毕赤酵母组成型表达脂肪酶及其高通量筛选方法

【目的】获得组成型表达脂肪酶毕赤酵母,建立利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因的有效方法。【方法】运用PCR技术从pGAPZαA表达载体上扩增得到GAP启动子片段,插入到表达载体pPIC9K-proRCL中,构建组成型表达载体pGAPK-proRCL。在保留含有同源双交换重组序列的诱导型启动子AOX1序列的基础上,电转化后华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶基因proRCL表达盒在毕赤酵母基因组上发生双交换整合事件,从而组成型表达单拷贝的华根霉脂肪酶基因。【结果】重组菌发酵144 h后,脂肪酶最高酶活为130 U/mL。利用橄榄油罗丹明B平板高通量筛选组成型表达华根霉脂肪酶基因。【结论】该方法将初筛时间从12 d缩短为3 d,排除了多拷贝突变株的干扰,为后续脂肪酶的定向进化及筛选奠定了基础。     

华根霉固态与液态培养产胞外蛋白的比较蛋白质组学分析

【目的】考察固态和液态两种培养方式对丝状真菌华根霉(Rhizopus chinensis)CCTCC M201021产胞外蛋白的影响,以加深对微生物固、液态培养特异性产酶的认识。【方法】利用成分相同的培养基对华根霉分别进行平板固态培养和液态培养,提取华根霉所产胞外蛋白,采用二维凝胶电泳(2-DE)结合质谱分析,分离鉴定差异蛋白。【结果】固态培养下华根霉所产胞外蛋白的蛋白酶活性是液态培养的9.2倍。胞外蛋白质组数据分析表明,华根霉固态和液态培养所产胞外蛋白存在显著差异,其中约70%是固态和液态培养下各自产生的特有蛋白。质谱鉴定进一步表明,固、液态培养对华根霉产胞外蛋白的种类和表达量都有显著影响,其中水解酶类所占比例较大,主要是与蛋白质降解相关的蛋白。【结论】固态和液态不同培养方式影响了华根霉产胞外蛋白的组成,有些基因只在特定培养方式下表达。固态培养下华根霉产胞外蛋白酶种类相对更多以及大部分蛋白酶的上调表达,可能是固态培养下胞外蛋白酶活性很高的原因。研究结果提示需要注意固液态不同培养方式下丝状真菌胞外酶的筛选和生产可能存在的不一致性。     

华根霉合成活性脂肪酶液态发酵菌体形态调控的研究

华根霉(CCTCC M201021)膜结合脂肪酶在非水相中具有突出的催化酯合成的能力,在生物香料、生物柴油生产等工业应用中具有良好的前景.与许多丝状真茵形态影响其初级及次级代谢产物的生产相类似,华根霉在液态发酵中也会形成不同的茵体形态,显著影响合成活性膜结合脂肪酶的发酵水平.本研究以华根霉菌体形态及脂肪酶合成活性为指标...     

理性设计二硫键提高华根霉脂肪酶热稳定性

【背景】华根霉脂肪酶的工业应用前景广泛,但是受到酶热稳定性较差的限制。【目的】对华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶r27RCL分子结构进行理性设计,以提高该酶热稳定性。【方法】以Disulfide by design软件筛选r27RCL分子表面能够形成二硫键的突变位点,共得到7对二硫键突变。利用全质粒PCR进行定点突变,并在毕赤酵母中表达获得突变酶。【结果】最佳突变酶m9/10 (S85C-Q145C)与野生型酶r27RCL相比,60°C下的半衰期分别提高了4.5倍,T_m值提高了4.2°C,而催化活性保持不变。蛋白质晶体结构模拟显示,位于β2折叠上的85C和位于α4螺旋上的145C可形成二硫键,从而提高酶的热稳定性。【结论】酶分子中引入新增二硫键可以显著提升酶的热稳定性。     

华根霉前导肽和成熟肽脂肪酶基因的克隆表达及性质研究

以华根霉(Rhizopus chinensis CCTCCM201021)为出发菌株,提取总DNA,PCR扩增出前导肽脂肪酶基因(proRCL)及成熟肽脂肪酶基因(mRCL),克隆到原核载体pET-28a,转化E-coli BL21(DE3),诱导表达并纯化出活性目的蛋白.经SDS-PAGE分析,重组蛋白ProRCL和MRCL的分子量分别约43 kD和33 kD.两重组脂肪酶主要酶学性质基本相似,最适反应温度均为35℃,40℃下较为稳定;最适反应pH相近,分别为8.0和8.5;以pNP脂肪酸酯为底物,均对短链脂肪酸酯底物特异性较高.MPCL上述性质与野生型RCL基本一致.研究结果表明,通过条件控制可以利用E.coli表达系统表达具有活性的华根霉前导肽脂肪酶ProRCL和成熟肽脂肪酶MRCL.与米根霉脂肪酶(ROL)不同,前导序列对华根霉脂肪酶的主要酶学特性没有显著影响.     

