基于单细胞超高通量筛选的α-1,2-岩藻糖基转移酶定向进化

2’-岩藻糖基乳糖在婴幼儿配方奶粉、保健品和医药等产品开发方面极具应用价值。幽门螺杆菌(Helicobacter pylori NCTC11639)来源的α-1,2-岩藻糖基转移酶(FutC)是目前合成2’-岩藻糖基乳糖的重要生物催化剂,但是天然酶存在异源表达量低、催化活性差等缺陷。针对α-1,2-岩藻糖基转移酶定向进化过程中缺少高通量筛选方法的问题,发展了基于荧光激活细胞分选(fluorescence-activated cell sorting,FACS)的FutC超高通量筛选方法。对FutC进行了定向进化实验,通过对FutC的随机突变库进行了3轮筛选,从库容量为5.4×10⁵突变文库中成功筛选出活力提高2.6倍、2.7倍、3倍的3种突变体(K282E,K102E,R105C),证明了此筛选方法的有效性。本研究为α-1,2-岩藻糖基转移酶的分子活性改造奠定了良好基础。     

α1,2-岩藻糖基转移酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

利用PCR方法从幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori,HP)基因组DNA中获得α1,2-岩藻糖基转移酶(α1,2-fuco-syltransferase,α1,2-fuct)基因,得到大小为906 bp的目的基因,将其定向插入到原核表达载体pET-22b(+)中,得到重组表达载体pET-fuct。将重组表达载体转化到大肠杆菌BL21(DE3)中,25℃,0.1 mmol/L异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)诱导表达4 h,并用SDS-PAGE分析目的蛋白的表达情况。结果表明,可表达出相对分子质量为33 kD的蛋白,与预期分子量一致,说明α1,2-岩藻糖基转移酶在大肠杆菌BL21中实现表达,应用HPLC法进行酶活检验,酶活达到了13.21 pmol/(mgPr.h)。     

小鼠α1,2岩藻糖基转移酶基因的克隆及表达

本文报告小鼠GDP岩藻糖:β半乳糖苷α1,2-岩藻糖基转移酶(α1,2-fucosyltansferase,α1,2- FT)基因的克隆,并进行功能鉴定。利用RT-PCR方法克隆小鼠α1,2-岩藻糖基转移酶基因编码区 MFUT-Ⅱ,测序后将其插入表达载体pcDNA3．1的多克隆位点,构建表达载体pcDNA3．1-MFUT-Ⅱ; 采用磷酸钙法将其转染于COS-7细胞进行表达,通过对底物特异性比较研究酶的性质;应用 Northern印迹杂交法研究基因在小鼠组织中的表达情况;应用southern印迹杂交法分析基因存在状态。结果证实MFUT-Ⅱ为小鼠α1,2-岩藻糖基转移酶基因家族的新成员,含有一个完整的开放读码框,可编码347个氨基酸．其估计分子质量为39 kDa,和小鼠H及Secl基因具有序列同源性,分别与人类Se基因(79．0％)、大鼠Rat FTB(89％)基因、兔Rabbit FT-Ⅲ基因(77％)具有较高的序列同源性。用MFUT-Ⅱ基因转染的COS-7细胞具有α1,2-FT活性,MFUT-Ⅱ可在多种组织中产生 3．5kb大小的mRNA转录产物。基因Southern印迹杂交分析结果显示:基因MFUT-Ⅱ仅为一个拷贝。这些结果证明MFUT-Ⅱ为小鼠的Se基因。     

西南远志中一个新的三萜皂苷北大核心CSCD

从西南远志根中分离得到3个齐墩果酸型皂苷类化合物,根据理化性质和波谱数据鉴定其结构分别为3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→3)-β-D-木糖基-(1→4)-[β-D-芹糖基-(1→3)]-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[β-D-葡萄糖基-(1→3)]-[4-O-(E/Z)-3″,4″,5″-三甲氧基肉桂酰基]-β-D-岩藻糖基酯(1)、3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-β-D-木糖基-(1→4)-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[α-L-鼠李糖基-(1→3)]-[4-O-(E/Z)-对甲氧基肉桂酰基]-β-D-岩藻糖基酯(2)和3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→4)-β-D-木糖基-(1→4)-[β-D-芹糖基-(1→3)]-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[4-O-(E/Z)-对甲氧基肉桂酰基]-[α-L-鼠李糖基-(1→3)]-β-D-岩藻糖基酯(3),其中化合物1为新化合物,化合物2和3首次从该植物中分离得到。     

