基于多重计算设计策略提高奇异变形杆菌脂肪酶的热稳定性

来自奇异变形杆菌的脂肪酶（Proteus mirabilis lipase,PML）具有较好的有机溶剂耐受性,在生产生物柴油等领域有广泛的应用潜力。然而,其热稳定性仍有待提高以更好地适应工业生产。近年来,基于计算机辅助的多种计算设计策略的发展为酶的热稳定性改造提供了更多的思路。文中首先选择了3种基于互补算法的软件ABACUS、PROSS以及FoldX为正筛对PML进行计算设计,选择其两两交集,利用PSSM序列保守性分析和GREMLIN共进化分析两种负筛进一步缩小突变文库,得到18个单点突变设计。经实验验证,有7个T_m提高的突变体,其中K208G和G206D的ΔT_m最高,分别为3.75℃和3.21℃。选择其中5个酶活高于野生型的突变体利用贪婪累积策略进行组合,最终五点组合突变体M10的T_m提高了10.63℃,相对酶活为野生型的140%。组合过程中K208G和G206D展现出了一定的上位性,为M10热稳定性的提高作出了主要贡献。分子动力学模拟表明在突变位点及附近区域有新的作用力产生,G206D/K208G附近作用力的重排可能...     

引入非天然氨基酸胶原蛋白表达及交联成键的优化

微生物重组表达胶原蛋白来源清洁,同时具有序列设计灵活和高产量高纯度等优点,作为生物材料在组织工程等领域具有广泛的应用前景。然而如何促进重组胶原分子交联,使其形成更加稳定的空间结构是设计重组胶原纳米材料需要克服的难点。文中通过双质粒系统将非天然氨基酸O-(2-溴乙基)-酪氨酸引入细菌胶原蛋白序列中,并对其发酵条件进行优化,结果表明在25 ℃下,以终浓度为0.5 mmol/L的IPTG和0.06%的阿拉伯糖诱导24 h可以获得高纯度含非天然氨基酸的胶原蛋白。将含非天然氨基酸的胶原蛋白与含半胱氨酸的胶原蛋白在pH为9.0的NH4HCO3缓冲液中进行交联,形成了最大分子粒径可达1 μm的聚集体,为重组胶原蛋白生物材料的设计提供了新思路。     

抗c-Myc标签纳米抗体的筛选与应用

目的: 以c-Myc-GST蛋白为靶分子,从纳米抗体噬菌体展示免疫文库中筛选能够特异性识别c-Myc标签(EQKLISEEDL)的纳米抗体。方法: 采用固相淘选技术,筛选出能与c-Myc标签特异性结合的噬菌体,phage-ELISA鉴定阳性克隆并测序,通过基因重组技术将阳性噬菌体编码的纳米抗体基因克隆至原核表达载体pET25b(+),再转化至大肠杆菌Rosetta(DE3),IPTG诱导表达,SDS-PAGE分析重组蛋白表达情况。采用间接ELISA和量子点免疫荧光法验证纳米抗体的结合活性和特异性。结果: 通过4轮固相淘选,具有结合活性的噬菌体克隆得到了有效富集,回收率提高了145倍,阳性率从20.83%提高至85.4%。将phage-ELISA鉴定显色值高的两个纳米抗体A25和A26分别进行了重组表达,SDS-PAGE结果显示均为可溶性表达,表达量为60 mg/L。间接ELISA结果表明重组蛋白A25和A26都能够识别c-Myc标签,量子点免疫荧光法验证得到纳米抗体A25能够对SP2/0细胞内的c-Myc蛋白进行检测。结论: 成功地筛选出与c-Myc标签结合的纳米抗体噬菌体克隆,构建了两个抗c-Myc标签纳米抗体的原核表达载体并实现了可溶性表达,为检测胞内c-Myc蛋白奠定了基础。     

长春花丙二烯氧化物合酶基因的克隆与表达

利用RT-PCR和RACE相结合的方法,从长春花中克隆了丙二烯氧化物合酶(AOS)基因。结果显示:长春花AOS基因(CrAOS)cDNA全长为2 118bp,包括5′和3′非翻译区,polyA尾和一个长1 638bp的开放阅读框,其基因组中不含内含子;CrAOS基因编码的蛋白含545个氨基酸。多重比对表明CrAOS蛋白与其他的AOS蛋白具有较高的相似性,CrAOS蛋白序列中含有AOS家族应有的保守氨基酸残基。Southern杂交表明:CrAOS基因在长春花中为低拷贝。qRT-PCR结果显示:CrAOS在各个组织均有表达但表达量存在差异,在老叶中最高,在幼花中表达最低。对长春花幼苗进行不同处理,结果表明:伤害、低温、甲基茉莉酸、乙烯利处理等可使CrAOS基因表达量显著提高,水杨酸处理对基因表达影响不大。     

基于多重计算设计策略提高枯草芽孢杆菌脂肪酶的热稳定性

提高酶的热稳定性是生物催化领域的热点和难点,计算机辅助的理性设计相比于传统的定向进化更加高效,在酶工程领域中的应用越来越广泛和深入。文中以枯草芽孢杆菌脂肪酶A为模式蛋白,首先,利用Rosetta-VIP计算设计对酶的结构空腔进行分析,选择了16个有利于结构空腔填充(ΔΔE0)的单点突变,并以突变位点的溶剂可及表面积和进化保守性为二次筛选依据,测定了其热稳定性与酶活性。有6个单点突变体(F17A、V74I、L114P、I135V、M137A、I157L)的热稳定性得到了提高,其中Tm值最大提高3.18℃。结果表明,单点突变体满足ΔΔE越低、蛋白溶剂可及表面积减少且符合序列保守性,则得到保留原有酶活力的正向突变的可能性越大。此外,将热稳定性提高的6个单点突变进行迭代组合突变,两点组合突变体的Tm最大提高4.04℃,三点组合突变体的Tm最大提高5.13℃,四点组合突变体的Tm提高了7.30℃,六点组合突变体的Tm提高了7.43℃。因此,基于酶的分子结构的空腔分析、溶剂可及表面积及氨基酸序列保守性计算的多重虚拟筛选方法,可有效提高酶的热稳定性。     