华根霉脂肪酶有机相合成酶活的研究

通过比较7种微生物脂肪酶的有机相合成酶活、水相水解酶活及在正庚烷中催化己酸乙酯合成的能力,证明了合成酶活与水解酶活相关性不高,合成酶活比水解酶活更能反映脂肪酶的合成能力。通过比较两株华根霉(Rhizopus chinensis)脂肪酶酶活,发现合成酶活相差较大,表明相同种属微生物的脂肪酶合成酶活存在不同。对．Rhizopus chinensis-2液态发酵产脂肪酶进程研究发现,水解酶活高峰先于合成酶活高峰大约12h。将不同培养时间的Rhizopus chinensis-2全细胞脂肪酶用于催化己酸乙酯合成,具有高合成酶活的全细胞脂肪酶催化己酸乙酯合成反应较快。因此,全细胞脂肪酶用于催化有机相酯合成反应时,具有高脂肪酶合成酶活的菌体具有较好的催化酯合成能力。     

基于全基因组数据华根霉产真菌毒素分析

【目的】在对中国传统优势浓香型白酒产业中重要功能微生物华根霉菌株CCTCCM201021全基因组测序的基础上,以生物信息学的方法和手段主要针对真菌毒素的合成代谢途径及关键基因进行分析,考察微生物在食品工业应用中的安全性。【方法】应用Illumina平台Solexa测序技术对华根霉进行基因组测序,运用SOAPdenovo组装软件进行拼接,并进行一系列生物信息分析,考察根霉素、小孢根霉素及典型丝状真菌毒素代谢的主要途径及相关基因,包括PKS、NRPS与PKS-NRPS混合代谢途径;萜类化合物代谢和其他代谢途径等,判断华根霉是否具有产真菌毒素的潜在危害性。【结果】测序结果表明华根霉全基因组大小为45.70 Mb左右,GC含量为36.99%。通过基因预测软件分析得到基因17 676个,共注释基因13 243个。通过进化树与同源基因比较分析,与目前基因组测序完成的仅有的3株接合菌基因组相比,序列相似性普遍偏低,与华根霉存在较为显著的差异,但同源基因的相似性在60%左右。代谢分析表明,华根霉中仅存在较少聚酮合成、萜类化合物合成途径代谢基因,存在大量异源物质降解途径基因。【结论】华根霉基本不具备产目前已知的真菌毒素的关键基因或合成能力,可以认为其发酵产品是相对安全的。在酿造过程中,不仅可作为糖化菌,在混菌发酵时,对部分具有抑菌能力的抗生物质具有降解功能,是发酵工业中应用的相对安全的重要生产菌。     

D190V点突变提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的最适温度和热稳定性

【目的】对来源于Rhizopus chinensis CCTCC M201021的脂肪酶进行了D190V定点突变, 提高该酶的最适温度和热稳定性。【方法】对毕赤酵母表达的突变酶D190V与野生型酶r27RCL进行酶学性质比较。【结果】D190V的最适温度比r27RCL高5 °C, 65 °C下的半衰期提高了一倍, 在其他性质方面, 突变酶D190V与r27RCL基本相似。【结论】通过结构分析表明, 定点突变D190V提高该酶稳定性的主要原因可能在于提高了突变位点所在的α螺旋的稳定性以及增强了稳定蛋白质结构的氢键作用力。     

华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶基因的分子改造及酶学特性的探究

本文对华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶(r27RCL)的氨基酸序列(A149C、V180C和F196C)进行定点突变。以未突变的野生型脂肪酶r27RCL作为对照,借助pPIC9K载体表达系统将野生脂肪酶及突变体在GS115中实现异源表达,并研究野生型脂肪酶r27RCL及突变体的酶学性质。结果表明,三个单突变体均不能与氨基酸残基C177形成二硫键,但是突变体r27RCL-V180C最大催化效率是野生型脂肪酶r27RCL的1.43倍,与不同碳链长度的p-NP(p-硝基苯酚)底物亲和力也相对提升,酶最适反应温度降低5℃。突变体r27RCL-A149C和r27RCLF196C较野生型具有更宽的p H作用范围。本文研究为探究华根霉来源的脂肪酶蛋白空间结构及酶基因改造提供了理论依据。     

