共表达极端菌伴侣蛋白prefoldin提高P450 BM3突变体催化效率

P450 BM3来源于巨大芽孢杆菌,其突变体(A74G、F87V、L188Q、D168H)能够在大肠杆菌细胞内催化吲哚合成靛蓝．然而在常规的培养条件下(37℃,250 r/min),大肠杆菌细胞内靛蓝的生物转化量极低．本文将极端嗜热古菌Pyrococcus furiosus的分子伴侣蛋白与P450 BM3突变体在大肠杆菌进行共表达,以研究分子伴侣蛋白是否能够提高靛蓝的生物转化量．实验结果表明,极端嗜热古菌的分子伴侣蛋白prefoldin能够显著提高靛蓝的产量．同时,实验结果发现prefoldin能够明显提高大肠杆菌细胞内的NADPH/NADP+比率．鉴于NADPH是参与靛蓝生物转化过程的重要因素,靛蓝生物转化量的显著增加可能与该比率的提高有关．     

超嗜热古菌Sulfolobus tokodaii RadA蛋白的克隆表达及 其辐射可诱导性

RecA/Rad51/RadA家族蛋白是细胞内重要的重组修复蛋白,在功能上非常保守.研究发现在细菌、真核生物、甲烷古菌和嗜盐古菌细胞内RecA/Rad51/RadA均可以受紫外线辐射诱导转录.而对极端嗜热古菌中的RadA辐射可诱导性仍存在争议.通过体外表达极端嗜热古菌Sulfolobus tokodaii的RadA蛋白,制备抗体,利用免疫学方法并结合RT-PCR分析,对嗜热古菌S.tokodaii中RadA的辐射诱导进行了研究.经过100J/m2和200J/m2 UV辐照处理,radA基因的转录分别上调了2倍和3倍,同时RadA蛋白的表达分别上升了1.5倍和1倍.实验结果表明S.tokodaii中RadA可以被紫外线辐射诱导表达,证实了极端嗜热古菌S.tokodaii细胞中存在DNA损伤诱导反应的观点.     

极端嗜热古菌的热休克蛋白

随着生物工程产业对于耐高温酶和菌体的需求, 极端嗜热古菌热休克蛋白(heat shock proteins, HSPs)的研究更受重视, 其热休克蛋白体系非常简洁, 不含HSP100s和HSP90s, 就是HSP70(DnaK)、HSP40、(DnaJ)和GrpE等嗜温古菌可能含有的在极端嗜热古菌中几乎不含有, 即仅包括HSP60, sHSP, prefoldin和AAA+蛋白四大类, 因此对其结构、功能和作用机制的研究在理论和实践上都特别有意义。系统地介绍了这四大类组分的结构、功能和作用机制和协同作用的研究进展, 论述了极端嗜热古菌热休克蛋白的系列研究难点和困惑, 展望了进一步的研究方向和重点。     

极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶的研究进展

极端嗜热古菌由于生活在高温环境,其基因组DNA面临着严重的挑战,因此,它们如何维持其基因组稳定是本研究领域最为关注的科学问题之一。极端嗜热古菌具有与常温微生物相似的自发突变频率,暗示着它们比常温微生物具有更加有效的DNA修复体系进行修复高温所造成的基因组DNA损伤。目前,极端嗜热古菌DNA修复的分子机制尚不清楚。核酸内切酶在DNA修复途径中发挥着重要的作用。基因组序列显示极端嗜热古菌编码多种DNA修复核酸内切酶,但是其研究尚处于初期阶段。本文综述了极端嗜热古菌DNA修复核酸内切酶Nuc S、Endo V、Endo Q、XPF和Hjc的研究进展,并对今后的研究提出了展望。     

极端嗜盐古菌蛋白类抗生素——嗜盐菌素

古菌(Archaea)是一类与细菌及真核生物显著不同的生命的第三种形式[1],大多生活在极端或特殊环境,主要包括产甲烷古菌(Methanogenic Achaea)、极端嗜盐古菌(Extremely Halophilic Archaea)和极端嗜热古菌(Extremely Thermophilic Archaea)等三大类.极端古菌是极端环境微生物的重要成员,也是极端环境微生物资源开发的重要领域.其中,嗜盐古菌可产生一类蛋白类抗生素,称为嗜盐菌素(halocin).     

