工业加工所需的新型耐热β-甘露聚糖酶。【方法】从丝状真菌喜热梭孢壳中克隆甘露聚糖酶基因Mtman1,利用毕赤酵母表达系统进行异源表达,研究重组酶的酶学性质和热处理过程中蛋白构象变化情况。【结果】序列分析显示,Mtman1基因编码409个氨基酸,包含一段20个氨基酸的信号肽序列和一个GH5家族结构域;经毕赤酵母表达的重组MtMAN1蛋白约为60 kDa,存在N-糖基化修饰,该酶的最适反应pH和温度分别为6.0和70℃,催化刺槐豆胶底物的Km和Vmax分别为4.28±0.73 mg/mL和203.9±14.61μmol/(s·mg);MtMAN1在60℃下十分稳定,在80℃、90℃和100℃下处理10 min后,分别能维持(68.23±7.47)%、(56.01±5.69)%和(14.91±2.92)%的残余活性,且二级结构和最大发射波长基本没有发生变化,提示其构象维持稳定;此外,该酶对较低浓度的Fe~(2+)(0.1 mmol/L)、Cu~(2+)(0.1 mmol/L)、Ca~(2+)(0.5 mmol/L)、Mg~(2+)(0.1 mmol/L)或Zn~(2+)(0.1 mmol/L)耐受能力较强。【结论】MtMAN1是一种耐热的β-甘露聚糖酶,在饲料制粒等需要高温处理的工业加工工艺中具有较好的应用前景。     

利用分子环化技术提高瘤胃微生物木聚糖酶热稳定性

在高温下保持催化活性是工业酶的重要性质。近年来,采用基因工程、蛋白质工程技术提高野生酶进行催化活性或耐热等性质取得了重要进展。文中利用新近建立起来的异肽键介导的SpyTag/SpyCatcher系统对瘤胃微生物来源的木聚糖酶XYN11-6进行分子环化,获得稳定的环化酶C-XYN11-6。在60℃、70℃和80℃下处理10 min,C-XYN11-6的残余活性为81.53%、73.98%和64.41%,分别是相同条件下线性蛋白L-XYN11-6残余活性的1.48、2.92、3.98倍。经60–90℃热处理10 min后,C-XYN11-6仍保持可溶状态,而L-XYN11-6几乎完全聚沉。内源荧光和8-苯胺-1-萘磺酸(8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid,ANS)结合荧光光谱分析显示,较之L-XYN11-6,热处理环境中C-XYN11-6更能够维持其构象稳定。值得注意的是,分子环化提高了C-XYN11-6对0.1–50 mmol/L Ca~(2+)或0.1 mmol/L Cu~(2+)的耐受能力。综上所述,文中利用SpyTag/SpyCatcher系统获得热稳定性和离子稳定性提高的环化酶,为工业酶的分子改良及扩大其在工业领域的应用建立了良好基础。     

探索性试验在畜牧微生物学实验教学中的实践与思考

畜牧微生物学是一门应用性极强的课程,教师演示、学生重现的传统微生物学实验无法满足培养畜牧创新人才的需求。为提高学生在畜牧生产中灵活运用微生物学知识分析和解决实际问题的能力,经5年的摸索,针对畜牧微生物学实验,我们逐渐完善了一套理论课程铺垫、基础操作技能传授与探索性试验提升相结合的教学模式。该模式激发了学生的创新动力,提高了学生的科研能力。