结构指导的玉米赤霉烯酮水解酶的热稳定性改造

玉米赤霉烯酮是世界上污染最为广泛的一种镰刀菌(Fusarium)毒素,严重危害牲畜以及人类的健康。来源于粉红螺旋聚孢霉(Clonostachys rosea)的玉米赤霉烯酮水解酶(zearalenone hydrolase,ZHD)能有效降解饲料中的玉米赤霉烯酮,然而饲料加工中的高温环境限制了该酶的应用。基于结构特征的理性设计可为酶的热稳定性改造提供指导。本研究首先基于蛋白质结构比对(multiple structure alignment, MSTA)筛选ZHD的结构灵活区,随后基于序列保守性打分以及构象自由能计算设计突变文库,得到基于136号和220号残基的9个单点突变设计。结果表明,9个突变体的热熔融温度(Tm)提高了0.4–5.6℃,其中S220R和S220W热稳定性表现最好,Tm分别提高了5.6℃和4.0℃,45℃下的热半失活时间分别延长了15.4倍和3.1倍,相对酶活分别为野生型的70.6%和57.3%。分子动力学模拟分析表明突变位点及附近区域的作用力得到了增强,突变体S220R和S220W的220-K130氢键成键概率分别增加了37.1%和19.3%、K130-D223盐桥成键概率分别增加了30.1%和12.5%,为ZHD热稳定性的提高作出了贡献。这项工作表明结合天然酶的结构比对、序列分析及自由能计算的热稳定性改造策略的可行性,并获得了热稳定性增强的ZHD变体,为ZHD在工业上的应用打下基础。     

胶原蛋白异源三聚体的理性设计

胶原蛋白是高等动物中最丰富的蛋白质,约占总蛋白质量的1/3.同时,胶原又是重要的生物医用材料,被广泛应用在伤口缝线、软骨缺损填充、骨骼金属植入物镀膜等.目前,在已知的人类28种胶原蛋白中,其中有1/4的胶原构型(7/28)是以异源三聚体的形式存在.由于缺乏对胶原蛋白链间特异性识别与折叠机制的了解,如何通过理性设计来制备清洁来源、纳米尺度可调控的胶原蛋白材料一直是蛋白质工程与生物材料工程交叉领域中的热点和难点问题.迄今为止,在胶原三螺旋中鉴定的最重要的成对相互作用是轴向电荷对,其可以在适当放置的赖氨酸与天冬氨酸或谷氨酸残基之间形成.这些成对氨基酸相互作用将允许制备具有高特异性的异源三聚体螺旋,以及对螺旋结构和稳定性的总体改进控制.此外,对这些相互作用的详细研究将帮助我们修改天然胶原蛋白序列,制造清洁来源、高度可控和成分响应的胶原蛋白生物材料.本综述将总结我们对这种相互作用和其他电荷对相互作用的理解,以及它们如何成功地用于控制胶原三螺旋自组装并探索新的蛋白质设计策略.     

硫化氢对炎症和急危重症作用机制的研究进展

一直以来硫化氢（Hydrogensulfide,H2S）被认为是具有臭鸡蛋气味的有毒气体。关于H2S的研究主要集中在毒性方面,人接触H2S可导致如眼炎、化学性肺炎、肺水肿、上消化道不适,中枢神经系统等症状,甚至猝倒呈闪电样死亡[1]。20世纪90年代末,人们发现内源性H2S的存在。研究证实,H2S作为一种新型内源性气体信号分子,参与心血管、神经、呼吸、消化、内分泌及免疫系统等多个系统的病理生理过程。     

基于柔性区域的计算设计改造玉米赤霉烯酮水解酶热稳定性

来源于粉红螺旋聚孢霉Clonostachys rosea的玉米赤霉烯酮水解酶 (ZHD101) 可以有效降解谷物农副产品和饲料中的霉菌毒素玉米赤霉烯酮 (Zearalenone,ZEN),但是,该酶的热稳定性较低,限制了其在工业中的应用。由于水解ZEN的反应没有吸光值的变化,不适合高通量筛选。本文以ZHD101为模式酶,进行计算虚拟突变并结合实验验证。通过比对不同温度下的分子动力学模拟轨迹,选取32个柔性位点;再通过位置特异性评分和酶构象自由能计算,从32个柔性位点上的608个虚拟饱和突变体中筛选出12个突变体。经实验验证,其中3个突变体N156F、S194T和T259F的热熔融温度有一定程度的提升 (ΔTm>4 ℃),且酶活性与野生型类似甚至更高 (相对酶活性为95.8%、131.6%和169.0%)。分子动力学模拟分析显示,导致3个突变体热稳定性提高的可能作用机理分别为NH-π作用力、盐桥重排和分子表面空穴填充。将3个突变体进行迭代组合突变,N156F/S194T表现出最高的热稳定性 (ΔTm=6.7 ℃)。这项工作表明基于柔性区域的虚拟饱和突变在酶稳定性改造上的可行性,探索计算虚拟改造结合实验验证的酶改造策略。