利用SpyTag/SpyCatcher构建胞内自组装多酶复合体实现高效生物合成

SpyTagr和SpyCatche可通过自发反应形成共价键,产生稳定的分子自组装体。酶分子自组装体因具有高效有序的催化特性在合成生物学和纳米技术领域具有重要的应用价值。为探索SpyTag/SpyCatcher在大肠杆菌胞内多酶复合体系形成有序自组装分子能力,将SpyTagr和SpyCatche分别与P450BM3m单加氧酶和葡萄糖脱氢酶GDH进行融合表达,以期产生具有辅酶再生循环系统、高效生物合成靛蓝分子的SpyTag/SpyCatcher双酶自组装复合体。首先,通过电泳及质谱对重组工程菌表达蛋白进行分析,证实SpyCatcher-P450BM3m与SpyTag-GDH在胞内成功形成了自组装多酶复合体;然后,系统分析不同培养条件下组装体合成靛蓝的能力。结果发现,经0.5mmol/L IPTG诱导后,菌体在16℃继续培养18h后,工程菌对吲哚(2mmol/L)与葡萄糖(4mmol/L)的全细胞催化能力最强,靛蓝产量最高达258mg/L,是未组装多酶系统的1.9倍,比P450BM3m单酶表达系统高约2.4倍;反应70min后达到反应平衡,转化率为52%。成功实现了SpyTag/SpyCatcher介导的多酶体系在大肠杆菌细胞中的自组装和高效转化体系,为胞内多酶复合物组装体的设计提供了新思路。     

极端嗜盐古菌蛋白类抗生素——嗜盐菌素

古菌 (Ａｒｃｈａｅａ)是一类与细菌及真核生物显著不同的生命的第三种形式[1] ,大多生活在极端或特殊环境 ,主要包括产甲烷古菌 (ＭｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃＡｃｈａｅａ)、极端嗜盐古菌 (ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＨａｌｏｐｈｉｌｉｃＡｒｃｈａｅａ)和极端嗜热古菌 (ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＴｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃＡｒｃｈａｅａ)等三大类。极端古菌是极端环境微生物的重要成员 ,也是极端环境微生物资源开发的重要领域。其中 ,嗜盐古菌可产生一类蛋白类抗生素 ,称为嗜盐菌素 (ｈａｌｏｃｉｎ)。与细菌素相似[2 ] ,嗜盐菌素是由质粒编码、核糖体合…     

极端嗜热古菌尿嘧啶DNA糖苷酶的研究进展

高温会加快碱基脱氨基反应形成损伤碱基的速率,进一步对脱氨基的碱基进行复制会导致突变。因此,极端嗜热古菌基因组的稳定性面临着其生存高温环境的挑战。胞嘧啶脱氨基形成尿嘧啶,是常见的脱碱基类型,复制DNA中尿嘧啶会造成GC→AT的突变。尿嘧啶DNA糖苷酶(Uracil DNA glycosylase,UDG)是修复DNA中尿嘧啶的关键酶。基于识别底物的特异性,UDG分为6个家族,广泛分布在细菌、古菌、真核生物以及一些病毒中。基因组序列显示,极端嗜热古菌至少编码一种UDG。目前,对于细菌和真核生物的UDG已进行了大量的研究,但是关于极端嗜热古菌UDG的研究相对较少,尚处于初期阶段。本文综述了极端嗜热古菌UDG的研究进展,并对今后的研究提出了展望。     