固液态发酵中橄榄油对Rhizopus chinensis全细胞脂肪酶的影响*

主要对华根霉全细胞脂肪酶固态和液态两种发酵过程进行比较,并着重探讨不同培养方式下橄榄油对其合成活力和水解活力的影响。结果表明:液态培养较有利于菌体生长,对脂肪酶的生产也有一定的促进作用。橄榄油的加入不仅有利于菌体生长、提高脂肪酶水解活力,更可使脂肪酶的合成活力显著增加,液态发酵下的效果更为明显。橄榄油在整个发酵过程中可能既作为碳源又是脂肪酶的诱导物。另外,全细胞脂肪酶的水解活力和合成活力在固液态发酵条件下均存在不对应性,表明华根霉可能产性质不同的脂肪酶同功酶。     

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。     

固液态发酵中橄榄油对Rhizopus chinensis全细胞脂肪酶的影响

主要对华根霉全细胞脂肪酶固态和液态两种发酵过程进行比较,并着重探讨不同培养方式下橄榄油对其合成活力和水解活力的影响。结果表明：液态培养较有利于菌体生长,对脂肪酶的生产也有一定的促进作用。橄榄油的加入不仅有利于菌体生长、提高脂肪酶水解活力,更可使脂肪酶的合成活力显著增加,液态发酵下的效果更为明显。橄榄油在整个发酵过程中可能既作为碳源又是脂肪酶的诱导物。另外,全细胞脂肪酶的水解活力和合成活力在固液态发酵条件下均存在不对应性,表明华根霉可能产性质不同的脂肪酶同功酶。     

Changes in morphology of <Emphasis Type="Italic">Rhizopus chinensis</Emphasis> in submerged fermentation and their effect on production of mycelium-bound lipase

In order to control suitable mycelium morphology to obtain high lipase productivity by Rhizopus chinensis in submerged fermentation, the effects of fungal morphology on the lipase production by this strain both in shake flask and fermentor were investigated. Different inoculum level and shear stress were used to develop distinctive morphologies. Analyses and investigations both on micromorphology and macromorphology were performed. Study of micromorphology reveals that micromorphologies for dispersed mycelia and aggregated mycelia are different in cell shape, biosynthetic activity. Macromorphology and broth rheology study in fermentor indicate that pellet formation results in low broth viscosity. Under this condition, the oil can disperse sufficiently in broth which is very important for lipase production. These results indicate that morphology changes affected the lipase production significantly for R. chinensis and the aggregated mycelia were suggested to achieve high lipase production.     

易错PCR提高华根霉脂肪酶的热稳定性

为了提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的热稳定性,运用定向进化-易错PCR的方法,经两轮易错PCR引入突变,利用fast-blue RR顶层琼脂法对突变文库进行筛选,第一轮易错PCR后筛选到2株突变菌株,第二轮筛选到4株突变株。第二轮最佳突变株Ep2-4,其中3个氨基酸发生了突变：A129S、P168L和V329A。该突变酶ep2-4在60 ℃下半衰期相对原始酶r27RCL提高5.4倍,T50值提高7.8 ℃。酶学性质研究表明,突变酶ep2-4在热稳定性提高的基础上,仍保有良好的催化活性。蛋白质三维结构模拟显示,突变A129S可以和Gln133形成氢键,增加了酶表面的亲水性和极性;P168L可以与邻近的Leu164形成疏水键,导致突变酶的热稳定性提高。     

Synthetic activity enhancement of membrane-bound lipase from <Emphasis Type="Italic">Rhizopus chinensis</Emphasis> by pretreatment with isooctane

The cell-bound lipase from Rhizopus chinensis CCTCC M201021 with high catalysis ability for ester synthesis was located as a membrane-bound lipase by the treatments of Yatalase™ firstly. In order to improve its synthetic activity in non-aqueous phase, the pretreatments of this enzyme with various organic solvents were investigated. The pretreatment with isooctane improved evidently the lipase synthetic activity, resulting in about 139% in relative synthetic activity and 115% in activity recovery. The morphological changes of mycelia caused by organic solvent pretreatments could influence the exposure of the membrane-bound enzyme from mycelia and the exhibition of the lipase activity. The pretreatment conditions with isooctane and acetone were further investigated, and the optimum effect was obtained by the isooctane pretreatment at 4°C for 1 h, resulting in 156% in relative synthetic activity and 126% in activity recovery. When the pretreated lipases were employed as catalysts for the esterification production of ethyl hexanoate in heptane, higher initial reaction rate and higher final molar conversion were obtained using the lipase pretreated with isooctane, compared with the untreated lyophilized one. This result suggested that the pretreatment of the membrane-bound lipase with isooctane could be an effective method to substitute the lyophilization for preparing biocatalysts used in non-aqueous phase reactions.