西南远志中一个新的三萜皂苷

从西南远志根中分离得到3个齐墩果酸型皂苷类化合物,根据理化性质和波谱数据鉴定其结构分别为3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→3)-β-D-木糖基-(1→4)-[β-D-芹糖基-(1→3)]-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[β-D-葡萄糖基-(1→3)]-[4-O-(E/Z)-3″,4″,5″-三甲氧基肉桂酰基]-β-D-岩藻糖基酯(1)、3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-β-D-木糖基-(1→4)-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[α-L-鼠李糖基-(1→3)]-[4-O-(E/Z)-对甲氧基肉桂酰基]-β-D-岩藻糖基酯(2)和3-O-β-D-葡萄糖基presenegenin 28-O-α-L-阿拉伯糖基-(1→4)-β-D-木糖基-(1→4)-[β-D-芹糖基-(1→3)]-α-L-鼠李糖基-(1→2)-[4-O-(E/Z)-对甲氧基肉桂酰基]-[α-L-鼠李糖基-(1→3)]-β-D-岩藻糖基酯(3),其中化合物1为新化合物,化合物2和3首次从该植物中分离得到。     

人乳寡糖2’-FL和3-FL的生物制备研究进展

人乳寡糖(Human milk oligosaccharides,HMO)是母乳中重要的免疫活性成分,对婴幼儿健康起到显著促进作用。2’-岩藻糖基乳糖(2’-FL)是HMO的主要组分,极具应用价值,3-岩藻糖基乳糖(3-FL)与2’-FL的合成途径相似,两者的研究具有相互借鉴意义,近年来针对它们的研究取得了较多进展。以微生物细胞工厂为核心理念的新型生物合成途径有望将2’-FL和3-FL产业化,未来将对乳制品行业产生重要的影响。文中综述了生物技术制备2’-FL和3-FL的最新研究进展,并对未来发展趋势进行了展望。     

小鼠α1，2岩藻糖基转移酶基因的克隆及表达

本文报告小鼠GDP岩藻糖：β半乳糖苷α1,2-岩藻糖基转移酶（α1,2-fucosyltansferase,α1,2-FT）基因的克隆,并进行功能鉴定。利用RT—PCR方法克隆小鼠α1,2-岩藻糖基转移酶基因编码区MFUT-II,测序后将其插入表达载体pcDNA3．1的多克隆位点,构建表达载体pcDNA3．1-MFUT-II;采用磷酸钙法将其转染于COS-7细胞进行表达,通过对底物特异性比较研究酶的性质;应用Northern印迹杂交法研究基因在小鼠组织中的表达情况;应用Southern印迹杂交法分析基因存在状态。结果证实MFUT-II为小鼠α1,2-岩藻糖基转移酶基因家族的新成员。含有一个完整的开放读码框。可编码347个氨基酸。其估计分子质量为39kDa,和小鼠日及Sec1基因具有序列同源性。分别与人类Se基因（79．O％）、大鼠Ratrrs（89％）基因、兔Rabbit FT-III基因（77％）具有较高的序列同源性。用MFUT-II基因转染的COS-7细胞具有α1,2-FT活性。MFUT-II可在多种组织中产生3．5kb大小的mRNA转录产物。基因Southern印迹杂交分析结果显示：基因MFUT-II仅为一个拷贝。这些结果证明MFUT-II为小鼠的Se基因。     

定向进化-易错PCR方法提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力

运用定向进化-易错PCR的方法,提高了华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力。经过两轮易错PCR和pNPP顶层琼脂法筛选,从第一轮和第二轮突变库中分别筛选获得最佳突变株1-11和2-28,脂肪酶酶活与野生菌株相比分别提高2倍和4倍。基因比对结果表明,突变脂肪酶2-28有4个氨基酸发生了突变:A129S、K161R、A230T、K322R。蛋白质分子空间结构模拟显示,突变A129S、K161R、A230T位于脂肪酶分子表面。突变A230T增强了α-螺旋盖结构的稳定性。突变K322R处在loop上,靠近脂肪酶底物结合区域,与邻近的Asp(带负电)形成盐桥。静电引力将该loop向底物进入酶活性中心的通道口反方向牵引,使底物分子更易进入酶活性中心。酶学性质研究表明,突变株2-28脂肪酶的Km值比出发菌株下降了10%,Kcat值提高为原来的2.75倍。     

α1,3—岩藻糖基转移酶及其相关产物

α１,３┐岩藻糖基转移酶及其相关产物陈继华陈惠黎（上海医科大学卫生部糖复合物重点实验室,上海２０００３２）关键词α１,３－岩藻糖基转移酶Ｌｅｗｉｓ（Ｌｅ）系抗原细胞表面的糖蛋白或糖脂的一部分含有外链岩藻糖（Ｆｕｃｏｓｅ,Ｆｕｃ）化的乙酰乳糖胺糖链,常...     

