一种新型微生物卤醇脱卤酶的研究进展

卤醇脱卤酶是细菌降解环境中重要污染物有机卤化物的关键酶之一,具有与其他已知脱卤酶不同的脱卤机制。它是一类通过分子内亲核取代机制催化邻卤醇转化为环氧化物的脱卤酶,可以高效催化有机邻卤醇进行脱卤反应,在治理环境污染方面具有十分重要作用。此外,在催化环氧化物和邻卤醇之间的转化反应中,卤醇脱卤酶具有很高的立体选择性,因而在手性药物合成方面也有广阔的应用前景。我们着重从卤化物生物降解途径、脱卤机制及应用等方面介绍了卤醇脱卤酶的最新研究进展,同时对卤醇脱卤酶改造的新方法进行了阐述与展望。     

微生物卤代烷烃脱卤酶研究进展

卤代烷烃脱卤酶是降解卤代脂肪族化合物的关键酶类,在各种地理环境中的不同微生物中广泛存在,在生物降解和工业生产等方面具有重要的应用价值。目前已经生化鉴定了20个卤代烷烃脱卤酶。近些年来对这些酶的酶学特征、蛋白质结构和系统进化进行了详细的研究。同时,为满足应用实践的需求还对卤代烷烃脱卤酶进行了蛋白质工程改造研究。本文将对卤代烷烃脱卤酶研究的一些新的进展进行综述。     

2-卤代酸脱卤酶研究进展

2-卤代酸脱卤酶(EC 3.8.1.X)催化2-卤代酸脱卤水解形成相应的2-羟基酸。该类酶不仅能够降解环境中的卤代污染物,而且具有宽广底物谱和高效手性拆分特性,因而在环保和手性中间体的绿色合成中具有广阔应用前景。目前已经对多种2-卤代酸脱卤酶进行生化特性表征,并对酶分子三维结构及催化机制进行了深入研究。文中从2-卤代酸脱卤酶的来源、蛋白质结构与催化反应机制、催化特性及应用方面等研究取得的新进展进行综述,并展望了2-卤代酸脱卤酶的进一步研究方向。     

富集培养及高质量DNA提取有利于从土壤宏基因组中获取新卤醇脱卤酶基因

目的:宏基因组技术作为一种不依赖于微生物纯培养的新方法,在挖掘新基因方面具有极大的潜力。本研究旨在建立一种从土壤中高效获取卤醇脱卤酶新基因的策略。方法:通过对现有DNA提取方法进行改进,同时结合富集培养途径以提高土壤宏基因组DNA质量和特异性;在此基础上,应用T-Coffee及CDEHOP程序设计特异引物并对目的基因进行扩增,同时采用正交法设计优化扩增条件,以提高获得卤醇脱卤酶基因的效率。结果:应用改进法提取的DNA质量较改进前有大幅度提高,其D260nm/D280nm及D260nm/D230nm值均大于1.8,且可以不经纯化直接用于PCR和相关酶切实验;PCR扩增目标基因的特异性增强,其中用经富集培养后所得DNA为模板扩增目标基因的特异性最强,TA克隆测序阳性结果比例最高。结论:富集培养和高质量DNA的获得有助于基于宏基因组途径获取新基因。     

脱卤酶化学修饰的研究

脱卤酶是催化α-卤酸转化为α-羟基酸的酶。本文用各种化学修饰剂对脱卤酶YL、109和H-2进行化学修饰。实验结果表明作用于丝氨酸、赖氨酸、色氨酸残基的试剂对酶活无明显影响,而作用于组氨酸、精氨酸和带羧基氨基酸残基的试剂使酶活降低。底物对化学修饰剂有保护作用。组氨酸、精氨酸和带羧基氨基酸(答氨酸或天冬氨酸)残基为脱卤酶活力所必需。     

