古菌Pyrococcus furiosus嗜热α-淀粉酶基因在酿酒酵母中的表达

用PCR方法从嗜热古菌Pyrocccus furiosus的基因组DNA中扩增出胞外α-淀粉酶成熟肽结构基因,插入pUC19中构建成质粒pUC19-amy,将pUC19-amy外源片段接入酿酒酵母表达载体pXY212多克隆位点,构建成载体pYX212-amy,电转化酿酒酵母W303-1A,转化子成功表达出有活性的高嗜热α-淀粉酶,重组酶具有P.furiosus产生的胞外α-淀粉酶相似的酶学性质,最适pH为5.0,最适温度约为90℃,在121℃下热处理30min酶活仍能保持50%以上。     

海栖热袍菌胞外α-淀粉酶在E.coli中的高效表达

为解决密码子偏好性差异造成的表达水平低下问题,采取了3种手段提高海栖热袍菌胞外α-淀粉酶在E.coli中的表达水平。用PCR方法从海栖热袍菌(Therm otoga maritima)基因组DNA中扩增出胞外α-淀粉酶A的完整基因amyA,插入表达载体pET-20(b)中构建成质粒pET-amyA;运用基因工程手段将amyA基因富含稀有密码子的信号肽进行切除,将不含信号肽的amyAⅠ基因插入pET-20(b)中构建成质粒pET-amyA     

长枝木霉eg1基因的克隆及表达

从长枝木霉3.1029基因组中克隆了内切葡聚糖酶EGI基因,该基因全长1 566 bp,由3个外显子2个内含子组成,编码461个氨基酸,编码蛋白的N端为22aa组成的信号肽。采用重叠PCR法获得无内含子的内切葡聚糖酶基因eg1,构建成pYE-Leg1重组质粒;同时将其成熟肽编码序列插入酿酒酵母分泌型表达载体pYEα中,构建成pYEα-Leg1重组质粒;分别转化酿酒酵母。重组转化子经β-半乳糖诱导,检测表达产物的酶活,结果表明,pYE-Leg1转化子无明显胞外酶活;而pYEα-Leg1转化子在刚果红平板上可产生明显的水解圈,酶活检测显示pYEα载体可有效地将该基因在酿酒酵母中表达并分泌到胞外,发酵液中的酶活在培养96 h达到最高1.16 U/mL,最适酶解温度为50℃,最适pH值为5.6。以上研究将为利用酿酒酵母生产胞外纤维素酶提供依据。     

Aeropyrum pernix K1磷脂酶A2的克隆、表达及其性质

从超嗜热需氧古细菌AeropyrumpernixK1中抽提出染色体基因组,经PCR扩增得到磷脂酶A2基因,用带有His-tag标记的pET15b作为表达载体,在大肠杆菌BLP中成功地诱导表达。表达产物经过Ni-螯合柱一步得到纯化。SDS-PAGE检测只有一条带,其准确分子量为17,871kD。对纯化后的磷脂酶A2测定其酶活性和生物活性,得出其最适反应温度为90℃,最适pH范围为7.8~8.2。至此首次成功地在大肠杆菌中表达了古细菌嗜热磷脂酶A2,这将为以后对该酶的结构和功能以及耐热机制研究打     

YPS1/YPS2失活改进酿酒酵母An-α菌株β-葡萄糖苷酶分泌表达

[背景] 工业酵母菌株的蛋白质表达通常存在表达量低、分泌效率低的问题。[目的] 考察失活Yapsin蛋白酶Yps1p和Yps2p对β-葡萄糖苷酶在酿酒酵母An-α菌株中表达的影响。[方法] 利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术,首先构建得到未折叠蛋白响应（Unfolded Protein Response,UPR）指示菌株An-α（leu2：：UPRE-lacZ）即An-αL,然后分别失活其YPS1和YPS2基因,导入以YEplac195为载体的β-葡萄糖苷酶表达质粒（简称BG）,进行生长和酶活分析评价。[结果] 菌株An-αL的YPS1和YPS2基因失活对其在酵母浸出粉胨葡萄糖（Yeast Extract Peptone Dextrose,YPD）培养基中的生长未造成明显的不利影响;导入质粒BG后将在酵母浸出粉胨纤维二糖（Yeast Extract Peptone Cellobiose,YPC）培养基中生长的最大OD₆₀₀分别提高了21.9%和7.4%;最大总酶活值为0.087 5和0.068 6 U/（mL·OD₆₀₀）,是对照菌株相应值的2.268倍和1.778倍;分泌比例提高了19.4%和22.2%;β-葡萄糖苷酶表达水平与β-半乳糖苷酶酶活水平所代表的UPR信号响应值之间呈现良好的相关性。[结论] YPS1和YPS2基因失活有助于改进酿酒酵母An-α菌株中β-葡萄糖苷酶的分泌表达。     