酵母合成2'-岩藻糖基乳糖的研究进展*

2'-岩藻糖基乳糖(2'-fucosyllactose,2'-FL)是人乳寡糖中含量最高的岩藻糖基化寡糖,具有促进双歧杆菌增殖和调节肠道菌群等作用,已被广泛用于婴幼儿食品行业。目前,2'-FL已经成功在大肠杆菌、酿酒酵母、解脂耶氏酵母、枯草芽孢杆菌和谷氨酸棒杆菌中实现从头合成。考虑到食品安全、消费者认知和接受程度,酵母作为GRAS(generally recognized as safe)菌株,在2'-FL的生物合成中更具工业应用前景和商业价值。概述2'-FL的生物合成路径和现状,对2'-FL生物合成常用的底盘细胞进行比较,从底物转运、前体GDP-L-岩藻糖供应、α-1, 2-岩藻糖基转移酶、产物外排和拓宽底物谱等方面综述酵母合成2'-FL的工程化策略,提出酵母合成2'-FL的限制性因素,并对未来研究进行展望。     

α-1,6岩藻糖基转移酶的研究进展

当细胞糖蛋白的糖链发生α-1,6岩藻糖基化时,这种改变直接关系到细胞一系列的生物学特性。本就α-1,6岩藻糖基转移酶编码基因及其蛋白质的结构与表达特征,其底物蛋白的糖链结构,与肿瘤及白细胞黏附缺陷症等疾病的关系诸方面予以综述。     

基于分子动力学模拟的高γ-环糊精专一性环糊精糖基转移酶理性改造

【背景】环糊精糖基转移酶的分子动力学模拟较传统基因改造而言能有效提高改造效率,减少盲目性。【目的】探究环糊精糖基转移酶的催化专一性机理,为获得产γ-环糊精专一性更高的环糊精糖基转移酶提供高效突变菌株方法。【方法】通过分子对接和分子动力学模拟,获得3种产物类型CGTase与底物的对接模拟结构,并通过定点突变实验进行验证。【结果】分子动力学模拟结果显示α-和β-CGTase与十糖链在酶蛋白S1区域呈现闭合的形态,而γ-CGTase和十糖链在S1区域呈现更易于生成γ-环糊精的张开形态;3种CGTase与十糖链在相同位置存在氢键的氨基酸共有17个相对应位点,其中14个位点的氨基酸种类一致,不一致的3个氨基酸对应α-CGTase位点分别为Y89、D234和Y262。本研究对Y262位点进行定点突变和产物专一性实验,结果显示经过分子动力学预测的Y262L有助于提高产γ-CD专一性,从野生酶的13.7%提高到39.9%,γ-环糊精产物比例提高了3倍。【结论】分子动力学模拟结果对于指导环糊精糖基转移酶的专一性内在机理具有一定的正向指导意义。     

人分泌型磷脂酶A2 GIIE的E54突变及其对底物选择性的影响

人分泌型磷脂酶A2 GIIE (Human secreted phospholipase A2 GIIE,hGIIE) 通过发挥酶催化作用,参与炎症反应和脂代谢过程。为了揭示hGIIE的底物选择机制,文中对hGIIE进行了定点突变,采用毕赤酵母Pichia pastoris重组表达突变体蛋白,然后通过阳离子交换和分子排阻两步法纯化蛋白,最后用等温微量热滴定仪测定酶活性。hGIIE的结构分析显示,氨基酸E54可能与GIIE的底物头基选择性有关,经过同源序列比对,拟将E54突变为丙氨酸 (A)、苯丙氨酸 (F) 和赖氨酸 (K)。突变体E54A、E54F和E54K在毕赤酵母组成型表达系统中实现重组表达,通过两步纯化,纯度达到90%以上。酶活性实验显示,突变体与底物1,2-二己酰卵磷脂 (1,2-dihexanoyl-sn- glycero-3-phosphocholine,DHPC) 和1,2-二己酰磷酸甘油 (1,2-dihexyl phosphate glycerol,DHPG) 的亲和力发生改变,其中突变体E54K与DHPG的Km值为突变前的0.39倍,亲和力明显增强;突变体E54F与DHPC的Km值为突变前的1.93倍,亲和力明显减弱。hGIIE的E54突变体蛋白与磷脂底物的亲和力发生明显改变,说明E54在hGIIE的磷脂底物选择性水解过程中起重要作用。     