测定极端嗜盐古菌保持完整细胞形态最低NaCl浓度研究方法探析

细菌要维持其完整的细胞形态需要一定的渗透压,根据极端环境微生物耐盐程度的差异大致分为非嗜盐、弱嗜盐、中等嗜盐、极端嗜盐和耐盐菌5大类.本研究组通过测定不同浓度NaCl条件处理下,600 nm处的光谱吸收的改变值结合显微照相的方法,对极端嗜盐古菌维持完整细胞形态所必须的最低NaCl浓度进行研究.发现极端嗜盐古菌CY1保持完整的细胞形态的最低NaCl浓度为8%～10%.并建立了较为系统、可靠的测定极端嗜盐古菌保持完整细胞形态最低NaCl浓度的研究方法.     

硫矿硫化叶菌P2分子伴侣基因的克隆表达及其性质

[目的]研究重组表达的硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基体外同源聚合体的结构和生化功能.[方法]利用PCR技术从硫矿硫化叶菌P2的基因组DNA中克隆得到分子伴侣β亚基的基因,将该基因克隆到表达载体pET-21a( )上并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了表达.对纯化后的β亚基单体进行体外聚合,利用透射电镜观察β分子伴侣的结构,并对其促蛋白折叠性质进行了研究.[结果]硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基基因在大肠杆菌BL21中实现了高效表达,纯化后的分子伴侣β亚基单体在ATP和Mg2 存在的条件下可自组装形成分子伴侣聚合体.透射电镜观察表明:该β分子伴侣具有Ⅱ型分子伴侣典型的双层面包圈结构,每个环由8个亚基构成.该β分子伴侣具有ATPase活性,最适反应温度为80℃;它不仅能够促进变性的绿色荧光蛋白(GFP)重新折叠,而且还能有效的提高木聚糖酶的热稳定性.[结论]本文根据P2基因组序列分析预测的分子伴侣基因设计引物,克隆表达了硫矿硫化叶菌P2分子伴侣的β亚基,纯化后对其进行体外聚合,透射电镜观察表明该聚合体具有Ⅱ型分子伴侣的经典结构,功能分析表明该β分子伴侣能够在体外促进异源蛋白质的折叠、提高其它酶分子的热稳定性.这为进一步深入研究嗜热古菌耐热抗逆的分子机制,奠定了良好的基础.     

生物酶法催化瓦伦西亚烯生成圆柚酮

在体外,利用野生型CYP450BM-3对瓦伦西亚烯进行催化,酶-底物复合物催化NADPH氧化的速率为31±1.0 nmol(nmol P450)-1min-1,但催化产物中没有检测到圆柚酮的生成。突变体R47L/Y51F/F87A与底物复合物催化NADPH氧化的速率高于野生型,为79±6.5 nmol(nmol P450)-1min-1,并在催化产物中检测到圆柚酮的生成,但其产物选择性较差,圆柚酮的含量仅占总产物的6.8%。与此同时,检测了另一个突变体A74G/F87V/L188Q对瓦伦西亚烯的催化效果,发现其与底物复合物对NADPH的氧化速率与突变体R47L/Y51F/F87A相当,但产物中圆柚酮的比率更高,达8.0%。     

极端嗜盐古菌质粒pSCM201衍生穿梭表达载体的构建及应用

摘要：【目的】利用有自主知识产权的嗜盐古菌θ型复制质粒和启动子,构建在极端嗜盐古菌模式菌株西班牙盐盒菌（Haloarcula hispanica）中方便使用、功能完善的基因表达载体。【方法】以pSCM201的最小复制子为基础,通过引入莫维诺林抗性基因,大肠杆菌质粒复制子以及氨苄抗性基因,构建了一个新的嗜盐古菌-大肠杆菌穿梭载体。利用定点突变和末端补平法依次将其中多余的酶切位点去除后,再添加hsp5启动子核心序列、人工合成的多克隆位点以及蛋白纯化标签His?Tag等重要元件成功构建了嗜盐古菌表达载体pSCM307。将报告基因bgaH插入到该载体的多克隆位点中并转化H. hispanica AS2049,通过X-gal平板筛选和β-半乳糖苷酶酶活实验检测pSCM307的表达能力。【结果】pSCM307具有独立的自主复制能力,其多克隆位点方便实用,报告基因bgaH在hsp5启动子控制下实现了高效表达。【结论】成功构建了嗜盐古菌领域中第一个方便使用的基因表达载体。     