同源过表达mhr2基因可提高嗜热毁丝霉纤维素酶活性

为寻找新型的与纤维素酶相关转录调控因子,以嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila ATCC42464)为研究材料,通过克隆嗜热毁丝霉mhr2基因序列,构建重组过表达载体,转化并筛选到转化子Mt O24中mhr2基因表达量比野生型菌株高204倍。蛋白浓度及酶活测定的结果显示,诱导培养72 h,转化子胞外蛋白浓度和滤纸酶活分别是野生菌的1.58和1.30倍;非诱导培养144 h,转化子胞外蛋白浓度和滤纸酶活分别是野生菌的1.87和1.49倍。实时荧光定量PCR的结果表明,转化子中主要纤维素酶基因egl1、egl3和cbh1、cbh2的表达量均有显著提高。研究初步证实了mhr2基因具有调控纤维素酶基因表达的功能。     

深海放线菌生淀粉酶基因的克隆表达及酶学特性研究

从深海放线菌Streptomyces sp.SCSIO03032基因组中扩增到1条含淀粉结合域的水解糖苷13家族基因amy032,该基因编码氨基酸与已知蛋白一致性最高为67%。将amy032插入表达载体pET32a启动子下游,构建重组载体pET-amy。重组质粒导入大肠杆菌Rosseta(DE3)菌株中,SDS-PAGE分析结果显示目的基因成功实现异源表达。Ni-NTA对重组酶进行纯化,并对其酶学性质进行表征。结果表明:重组淀粉酶AMY032的最适作用温度为50℃,最适pH为8.0,以可溶性淀粉为底物时的比酶活为(276±57)U/mg,Km为0.02g/L,Vmax为70mg/(L·min)。Ca2+能提高该酶的催化活性,Ni2+、Cu2+、Zn2+和Mn2+对该酶有抑制作用。AMY032对生玉米淀粉和生大米淀粉具有水解活性,其比酶活分别为(49±12)U/mg和(39±11)U/mg;扫描电镜结果显示AMY032使生玉米淀粉的表面产生明显凹陷。     

大肠杆菌植酸酶基因appA的克隆与高效表达*

从猪粪便中分离并筛选出高效生产酸性植酸酶和磷酸酶双功酶(appA植酸酶)的大肠杆菌菌株。通过PCR方法从该菌株基因组中扩增获得了植酸酶基因appA,测序结果显示该基因编码区全长1,299个核苷酸。将该基因克隆到原核表达载体pET-28a(+)上,通过转化的大肠杆菌BL21在试管摇床培养条件下得到了高效表达,其表达量达到692U/mL。酶学特性分析表明其反应的最适pH为4.5,最适温度为60℃。     

耐热糖化酶基因的克隆及其在枯草杆菌中的表达*

应用PCR技术从嗜热古生菌硫磺矿硫化叶菌(Sulfolobussolfataricus)中扩增到大小约为1.9kb编码嗜热糖化酶的DNA片段,并将其插入枯草杆菌诱导型表达载体pSBPYF,获得含有该糖化酶基因的重组质粒pSGAYF,转化枯草芽孢杆菌DB1342。经蔗糖诱导后,该糖化酶在枯草杆菌DB1342(pSGAYF)中获得胞外分泌表达,酶活为3.6U/mL,最适温度为90℃,最适pH6.0。     

一种酿酒酵母附加型分泌表达载体pYES2/CT/α-factor的构建及鉴定

以pPIC9为模板,通过PCR扩增获得酿酒酵母的α-交配因子（α-factor）,并克隆至酿酒酵母胞内表达载体pYES2/CT中,构建了一种新型酿酒酵母附加型分泌表达载体pYES2/CT/α-factor（pYCα）。再将甘露聚糖酶基因（mannase,man）通过酶切、连接克隆至pYCα的α-factor的下游,构建了pYCα-man重组载体检验pYCα的分泌性能和稳定性。结果显示α-factor可引导甘露聚糖酶基因在胞外分泌表达,在曲利本兰培养基上形成明显的水解圈,进一步分析重组菌胞外和胞内酶活,结果显示对照INVSc1/pYCα的两种酶活都未检测到,而INVSc1/pYCα-man具有明显的胞外酶活,未检测到胞内酶活,说明构建的pYCα具有良好的分泌性能;稳定性实验表明重组质粒连续培养150 h仍具有良好的稳定性。     