卡瑞苯西思伯克霍尔德氏菌卤乙酸脱卤酶的分离纯化及性质

从云南西北部土样中分离到一株卡瑞苯西思伯克霍尔德氏菌(Burkholderia caribensis),它在氯乙酸培养基中能产生较高活性的卤乙酸脱卤酶。经硫酸铵盐析、DEAE SephadexA50柱层析、羟基磷灰石柱层析、Sephadex G200 凝胶过滤后,获得电泳纯酶。用SDSPAGE测定酶分子量为46kD。水解氯乙酸的Km值为3.7×10-3mol/L。酶反应的最适温度为40℃,最适pH值为9.5。金属离子及CN-、EDTA对该酶有不同程度的影响,Hg2+和CN-则对该酶有强烈的抑制作用。     

一种来源于红螺菌科细菌新型卤醇脱卤酶的克隆表达及其酶学性质鉴定

作为一类多功能生物催化剂,卤醇脱卤酶在手性β-取代醇和环氧化合物合成应用方面备受关注.目前催化功能较为清楚的卤醇脱卤酶不足40种,且绝大部分催化性能并不能满足科学研究和实际应用的要求,因此挖掘并鉴定更多的卤醇脱卤酶具有重要意义.本文克隆表达了来源于红螺菌科细菌Rhodospirillaceae bacterium中一个...     

柴油食烷菌B-5及其卤代烷烃脱卤酶DadA对卤代化合物的降解

【目的】柴油食烷菌(Alcanivorax dieselolei)B-5是重要的石油降解菌。为研究其对卤代化合物的降解范围和降解机制,【方法】以不同的卤代化合物作为唯一碳源,观察菌株B-5在其中的生长情况;通过多重序列比对、系统发育分析和三维结构同源建模,分析该菌株基因组内一个假定的卤代烷烃脱卤酶(Haloalkane dehalogenase,HLD)DadA;利用大肠杆菌异源表达、纯化DadA,并测定了其对46个卤代底物的酶活。【结果】菌株B-5能够利用C3-C18链长范围的多种卤代化合物为唯一碳源生长;在系统进化树中,DadA相对独立于其他HLD-II亚家族成员,但具有典型的HLD-II亚家族的催化五联体残基;DadA确实具有脱卤活性,但该酶特异性高,底物范围明显小于其他已鉴定的HLDs,仅对1,2,3-三溴丙烷、1,2-二溴-3-氯丙烷和2,3-二氯-1-丙烯有脱卤酶活。【结论】因为DadA对很多B-5菌株可以利用做碳源的卤代底物没有脱卤酶活,所以推测B-5菌中可能还有其他脱卤酶参与了卤代烷烃的降解。菌株B-5及其卤代烷烃脱卤酶DadA在卤代烷烃污染物的生物降解方面具有应用潜力。     

一种来源于运动替斯崔纳菌KA081020-065的新型卤醇脱卤酶的表达纯化及性质分析

卤醇脱卤酶(Halohydrin dehalogenase)不仅对于含氯污染物的生物降解、净化环境具有重要意义,而且在手性医药中间体合成中也是一种重要的生物催化剂,但其数量较少。采用基因挖掘在基因组数据库中获得一种来自运动替斯崔纳菌Tistrella mobilis KA081020-065的新型卤醇脱卤酶基因Hhe TM,将该基因克隆、表达在大肠杆菌BL21(DE3)中,利用镍柱亲和层析将该酶进行纯化并研究了其酶学性质。Hhe TM是一种同源四聚体;最适温度为50℃;不同的p H缓冲液对其活性有较大影响;在碱性、30℃以下的条件下稳定性高。在氰根离子存在的条件下,Hhe TM能够催化(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯合成(R)-4-氰基-3-羟基丁酸乙酯,为酶法合成阿托伐他汀关键中间体提供了一种新的卤醇脱卤酶。     

新型生物催化剂——卤醇脱卤酶

卤醇脱卤酶( halohydrin dehalogenase),也叫卤醇-卤化氢裂解酶,通过分子内亲核取代机制催化芳香族或者脂肪族邻卤醇转化为环氧化物和卤化氢,是微生物降解有机卤化合物的关键酶之一.有机卤化合物已成为当今重要环境污染物之一,主要是由于工业排废以及人工合成卤化物的广泛应用造成的.在自然界中,大部分异生质卤化物自降解能力很差,同时许多化合物被疑是致癌或高诱变物质.因此,应用微生物和脱卤酶降解有机卤化物己引起人们广泛的关注,在环境污染治理,特别是手性环氧化物合成方面等都具有十分重要的作用.     

卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥中反式失活系统的建立

以细菌Xanthobacter autotrophicus卤代烷烃脱卤酶基因为遗传负选择标记,建立了该基因在拟南芥中反式失活的实验系统,在卤代[烷烃脱卤酶转基因的拟南芥中,有1株表现为转基因失活,离体核run-off转录实验表明为基因转录后沉默（这里特指沉默位点）,用这一转基因沉墨植株与同源转基因高效表达植株（这里特指同源转基因位点）杂交,结果96％的F1代植表现为同源基因反式失活,将F1代植株自交,使部分沉默位点与反式失活的同源转基因位点分离,结果200株子代中有42株表现DhlA活性,158株无DhlA活性,即 dhlA沉默植株与表达植株之比为3．76：1,表明沉默位点是以孟德尔显性因子方式使同源转基因位点反式失活的。     

一株脱卤单胞菌属有机卤呼吸细菌的分离纯化与基础特征

[目的]分离鉴定新型有机卤呼吸细菌,拓展有机氯污染物降解菌种资源.[方法]在限制性培养基中,基于特定脱卤微生物的能量代谢特点以及对抗生素的抗性特征,应用绝迹稀释法从脱氯富集培养物中分离纯化新型有机卤呼吸细菌.通过添加酵母提取物和聚合酶链反应-限制性片段长度多态性等方法鉴定菌株纯度.通过考察细胞形态、16SrRNA系统发...     

细菌卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥菜中的高效表达

报道了细菌Xanthobacter autotrophicus编码卤代烷烃脱卤酶基因在拟南芥菜中的高效表达。以土壤农杆菌介导将该基因整合到拟南芥菜基因组中,经数代筛选得到了转基因纯合种子,Northern印迹和气相色谱检测表明,转基因的表达程度很高,酶量占细胞总可溶性蛋白的8%,酶活力达7.8mU·ml^-1提取物。转基因植株在含二氯乙烷的培养基上不能生长。     

卤代酶与生物卤化反应进展

卤化物在生物圈内广泛存在,许多天然卤化物广泛应用在药理学领域。根据催化机理,催化形成C-X键的卤代酶（halogenases）主要分为两大类型：卤代过氧化物酶（haloperoxidases）和黄素依赖型卤代酶（flavin—dependent halogenases）,另外还有非血红素Fe（Ⅱ）／α-酮戊二酸盐依赖型卤代酶（non—heme Fe^3／α-ketoglutarate（aKG）-dependentha logenases）、甲基卤代转移酶（methyl halide transferases）和氟化酶（fluorinases）等。本文综述了目前已知的卤代酶的发现、分子作用机制和生物催化潜力。近年来,卤代酶在生物卤化过程中的重要生物学功能已经引起了广泛关注。利用组合生物合成、定向进化等现代生物技术合成有价值的天然卤代衍生物将有广阔的应用前景。     

基于宏基因组学的脂肪酶筛选

脂肪酶是解酯酶的一种,在工业生产上具有极为广泛的应用。宏基因组学是一门新兴的学科,避开了传统的微生物纯化培养的难题,极大地扩展了环境微生物资源的利用范围。本文介绍了脂肪酶结构与功能特性,概述了基于宏基因组学筛选脂肪酶的两种不同方法,并评价了各自的优点与缺陷,最后指出了这一筛选策略今后的发展前景。     

海洋宏基因组学研究进展

宏基因组学作为研究微生物种群生态分布、群体遗传特征和基因相互作用的新兴学科,在未培养微生物资源的开发利用上取得了突破性进展,已成为海洋等极端环境中分离与鉴定新型工业酶制剂的有效工具。综述海洋宏基因组学研究进展,以及宏基因组学领域中如新一代测序技术等,以期为从海洋环境中开发具有工业潜力和应用价值的新型生物催化剂提供参考。     