α-环糊精糖基转移酶活性区域突变提高选择形成γ-环糊精能力

探讨α-环糊精糖基转移酶(CGT酶)活性区域-3亚位点(47位赖氨酸残基),-7亚位点(146~152位氨基酸残基)以及环化中心位点(195位酪氨酸残基)对其催化底物形成γ-环糊精(CD)能力的影响。将α-CGT酶相应位点分别进行如下突变:K47T,Y195I,以及146~152位氨基酸残基替换为异亮氨酸(命名为△6),并在大肠杆菌BL21中实现异源活性表达。以可溶性淀粉作为底物进行转化,利用HPLC分析各种突变酶的催化产物中3种环糊精产量和比例。结果表明,和野生酶相比,所有突变酶的淀粉水解活性和环糊精总生成量都有不同程度的下降。在产物的组成方面,突变酶Y195I的催化产物中,α-CD的含量由68%降为30%,β-CD由22.2%提高为33.3%;而γ-CD由8.9%提高为36.7%,含量提高了4倍,取代α-CD成为产物中的主要成分;γ-CD的实际产量为1.1 g/L,是野生酶(0.4 g/L)的3倍。突变酶K47T和△6的转化产物中α-CD比例有不同程度下降,但仍然是产物中的主要组分,β-和γ-CD的比例都有所增加。由此可见,活性区域中195位氨基酸对于α-CGT酶的活力和催化选择性具有重要的影响,Y195I突变体酶最有利于选择性形成γ-CD。纯化后突变酶Y195I的酶学性质试验表明,其最适反应温度和野生酶相同,但最适反应pH有所提高,且比野生酶具有更好的pH稳定性。因此,突变酶Y195I具有生产制备γ-CD的潜力。     

重构酿酒酵母N-糖基化途径生产人源化糖蛋白

【目的】为了在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中生产人源化的糖蛋白,必须对N-糖基化途径进行基因工程改造。作者通过敲除一些酵母N-糖基化途径中的特异性糖基转移酶,得到一株可以用于继续表达人类糖基转移酶的重组菌,并通过生长适应性进化技术回复其细胞生长能力。【方法】首先运用酵母遗传学和分子生物学技术敲除酿酒酵母的α-1,3-甘露糖基转移酶基因(ALG3)、α-1,6-甘露糖基转移酶基因(OCH1)和α-1,3-甘露糖基转移酶基因(MNN1)。采用蔗糖酶(invertase)活性染色实验初步检测N-糖链的变化,然后通过高效液相色谱和甘露糖苷酶酶切实验对其糖链结构进行鉴定。重组菌通过在高温条件下进行生长适应性进化,筛选出生长能力回复突变的菌株。【结果与结论】构建了Δalg3Δoch1Δmnn1菌株得到人类糖基化中间体Man5GlcNAc2,并对上述三缺陷型菌株进行适应性进化提高其细胞生长能力和环境适应能力。此外,作者还发现,该重组菌存在少量Man6GlcNAc2结构的糖链。经体外α-1,2-甘露糖苷酶切处理后,糖链Man5GlcNAc2和Man6GlcNAc2均转化为Man3GlcNAc2,表明形成Man3GlcNAc2之后的甘露糖之间均通过α-1,2-糖苷键连接。Δalg3Δoch1Δmnn1菌株的构建获得了生产人源化糖蛋白的酿酒酵母表达系统,为进一步糖基化改造和工业应用提供了良好的基础。     

卵巢激素对小鼠围着床期子宫内膜Le^y寡糖表达的调控

研究表明Le^y寡糖介导了胚胎与子宫内膜之间的识别与粘附,在胚胎植入中起重要作用。其α1,2、α1,3岩藻糖基的合成分别与α1,2岩藻糖基转移酶（FUT1）、α1,3岩藻糖基转移酶（FUT4）的催化作用密切相关,应用Western印迹、免疫组化和半定量RT-PCR方法,观察小鼠妊娠早期、去卵巢后雌孕激素处理的子宫内膜Le^y寡糖抗原以及其合成相关的FUT1、FUT4基因的表达,分析卵巢激素对Le^y寡糖表达的调控,结果显示：妊娠早期,FUT1、FUT4基因的转录水平随孕激素水平上程式而呈下降的趋势,这与Le^y寡糖抗原表达一致。进一步观察发现,去卵巢后经孕激素处理,FUT1、FUT4基因及Le^y寡糖抗原表达均较对照组降低,雌激素处理组表达则明显升高;雌孕激素联合作用介于雌激素组和孕激素组之间,结果表明,孕激素能下调FUT1、FUT4基因的表达。雌激素对其有上调作用,两种激素之间表现为相互拮抗,提示雌孕激素可能通过FUT1、FUT4基因转录水平调控Le^y寡糖抗原在小鼠子宫内膜上皮的表达。     