来源于酸热脂环酸杆菌的嗜酸性α-淀粉酶的表达研究

从嗜酸耐热的酸热脂环酸杆菌Alicyclobacillusacidocaldarius中克隆到α_淀粉酶的基因 (amy) ,该基因全长 390 3bp ,编码130 1个氨基酸 ,理论分子量约 140kD。将基因amy分别克隆到大肠杆菌E .coli表达载体pET-2.2b(+)和毕赤酵母P .pastoris表达载体pPIC9α ,并在大肠杆菌和毕赤酵母中得到了表达 ,表达产物具有淀粉酶的活性。对酵母中表达的酶蛋白AMY进行了纯化 ,并初步研究了它的酶学性质 ,它的作用最适pH3.2 ,在pH 2.5～4.6范围内 ,酶活性保留 50%以上 ,它的最适温度65℃ ,在 70℃下处理 30min ,酶活性维持50%以上 ,基本保留了天然酶蛋白的耐热性和嗜酸性。位于基因amy内部 +1174～+3288bp的基因片段amy′全长 2115bp ,编码705个氨基酸 ,在E .coli表达后依然具有淀粉酶的活性。     

一种高R-选择性水解R,S-甲霜灵的酯酶基因的克隆表达及表征

[目的] 将一种可以高选择性水解R-甲霜灵的新脂酶基因,在大肠杆菌中进行克隆和表达,并研究重组脂酶的性质。[方法] 根据已知的目标酯酶N端10个氨基酸序列,在已测序的Albibacters sp. zjut528基因组中找到相匹配的一个酯酶基因,它全长969 bp,编码322个氨基酸,将该基因命名为RMest。通过引物扩增得到该基因的DNA片段,将它与表达载体pET-28a（+）连接后,转化大肠杆菌BL21Gold（DE3）,构建重组菌,IPTG诱导表达该酯酶,并用Ni²⁺亲和层析介质进行纯化。[结果] 在重组菌RMest-pET-28a（+）-E.coli BL21 Gold（DE3）中成功表达了重组酯酶RMesterase,大小约为46 kDa。用胞内重组酶液催化水解R,S-甲霜灵,底物浓度10 g/L,反应6 h,底物转化率为49.8%,产物（甲霜灵酸）的ee_p为99.3%,对底物的对映体R-构型具有专一（选择）性。该酶最适温度和pH分别为40℃和pH 9.0。该酶的活性受到产物甲醇的抑制。通过Blast+在Uniprot KB数据库中搜寻与酯酶RMest同源的蛋白,采用邻近法构建该酶的蛋白系统发育树,结果显示它与某些Lysophospholipase、AB hydrolase-1 domain-containing protein和Esterase的同源性最高,但是与它们均存在较大的进化距离,表明该酶是一种相对独立进化的新酯酶。[结论] 在大肠杆菌中成功克隆和表达了一种新的脂酶基因RMest,重组酯酶RMesterase可以高手性选择性水解R,S-甲霜灵生成R-甲霜灵酸。     

超耐热酸性α-淀粉酶基因的克隆及其在酵母细胞中的表达

用PCR方法扩增来源于极端嗜热厌氧古菌Pyrococcus furiosus中的超耐热酸性α-淀粉酶的结构基因,将该结构基因引入载体pPIC9K中,将重组质粒pPIC9K-Amy转化大肠杆菌DH5α细胞,测序结果表明,克隆到的α-淀粉酶结构基因为1305bp,其编码的成熟肽为435个氨基酸。将正确构建的重组质粒转化毕赤酵母GS115细胞,得到酵母工程菌株。在酵母α-Factor及AOX1基因启动子和终止信号的调控下,超耐热酸性α-淀粉酶在甲醇酵母中大量表达并分泌到胞外,该酶的表达受甲醇的严格调控和诱导,随着诱导培养时间的增加,在培养基上清液中的单位体积酶活力相应上升,在诱导培养7d后酶活力达到最大值。该酶最适反应温度为90~100℃,最适反应pH值为4.5~5.5。该酶具有非常好的温度稳定性,在100℃条件下热处理5h,仍具有60%以上的酶活力。该酶的这些优点使其非常适于在工业生产上应用。     