病毒宏基因组学研究进展

病毒宏基因组学是一种新的病毒组学研究手段,随着高通量测序技术的飞速发展,人们能够从环境中快速发现、鉴定病毒基因组的组成并研究其特征。在过去的十年里,研究者们运用病毒宏基因组学发现了许多新型病毒,增强了人们对不同环境中病毒组成、分布和多样性的了解。因此,病毒宏基因组学已成为清晰描绘各种特殊环境中病毒图谱、了解自然界中病毒分布动态的有效工具。本文主要从病毒宏基因组的概念、样品前处理和病毒总基因组提取方法、测序技术以及病毒宏基因组的应用和发展前景方面进行概述。     

X射线衍射晶体法解析脱卤酶DehDIV-R结构的研究

R-2-卤代酸脱卤酶能立体选择性水解R-2-卤代酸。解析酶的单晶结构对提高酶的选择性和活性提供了直接的结构指导,是目前酶结构领域研究的前沿。以实验室前期得到的来自假单胞菌ZJU26的R-2-氯丙酸脱卤酶(Deh DIV-R)为研究对象,采用X射线衍射晶体法进行结构解析。采用pp SUMO载体融合表达Deh DIV-R蛋白,依次通过Ni-NTA亲和层析、透析酶切、二次NiNTA亲和层析以及凝胶过滤层析纯化得到单一条带,且均一性好的蛋白。接着对结晶条件进行初筛与优化,得到的最佳结晶条件为0.1mol/L HEPES p H 7,12%PEG 6 000,0.2mol/L Mg Cl2,8mmol/L CHAPS。晶体在上海同步辐射光源BL18U1线站上收集衍射数据,采用分子置换法成功解析获得了分辨率为2.35的Deh DIV-R的晶体结构。Ramachandran图表明98.02%的氨基酸位于最适区,证明了该结构的合理性。Deh DIV-R的纯化、结晶以及结构解析为进一步深入了解其结构和功能奠定了基础。     

宏基因组学及其在口腔微生物研究中的应用

宏基因组是指环境中所有微生物的遗传物质总和。宏基因组学技术可以最大限度地利用环境中的微生物资源,受到了国内外微生物研究者的重点关注。口腔中寄居着大量的微生物群落,以往对口腔疾病微生物的研究大多局限于单纯的细菌培养技术,然而,由于培养技术的局限性,部分微生物很难或根本不能培养,宏基因组学技术打破了这一局限性,帮助人类发掘更丰富的口腔微生物资源。最近,以宏基因组学测序为基础的研究描绘出了口腔生态系统的图谱,越来越多的实验证明口腔微生物组在各种口腔疾病甚至全身系统性疾病中的重要作用。同时,这也为基于人类微生物组的诊断和治疗开辟了新的途径。本综述旨在说明宏基因组学是研究人类口腔疾病及全身疾病相关微生物的得力工具,而且具有广阔的发展前景,同时也讨论了宏基因组学在应用中有待克服的局限性。     

R-2-卤代酸脱卤酶的同源模建及底物对映体选择性研究

对来自假单胞菌ZJU26中的R-2-卤代酸脱卤酶(DehI-R)进行同源模建,分析其与底物的相互作用,为解析酶的底物对映体选择性提供理论依据.采用Sybyl中的APM模块首次构建并优化了R-2-卤代酸脱卤酶的三维结构,并用Procheck 验证结构模型的合理性.使用Suflex-Docking模块将结构模型与底物分别进行对接,分析相互之间的作用.序列比对结果显示,R-2-卤代酸脱卤酶与恶臭假单胞菌PP3中DehI的相似性达23.71％.Deh-R模建后的结构与模板很好的吻合.模型比对分析DehI-R中参与催化的残基,除Asn2.03外大部分都比较保守.分子对接结果表明,R-2-氯丙酸和S-2-氯丙酸都可以结合到活性位点上,决定其选择性的是值点Asn203,在RS-2-卤代酸脱卤酶所对应位点的残基为Ala,相比之下,Aan具备较大的空间位阻,从而阻止了S-2-氯丙酸的反应.利用Sybyl中的Biopolymer模块对R-2-卤代酸脱卤酶中的Asn203突变成具有不同空间位阻的Ala、Gly和Gln.突变酶与底物对接结果进一步证实了Asn203位点对R-2-卤代酸脱卤酶的底物对映体选择性作用.