一种高效的多点组合突变克隆构建方法

高质量的突变方法和高效的筛选方法相结合可以提高酶定向进化的效率。文中开发了一种高效的多点组合突变(Multi-points combinatorial mutagenesis,MCM)的克隆方法。MCM方法通过引入DNA组装、融合PCR和杂交技术,实现高效多点组合突变。应用优化后的方法定向进化改造苯甲酰甲酸脱羧酶(Benzoylformate decarboxylase,BFD)来测试MCM方法的效率。通过电转至大肠杆菌感受态Escherichia coli TreliefTM 5α所获得的单菌落数量(Colony-formingunits,CFUs)超过106 CFUs/μgDNA。经验证90/100单菌落精确组装;5个位点L109、L110、H281、Q282和A460同时组合突变的效率达到88%。最后,筛选到一种kcat/Km提高10倍的突变酶(L109Y、L110D、H281G、Q282V和A460M)。因此,应用该方法可以有效地创建突变体库,促进酶的定向进化技术的快速发展。     

催化吲哚生成靛蓝的细胞色素P450BM-3 定向进化研究

以催化吲哚产生的靛蓝在 630 nm 处具有特殊的吸收峰为高通量筛选指标,将来源于 Bacillus megaterium 的细胞色素 P450BM-3 单加氧酶的基因序列用易错聚合酶链式反应进行定向进化,通过多轮突变,在原有的能产靛蓝的高活力突变酶的基础上成功获得了三个高于亲本酶的突变酶,突变酶的酶活分别是亲本酶的 6.6 倍 (hml001) , 9.6 倍 (hml002) 和 5.3 倍 (hml003) ,并对突变酶的动力学参数进行了分析 . 突变酶 DNA 测序的结果表明, hml001 含有一个有义氨基酸置换 I39V , hml002 含有三个有义氨基酸置换 D168N , A225V , K440N , hml003 含有一个有义氨基酸置换 E435D ,这些突变位点有些远离底物结合部位,有些位于底物结合部位 .     

一种高效的多点组合突变克隆构建方法（英文）

高质量的突变方法和高效的筛选方法相结合可以提高酶定向进化的效率。文中开发了一种高效的多点组合突变(Multi-points combinatorial mutagenesis,MCM)的克隆方法。MCM方法通过引入DNA组装、融合PCR和杂交技术,实现高效多点组合突变。应用优化后的方法定向进化改造苯甲酰甲酸脱羧酶(Benzoylformate decarboxylase,BFD)来测试MCM方法的效率。通过电转至大肠杆菌感受态Escherichia coli TreliefTM 5α所获得的单菌落数量(Colony-formingunits,CFUs)超过106 CFUs/μgDNA。经验证90/100单菌落精确组装;5个位点L109、L110、H281、Q282和A460同时组合突变的效率达到88%。最后,筛选到一种kcat/Km提高10倍的突变酶(L109Y、L110D、H281G、Q282V和A460M)。因此,应用该方法可以有效地创建突变体库,促进酶的定向进化技术的快速发展。     

双歧杆菌对母乳低聚糖利用的研究进展

母乳低聚糖(human milk oligosaccharides,HMOs)是一类存在于人乳中复杂的混合低聚糖,是母乳中的重要成分,在婴幼儿生长发育中起到重要作用。母乳低聚糖可作为影响肠道微生物群组成的益生元,可选择性地促进母乳喂养婴儿肠道双歧杆菌的生长。婴儿肠道内相关的双歧杆菌具有糖苷酶和转运蛋白等分子工具,使其能够代谢HMOs,且代谢过程具有菌株特异性。本文对2′ 岩藻糖基乳糖、3′ 岩藻糖基乳糖、3′ 唾液酸乳糖、6′ 唾液酸乳糖、乳糖 N 四糖、乳糖 N 新四糖等常见HMOs的结构和特点进行总结,并讨论不同双歧杆菌对不同HMOs的利用特点和机制,为开发针对不同双歧杆菌的特异性益生元提供相应的理论指导。