极端嗜热古菌核酸内切酶Ⅲ的研究进展

胸腺嘧啶乙二醇(thymine glycol,Tg)是常见的氧化性DNA损伤碱基之一。DNA中的Tg能够分别阻止DNA聚合酶和RNA聚合酶进行DNA复制和转录,导致相应的生物学过程终止,进而会引起细胞的死亡,因此DNA中的Tg需要被修复。核酸内切酶Ⅲ(endonuclease Ⅲ,EndoⅢ)是一种双功能DNA糖苷酶,能够切除DNA中的Tg,从而启动碱基切除修复途径进行修复DNA中的Tg。细菌、古菌和真核生物的基因组序列中均存在有EndoⅢ蛋白的编码基因。目前,源自于细菌和真核生物的EndoⅢ已有较多的研究,而古菌EndoⅢ的研究相对较少。基于目前已有的极端嗜热古菌EndoⅢ的研究报道,本文综述了极端嗜热古菌EndoⅢ的研究进展,并展望了今后的研究方向。     

异源表达古菌TRAM基因增强水稻的耐旱性

干旱会直接影响水稻的生长发育,导致其产量和品质下降。在水稻中异源表达细菌RNA分子伴侣Csp能够显著提高水稻的耐旱能力,并且不影响水稻的正常生长。古菌中也发现具有类似细菌分子伴侣Csp功能的TRAM (TRM2 and MiaB)蛋白,且古菌的DNA复制、转录和翻译等过程与真核生物有着更为相似的调控方式,然而,古菌中RNA分子伴侣蛋白能否调控植物耐旱能力还未见报道。我们选取了嗜冷甲烷古菌Methanolobus psychrophilus R15中两个TRAM蛋白在水稻中进行研究,发现在水稻中过量表达Mpsy_3066和Mpsy_0643两个TRAM蛋白均能显著提高水稻苗期和成株期时对干旱胁迫的耐受能力。同时,我们在水稻原生质体中验证了TRAM蛋白可以发挥其分子伴侣的功能消除RNA的错误折叠对翻译的影响,这可能是TRAM转基因植物发挥其耐旱能力的作用机制。该工作初步展示了异源表达古菌TRAMs可以作为提高水稻耐旱能力的一种有效手段。     

芝田硫化叶菌ssh7a和ssh7b基因在大肠杆菌中的表达及重组蛋白的性质

极端嗜热古菌——芝田硫化叶菌DNA结合蛋白Ssh7a和Ssh7b的编码基因(ssh7a和ssh7b)在大肠杆菌中得到表达,表达量均达到细胞蛋白总量的10%～15%。重组蛋白通过一个包括热处理步骤的简单纯化程序得到纯化。重组Ssh7a和Ssh7b与松弛及负超螺旋DNA的结合与天然Ssh7蛋白无异,与天然Ssh7相似,Ssh7a在与DNA结合时能够固定负超螺旋,每固定一个负超螺旋约需22个Ssh7a分子。这些结果表明天然Ssh7蛋白中的两个同源多肽与DNA结合时无明显差异。另外,Ssh7的甲基化与否似乎不影响该蛋白对DNA的亲和力及固定DNA超螺旋的能力。     