双孢蘑菇酪氨酸酶基因在酿酒酵母中的异源表达及其酶学特性

【目的】在酿酒酵母中异源表达双孢蘑菇来源的酪氨酸酶基因PPO2,并研究酪氨酸酶在酿酒酵母胞内及胞外的酶学特性。【方法】提取双孢蘑菇总RNA,通过RT-PCR克隆酪氨酸酶基因PPO2,构建表达载体pSP-G1-PPO2,并转化至酿酒酵母进行表达,采用镍亲和层析纯化蛋白并研究其酶学性质。【结果】在酿酒酵母中正确表达了大小为65 kDa的酪氨酸酶蛋白。重组酶能催化底物酪氨酸产生黑色素。体外活性测定表明,酪氨酸酶催化最适温度为45°C,以酪氨酸和多巴为底物时最适pH分别为7.0和8.0。在酿酒酵母中测得底物酪氨酸浓度低于2.5 mg/mL时,黑色素的产量与底物浓度呈现正相关性。【结论】来源于双孢蘑菇的酪氨酸酶基因PPO2在酿酒酵母中成功表达,重组酶具有良好的酶学特性。利用酪氨酸酶产物黑色素的产量与底物浓度呈现正相关性这一特性,可将其作为细胞酪氨酸产量的传感器,为高通量筛选酪氨酸高产菌株提供了思路。     

利用S-层蛋白在细胞表面展示α-淀粉酶和金属硫蛋白

选用苏云金芽胞杆菌CTC菌株细胞表面S 层蛋白作为表面展示载体 ,利用其N 端信号肽以及锚定序列分别将不同生物特性的外源蛋白带到胞外并锚定在细胞的表面。为研究外源蛋白的分子量和生化特性对表面展示以及对其在细胞表面生物活性的影响 ,选用分子量较大的分泌性蛋白α 淀粉酶和富含半胱氨酸的非分泌性蛋白金属硫蛋白作为目标蛋白。将α 淀粉酶的结构基因 (amy)和金属硫蛋白的结构基因 (smtA)与S 层蛋白的锚定区slh结合 ,构建融合蛋白基因slh amy及slh smtA ,克隆至穿梭载体pHT30 4上 ,得到重组质粒pBMBSA 30 4和pBMBSM 30 4 ;转入带有帮助质粒的重组菌株BMB171 pBMB CSA中 ,得到新的重组菌株BMBSAC和BMBSMC。SDS PAGE显示融合蛋白SLH AMY和SLH SMTA在重组菌的表面得到了表达。利用锥虫蓝染色 打孔加膜法表明重组菌SAC的确具有表面酶活性 ,α 淀粉酶被固定在细胞表面。碘液法测定的数据表明重组菌SAC的菌悬液样品较之受体菌BMB171菌悬液样品酶活提高了 4 2 4 %。Ni NTA 琼脂糖微球吸附试验显示重组菌SMC能够被微球所吸附 ,证实SMTA在重组菌表面具有活性。对游离镉离子的吸附试验显示重组菌对镉离子的吸附能力是对照受体菌的 4倍。     

酿酒酵母中过表达URA5及URA3基因催化合成UMP的初步研究

为提高乳清酸到尿嘧啶核苷酸(UMP)的转化效率,利用PCR方法扩增酿酒酵母乳清酸磷酸核糖转移酶基因URA5, 并将其连接到携带乳清苷酸脱羧酶基因URA3的表达载体pYX212中,构建了重组质粒pYX212-URA5,然后转化到酿酒酵母BJX12中进行表达,并进行转化乳清酸到UMP的初步研究。试验结果表明: pYX212-URA5/ BJX12发酵培养40h后以32 mM乳清酸为底物催化产生UMP的量约为7 mM。明显高于同等条件下pYX212/ BJX12的UMP产量2.7 mM和对照组野生型BJX12的UMP产量2.4 mM。     

