微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅱ）——腈水合酶催化反应动力学与失活动力学

以丙烯腈为原料,微生物转化生产丙烯酰胺的过程中,酶催化反应是过程的关键。为了了解酶催化的动力学,本研究以自由细胞的酶为催化剂,进行了腈水合酶的反应动力学和失活动力学的研究。首先研究了菌体浓度、温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶催化反应速度的影响。结果表明,在这些因素中,温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。28℃时酶活为5659u/mL（菌液）,在5℃时的反应速率仅为28℃时的11.72%,相应的表观酶活为663u/mL（菌液）。而在丙烯酰胺45%浓度条件下的酶活大约只有丙烯酰胺5%浓度下的酶活的1/2。经过对不同温度下的反应速度的研究,得到腈水合酶水合反应的活化能为65.57kJ·mol^-1。本文进一步研究了自由细胞状态下,菌体浓度、pH值、温度、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度对腈水合酶失活的影响,得到了失活动力学。结果表明,在这些因素中,对酶失活影响的最主要因素还是温度和丙烯酰胺浓度。尤其当丙烯酰胺浓度到达35%时,酶活下降得很快,在55 h后,酶活几乎为零。而在丙烯酰胺浓度为10%的情况下,55 h的酶活仍然还存在约50%。试验结果还表明,丙烯腈对酶的稳定性的影响很小。经过数据处理,得到的28℃的酶失活速率常数为5℃下的2177倍。经过对温度与失活速率常数的拟合,得到腈水合酶失活反应的活化能为9228kJ·mol-1。     

肿瘤突变特征与病理分型的关联研究

准确评估肿瘤的病理亚型对诊断、治疗和预后至关重要。以往病理亚型的诊断主要依赖HE染色法和免疫组织化学法,而随着测序技术的不断发展,对患者进行基因型和表型特点的个体分析成为可能,将肿瘤病理分型与基因分型结合用于疾病分型、诊治选择和疗效判断的精准医学研究逐渐兴起。不同病理亚型的肿瘤细胞来源、致癌因素和临床表型均不尽相同,其在基因组上会留下特异“印迹”,即突变特征。本研究通过整合癌症基因组数据库(The Cancer Genome Atlas, TCGA)中肾癌、肺癌和食管癌的外显子测序数据,分别对3种肿瘤通过肿瘤基因突变特征进行肿瘤病理分型聚类和预测。首先通过非监督聚类方法将3种肿瘤分别按照24种突变特征进行聚类分析,其次通过随机森林法从24种突变特征中进一步选择对于区分不同病理亚型有显著性的突变特征并进行聚类分析,构建突变特征对3种肿瘤病理亚型的分型模型。在肾癌中,该模型准确率达到了100% (95% confidence interval (CI): 0.93~1.00),肺癌和食管癌中分别达到了78% (95% CI: 0.66~0.86)和84% (95% CI: 0.60~0.97)。以上研究结果表明,突变特征作为新型分子标记物,对肿瘤的病理分型、诊断,尤其是早诊具有一定的参考意义。     

腈水合酶基因克隆与调控表达的研究进展

微生物腈水合酶作为新型生物催化剂得到日益广泛的应用 ,但野生菌株本身存在的酶稳定性差等问题制约了这一绿色工艺的发展 ,基因工程菌为解决这个难题开辟了新的思路。总结了各种菌株中腈水合酶的序列研究进展 ,虽然基因序列和蛋白序列同源性不高 ,但它们都以基因簇的形式存在 ,并具有相同的活性中心序列。归纳了克隆并表达腈水合酶基因的基本步骤和方式 ,并提出几种有效增强重组腈水合酶活性表达的方法。     

微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅱ）—腈水合酶催化反应动力学与失活动力学

在以丙烯腈为原料 ,微生物转化生产丙烯酰胺的过程中 ,酶催化反应是过程的关键。为了了解酶催化的动力学 ,本研究以自由细胞的酶为催化剂 ,进行了腈水合酶的反应动力学和失活动力学的研究。首先研究了菌体浓度、温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶催化反应速度的影响。结果表明 ,在这些因素中 ,温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。 2 8℃时酶活为 5 6 5 9u mL(菌液 ) ,在 5℃时的反应速率仅为 2 8℃时的11 72 % ,相应的表观酶活为 6 6 3u mL(菌液 )。而在丙烯酰胺 45 %浓度条件下的酶活大约只有丙烯酰胺 5 %浓度下的酶活的 1 2。经过对不同温度下的反应速度的研究 ,得到腈水合酶水合反应的活化能为 6 5 5 7kJ·mol- 1 。本文进一步研究了自由细胞状态下 ,菌体浓度、pH值、温度、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度对腈水合酶失活的影响 ,得到了失活动力学。结果表明 ,在这些因素中 ,对酶失活影响的最主要因素还是温度和丙烯酰胺浓度。尤其当丙烯酰胺浓度到达 35 %时 ,酶活下降得很快 ,在 5 5h后 ,酶活几乎为零。而在丙烯酰胺浓度为 10 %的情况下 ,5 5h的酶活仍然还存在约 5 0 %。试验结果还表明 ,丙烯腈对酶的稳定性的影响很小。经过数据处理 ,得到的 2 8℃的酶失活速率常数为 5℃下的 2 1 7     

