高通量筛选工具的设计与应用

定向进化方法作为新兴的高效蛋白质工程手段,其内容包括蛋白质突变体文库的构建和有效突变体的快速筛选。高通量筛选方法是定向进化方法的重要组成部分,是成功获得有效突变体的关键。筛选的突变体数量越多,获得有效突变体的几率越大。以下介绍了目前已经成功应用于或有潜力应用于定向进化改造蛋白质的几种高通量筛选工具。高通量筛选工具的不断设计与开发将推动蛋白质工程领域的技术革新。     

酶定向进化的研究进展

定向进化在改造酶的性质方面已得到广泛应用,各种建立突变库的方法不断涌现。对新近发展的几种突变技术(如寡核苷酸设计型装配重组技术ADO、非序列同源蛋白重组SHIPREC等)进行了简要地介绍与分类。与突变技术相对应的筛选方法也在逐渐改变和完善,这里仅介绍高通量筛选方面的一些最新进展。     

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。     

重组人淋巴毒素随机点突变组合文库的构建

构建重组人淋巴毒素（rhLT）随机点突变组合文库以进行体外分子进化及结构和功能的研究。应用含随机核苷酸序列的引物,通过Overlap PCR的方法分别对rhLT 的46、106和130位氨基酸进行定点随机突变,获得各单点随机突变体库。通过基因操作将这三个单点随机突变体库拼接并克隆于Pmd_18T载体建立三点组合突变体文库,DNA测序鉴定突变位点的随机性和多样性,原核表达该变异体库,体外测定生物学活性。成功获得rhLT三点随机点突变组合文库,其转化克隆数达到1.5×10⁵,是多样性理论值的4.5倍。50个样品的序列分析显示各个位点的核苷酸和氨基酸序列的突变都呈随机性分布。对原核表达的30个样品进行生物学活性测定,结果70%(21个)的样品无活性、23.3%(7个)的样品活性低于rhLT、6.7%(2个)的样品活性高于rhLT。成功构建了rhLT随机点突变组合文库,该库不仅在一级结构上具有良好的随机性和多样性,而且具有生物学活性的多样性,为应用噬菌体展示等高通量筛选策略对淋巴毒素进行体外分子进化和结构与功能的深入研究打下了基础。     

通过原位易错PCR一步构建基因突变文库

主要介绍一种通过原位易错PCR构建随机突变文库的新技术。本实验室最近发表的一项国际专利中,利用来源于海栖热孢菌的极耐热性DNA连接酶,在传统PCR循环中加入一个连接步骤,即变性—退火—延伸—连接的四步循环法PCR,从而实现环状质粒的PCR指数扩增(PPCP)。原位易错PCR中所用引物为一段线性双链DNA,它含有与模板质粒不同的筛选标记,产物转化宿主菌后,模板质粒在筛选平板上被直接剔除。筛选到的阳性突变子可用作模板直接进入突变文库的再次构建,通过筛选获得二级或多级累加的正突变。利用这种方法构建了一个木聚糖酶基因和一个纤维素酶基因的随机突变文库,并筛选出具有正向突变的蛋白,证明以PPCP为基础的原位易错PCR技术,为基因定向进化提供了一种快速有效的随机突变文库构建的新方法。     

蛋白质定向进化的研究进展

在工业生物催化过程和生物细胞工厂构建方面,蛋白质定向进化被广泛地应用于酶的分子改造.蛋白质定向进化不仅可以针对某一目的蛋白进行改造,还可以改善代谢途径、优化代谢网络、获得期望表型细胞.为了获得更高效的突变效率,快捷、高通量的筛选方法,提高蛋白质定向进化的效果,研究者不断开发蛋白质体内、体外进化方法,取得了新的进展和应用.本文介绍了最近发展的蛋白质定向进化技术的原理、方法及特点,总结了突变文库的筛选方法和蛋白质定向进化的最新应用,最后讨论了蛋白质定向进化存在的挑战和未来发展方向.     