麦芽糖诱导海藻糖合成酶基因在B.subtilis WB800n中的表达

运用枯草芽孢杆菌中的麦芽糖诱导型启动子调控元件,构建得到麦芽糖诱导海藻糖合成酶的安全表达系统,使其制备的海藻糖能够广泛应用于食品医疗行业。以来源于恶臭假单胞杆菌KT2440(Pseudomonas putida KT2440)的海藻糖合成酶基因Tre S为报告基因,以cre序列定点突变(CG碱基突变为AT碱基)优化后的麦芽糖诱导型的枯草芽孢杆菌操纵元启动子Pglv为调控元件、大肠杆菌-枯草芽孢杆菌穿梭质粒PHT01为载体骨架,通过Bam H I和Aat II限制酶酶切替换,构建得到高效表达载体Pglv-PHT01-Tre S,将质粒电转化到B.subtilis WB800n并验证其表达效果。成功构建了海藻糖合成酶高效表达质粒Pglv-PHT01-Tre S,并实现了该重组质粒在B.subtilis WB800n中的表达。利用基础发酵培养基优化发酵条件验证结果表明,菌体生长到发酵液吸光值OD600达到1.2时加入终质量分数4.5%的麦芽糖,37℃诱导18 h后胞内的海藻糖合成酶的粗酶活力达到18.9 U/m L。为了提高海藻糖合成酶的表达量,还构建了通过单交叉互换方法敲除了α-淀粉酶基因amy E的重组菌株B.subtilis WB800n(Δamy E),减少了胞外α-淀粉酶对麦芽糖的降解成葡萄糖,提高了麦芽糖的诱导表达效果以及减少葡萄糖的反馈抑制,表达质粒在麦芽糖诱导条件下在该重组菌中海藻糖合成酶酶活提高到了29.2 U/m L。首次成功实现了麦芽糖诱导海藻糖合酶在枯草芽孢杆菌中的高效表达,为获得制备安全高效的海藻糖合成酶表达系统奠定了基础。     

黑曲霉酸性α-淀粉酶基因和糖化酶基因对工业酒精酵母的整合及其共表达

用PCR合成的黑曲霉 (Aspergillusniger)酸性α 淀粉酶 (Acidα amylase)的cDNA ,构建了由酵母醇脱氢酶(ADH1 )启动子和终止子引导表达 ,酸性α 淀粉酶自身信号肽序列引导分泌的表达元件 ,与黑曲霉糖化酶cDNA的表达元件同时插入由酵母rDNA序列引导同源整合的酵母YIp型表达载体pWHY中 ,构成双基因表达分泌质粒pWAG。采用pWAG与酵母YEp型G4 1 8抗性表达质粒的共转化 ,将两个基因表达元件整合到酒精生产酵母菌株AS2 346的染色体rDNA序列中 ,获得同时表达胞外酸性α 淀粉酶和糖化酶的双功能酒精酵母工程菌     

耐热糖化酶基因的克隆及其在枯草杆菌中的表达

应用PCR技术从嗜热古生菌硫磺矿硫化叶菌（Sulfolobus solfataricus）中扩增到大小约为1．9kb编码嗜热糖化酶的DNA片段,并将其插入枯草杆菌诱导型表达载体pSBPYF,获得含有该糖化酶基因的重组质粒pSGAYF,转化枯草芽孢杆菌DB1342。经蔗糖诱导后,该糖化酶在枯草杆菌DB1342（pSGAYF）中获得胞外分泌表达,酶活为3．6U／mL,最适温度为90℃,最适pH6．0。     

多酶融合表达体系以木聚糖为辅助底物高效合成(S)-苯乙二醇

[目的] 利用木聚糖为辅助底物加强手性催化反应中的辅酶循环,构建来源于近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis）CCTCC M203011的（S）-羰基还原酶II（SCRII）、枯草芽孢杆菌（Bacillussp.）YX-1葡萄糖脱氢酶突变体Ala258Phe/GDH和里氏木霉（Trichoderma reesei）Rut C-30木聚糖酶（XYN2）在大肠杆菌（Escherichia coli）BL21（DE3）中的融合表达体系,高效合成（S）-苯乙二醇。[方法] 调节3种酶编码基因在pET-28a载体上的位置,运用重叠延伸PCR技术,构建了E.coli/pET-SCRII-A258F-XYN2和E.coli/pET-A258F-SCRII-XYN2两种重组菌,研究了其合成（S）-苯乙二醇的最适反应条件。[结果] 重组菌株E.coli/pET-SCRII-A258F-XYN2在底物2-羟基苯乙酮与辅助底物木聚糖的比例为1：1、35℃、pH为7.0条件下,（S）-苯乙二醇的产率达98.8%（W/W）;而重组菌株E.coli/pET-A258F-SCRII-XYN2在底物与辅助底物的比例为2：1、35℃、pH为7.0条件下,（S）-苯乙二醇的产率达95.6%（W/W）,两者合成产物的光学纯度均>99%。[结论] 通过构建3种酶的融合表达体系,成功将木聚糖酶和葡萄糖脱氢酶突变体介导的辅酶再生循环体系引入不对称生物合成反应,提高了手性转化效率,为将大自然中丰富的木聚糖用于手性催化奠定了较扎实的研究基础。