微生物法生产丙烯酰胺的研究(Ⅰ)——腈水合酶产生菌株的培养和高活力的表达

研究了丙烯酰胺生产菌株的培养条件。通过对培养过程pH值调控、培养基补料以及诱导剂加入量的研究 ,使发酵液的腈水合酶的活力达到了 6567u mL菌液。这一酶活是国内外所见报道中最高的。进一步进行了丙烯腈的酶催化水合实验 ,产物中并没有发现副产物丙烯酸 ,说明在提高腈水合酶的同时 ,酰胺酶的活力并没有明显体现这一试验结果为工厂化生产改造以及新工艺的研究打下了基础.     

生物信息学在工业生物催化研究中的应用

随着石油等不可再生资源的日益减少以及环境污染问题的日益严重,应用工业生物催化技术改造或取代传统化工工艺已经成为新世纪化学工业可持续发展的研究热点。工业生物催化技术的研究对象是生物催化剂及其催化过程。近来,利用生物信息学技术进行工业生物催化研究已经越来越受到人们的重视。随着工业生物催化的发展,生物信息学将直接指导并加快新型高效生物催化剂的发现及功能改造进程。     

透明颤菌血红蛋白的分离纯化与分析检测

透明颤菌血红蛋白(Vitreoscillahemoglobin,VHb)是惟一一种研究得较为透彻的原核生物氧结合蛋白血红蛋白。它支持细胞在微氧条件下进行好氧生长,克服发酵过程中的溶氧限制,因此在需氧微生物发酵工业中具有重要的应用价值。简述了VHb的分离纯化过程,综述了VHb的各种定性检测和定量分析方法,比较了各种检测分析方法的优缺点和适用性。提出利用改进的一氧化碳差光谱法以全细胞悬浮液为对象直接进行VHb的定量分析是发酵工业中应用VHb重组菌株的研究发展方向 。     

产腈水合酶重组大肠杆菌的质粒稳定性研究

成功构建了腈水合酶(nitrile hydratase,NHase)高表达的重组大肠杆菌E.coliBL21(DE3)/pETNH^M(Kan^r),研究了重组质粒pETNH^M在重组菌株中的质粒稳定性。结果表明,pETNH^M具有较好的结构稳定性,连续传代60代后质粒的基因序列没有明显缺失,且能够正常表达腈水合酶。pETNH^M具有分离不稳定性,在无抗生素选择压力下,连续传代48代后质粒丢失的无质粒细胞开始出现。琼脂糖凝胶电泳定量分析表明,2/3的质粒pETNH^M以二聚体形式存在,导致质粒拷贝数的下降。进一步研究表明,重组细胞的连续高速分裂及腈水合酶的高表达也会造成质粒拷贝数的下降,从而降低其分离稳定性。反之,重组菌株相对于宿主菌株的较高比生长速率有利于保持含质粒细胞的生长优势,卡那霉素的选择压力则能够保证质粒的稳定遗传。     

诺卡氏菌腈水合酶基因在重组毕赤酵母中的表达

为从基因水平上改造腈水合酶,进行了诺卡氏菌腈水合酶基因的外源表达研究。在重组大肠杆菌表达系统内,腈水合酶的α亚基几乎不能正常表达,在重组E. coli BL21(DE3) (pET32aNHBAX)中,腈水合酶活性仅为0.04U/mg。构建重组毕赤酵母表达质粒pPIC3.5kNHBAX,采用电穿孔转化法将其转入宿主菌P. pastoris GS115中,经过菌株培养和腈水合酶的诱导表达,筛选获得了优选菌株P. pastoris NH4。对P. pastoris NH4的细胞培养和腈水合酶的诱导表达条件进行优化,结果表明,重组腈水合酶在毕赤酵母中的表达水平可以达到0.52U/mg,但不能稳定积累。