人干扰素α1c／86D AB环突变文库的构建及细胞筛选

人干扰素α１ｃ／８６ＤＡＢ环突变文库的构建及细胞筛选马学军胡荣１吕海２魏开坤张丽兰薛水星侯云德（中国预防医学科学院病毒学研究所,病毒基因工程国家重点实验室北京１０００５２）噬菌体表面呈现（ｐｈａｇｅｄｉｓｐｌａｙ）技术是由Ｓｍｉｔｈ〔１〕博士于１９...     

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。     

小麦抗病基因表达谱中的文库构建与筛选方法研究

以抗白粉病品系“百农 32 17×Mardler”BC5F4为材料 ,构建了白粉病菌诱导的普通cDNA文库和抑制消减杂交(SSH)cDNA文库。分别对两文库进行了一定规模的测序 ,获得普通cDNA文库不重复ESTs 387条和SSHcDNA文库ESTs 76 0条。将获得的ESTs与GenBank序列进行了BLASTn、BLASTx同源性分析。结果表明 :在普通文库中 ,一些参与光合作用与核糖体构成等的基因出现频率较高 ,而获得的抗病相关基因则较少。消减文库在构建方法、抗病相关基因的富集等方面具有明显的优越性 ,是目前抗病基因表达谱研究中的较好方法。利用高密度点阵膜杂交技术对两文库的筛选结果表明 ,该方法具有相对简便易操作、杂交膜可反复使用等优点 ;但也存在mRNA及同位素用量大等问题。经筛选 ,消减文库中有 5 4 1%的功能已知ESTs为抗病相关基因 ,被证明参与了小麦抗白粉病反应     

噬菌体展示文库筛选技术的研究进展

噬菌体展示技术是将编码外源蛋白或多肽的基因片段定向插入到噬菌体的外壳蛋白基因区,使外源蛋白或多肽通过与噬菌体外壳蛋白融合而表达并展示于噬菌体表面,进而筛选表达特异蛋白或多肽的噬菌体,已发展成为生物学后基因组时代一个强有力的实验技术.噬菌体展示文库的筛选是其关键环节.为了提高筛选效率,许多研究者对传统的筛选技术进行了改进,如选择性感染噬菌体、迟延感染性噬菌体、以DNA为基础的筛选方法、亲合力捕获和反复筛选和封闭筛选法等,用于筛选的靶标也越来越具有多样性,使得这一技术有了更加广阔的发展前景.     

脂肪酶和酯酶的定向进化及其应用

简单介绍了脂肪酶和酯酶的定向进化的方法和策略。重点介绍了脂肪酶和酯酶的高通量筛选方法及定向进化研究所取得的主要进展。     

利用雨生红球藻表达系统高通量筛选活力提高的阿特拉津氯水解酶突变子

阿特拉津氯水解酶定向改造的关键是开发一种廉价的、表型改变明显的高通量筛选方法。利用高错误倾向PCR和DNA洗牌相结合的突变方法,对来源于假单胞菌ADP和节杆菌AD1的阿特拉津氯水解酶基因进行随机突变,以雨生红球藻为受体、以阿特拉津为选择压力对突变文库进行高通量筛选。筛选到的12个突变子序列分析显示,突变均为点替换,位点分散在全基因上,是在高错误倾向PCR及DNA洗牌过程中逐渐累积形成的。酶活力分析显示,突变子的酶活力均高于野生株,在添加1.0 mg/L阿特拉津培养液中的活力是野生株的1.9~3.6倍,在添     

Recent advances in the improvement of enzyme thermostability by structure modification

Abstract

Thermostability is considered to be an important parameter to measure the feasibility of enzymes for industrial applications. Generally, higher thermostability makes an enzyme more competitive and desirable in industry. However, most natural enzymes show poor thermostability, which restricts their application. Protein structure modification is a desirable method to improve enzyme properties. In recent years, tremendous progress has been achieved in protein thermostability engineering. In this review, we provide a systemic overview on the approaches of protein structure modification for the improvement of enzyme thermostability during the last decade. Structure modification approaches, including the introduction of non-covalent interactions and covalent bonds, increase of proline and/or decrease in glycine, reinforcement of subunit–subunit interactions, introduction of glycosylation sites, truncation and cyclization have been highlighted.