极端嗜热菌海栖热袍菌α-葡萄糖醛酸酶的高效表达和重组酶的纯化

α-葡萄糖醛酸酶作为木聚糖降解的限速酶之一,在木聚糖类半纤维素的生物转化中起着重要的作用。海栖热袍菌Thermotoga maritima是一个嗜极端高温的厌氧细菌,其产生的极耐热性酶类具有非常可观的工业应用前景。但热袍菌属Thermotoga的基因在大肠杆菌中的表达一般较困难。研究了T. maritima中的极耐热性α葡萄糖醛酸酶基因在大肠杆菌不同菌株中的表达水平及纯化技术。结果表明,稀有密码子AGA、AGG和AUA限制了该基因在大肠杆菌中的表达,在大肠杆菌BL21-CodonPlus(DE3)RIL可得到高效表达,重组蛋白表达量达20%,比酶活比野生菌株提高5倍;重组蛋白经热处理和金属Ni²⁺的亲和层析提纯后,达到了电泳纯,提纯倍数为5.1倍,收率为55.1%。对重组菌诱导表达条件的研究表明,营养丰富的TB培养基有助于重组菌的生长, 重组菌生长至OD₆₀₀为0.7～0.8时添加IPTG诱导5h后重组蛋白的表达量最高。     

芝田硫化叶菌ssh7a和ssh7b基因在大肠杆菌中的表达及重组蛋白的性质

极端嗜热古菌－－芝田硫化叶菌ＤＮＡ结合蛋白Ｓｓｈ７ａ和Ｓｓｈ７ｂ的编码基因（ｓｓ７α和ｓｓｈ７ь）在大肠杆菌中得到表达。量均达到细胞蛋白总量的１０％￣１５％。重组蛋白通过一个包括热处理步骤的简单纯化程序得到纯化。重组Ｓｓｈ７ａ和Ｓｓｈ７ｂ与松弛及负超螺旋ＤＮＡ的结合与天然Ｓｓｈ７蛋白无异,与天然Ｓｓｈ７相似,Ｓｓｈ７ａ在与ＤＮＡ结合时能免固定负超螺旋,每固定一个负超螺旋约需２２个Ｓｓｈ７ａ分子。这     

超嗜热古菌基因组的热稳定性

超嗜热古菌能够生活在80℃以上的高温环境中,它们的耐热性已经成为当前研究的热点之一。以往对超嗜热菌的认识多集中于蛋白质的耐热性,而很少有关于基因组热稳定性的综述文章。综述了当前对超嗜热古菌的基因组稳定性以及DNA损伤识别机制的研究进展,以期更好地了解超嗜热古菌的耐热机制。     

超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶研究进展

蛋白酶和肽酶在超嗜热古菌的营养代谢、蛋白质转换与加工以及蛋白质质量控制等重要生物学过程中发挥关键作用。超嗜热古菌蛋白酶和肽酶具有优良的热稳定性和高温活性,是研究蛋白质耐热分子机制和酶行使功能上限温度等科学问题的理想材料,同时也具有重要的工业应用价值。本文对超嗜热古菌的ATP非依赖型蛋白酶和肽酶的种类、功能、催化特性、热稳定机制以及应用前景进行综述与分析。     

嗜热真菌纤维素酶的CBD与海栖热袍菌的纤维素酶融合表达

将嗜热真菌毛壳菌纤维素酶Cel7A的纤维素结合结构域编码区与极端嗜热厌氧菌海栖热袍菌的纤维素酶CelB基因进行融合, 构建重组质粒pHsh-CBD-CelB, 并在大肠杆菌中表达。对融合蛋白进行纯化, 通过热处理和离子交换层析, 纯化到的融合蛋白SDS-PAGE 电泳图谱显示为单一条带。对融合蛋白的特性研究, 结果表明融合蛋白降解CMC的最适反应温度为90°C, 结晶纤维素吸附实验表明该融合蛋白具有结合结晶纤维素的能力, 并且融合蛋白降解CMC与结晶纤维素的能力得到提高。