集胞藻PCC6803高效基因表达平台的构建与评价

针对蓝细菌代谢工程改造的需求,成功构建了可以在模式蓝细菌菌株集胞藻PCC6803中高效表达外源基因的3个基因组整合表达平台,以及1个可以在多株蓝细菌中表达的广宿主穿梭表达平台。该表达平台通过选用集胞藻PCC6803中1,5-二磷酸核酮糖缩化酶/氧化酶的启动子驱动外源基因的表达,应用“SD-AUG”翻译融合的策略提高外源蛋白翻译效率,以及加入终止子序列Trbc以提高转录终止效率,实现了对外源基因的高效表达。利用lacZ作为报告基因,检测了所构建表达平台pFQ20在集胞藻中的基因表达效率,结果显示β-半乳糖苷酶的活性为109 Miller。同时,基于pFQ20表达平台在集胞藻PCC6803中表达了来自大肠杆菌的硫酯酶基因tesA’,蛋白印迹实验结果显示了硫酯酶的成功表达。该表达平台为在蓝细菌中开展遗传研究及基因工程改造提供了有用的遗传工具,其构建策略为在蓝细菌中构建高效稳定的外源基因表达元件提供了借鉴。     

蓝藻硫酯酶催化多肽环化适用性分析

硫酯酶(thioesterase, TE)具有区域定向性（regiospecific）、化学定向性（chemospecific）及立体定向性（stereospecific）的特点。这些特性决定了TE作为生物催化剂（biocatalysis）在工业生产中具有较高的应用价值和广阔的应用前景。McyC-TE (microcystin thioesterase, McyC TE)来自铜绿微囊藻（microcystis aeruginosa）NRPS/PKS生物合成基因簇。我们利用正交试验提高McyC TE表达量,得到稳定的诱导表达条件,并结合成熟的线性多肽化学合成法对其底物适用性做了进一步研究。得到的最佳诱导表达条件为：诱导时机2 h,诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside, IPTG）浓度0.75 mmol/L,诱导时间6 h,诱导转速210 r/min,诱导温度20 ℃,使TE的表达量由8.75 mg/L提高至22.15 mg/L,时间缩短了6.5 h。TE表达量的大幅度提升和表达时间的缩短为将来酶的结构及催化机制研究奠定了基础。TE底物适用性研究结果发现：McyC TE并不遵循“4 n + 2原则”;底物中转角过多不仅不利于环肽的形成,更可能形成卷曲影响环化;无D型氨基酸亦可通过加入其它位阻较小较灵活的Gly或者自带天然转角Pro的可弱化肽链的刚性,促进催化反应;含苯环的Phe的引入在一定程度上阻碍了环化;底物无肽链氨基酸数目奇偶性的选择;延长多肽链长度也可环化,McyC-TE的底物容忍度较大,使天然多肽药物筛选范围增大,也为增强天然多肽药物药效增加了改良方案,为进一步研究McyC TE的催化功能提供了实验基础。     

非核糖体肽Skyllamycin B生物合成中I型硫酯酶底物杂泛性的初步研究

[背景] Skyllamycins是一类从链霉菌中发现的具有血小板生长因子抑制和生物膜抑制作用的非核糖体肽类,其环肽环合反应是由非核糖体肽合成酶中的硫酯酶功能域催化完成。[目的] 克隆和表达Skyllamycin非核糖体肽合成酶最后一个模块中的硫酯酶（Skyxy-TE）基因,合成Skyxy-TE底物类似物,通过体外催化实验表征Skyxy-TE的底物杂泛性。[方法] 采用Ligation Independent Cloning（LIC）方法,从一株含有Skyllamycin B生物合成基因簇的链霉菌Streptomyces sp.PKU-MA01239中克隆和表达skyxy-TE,通过镍离子柱亲和层析纯化Skyxy-TE。运用固相多肽合成法合成2个底物类似物1和2,进行Skyxy-TE的体外催化实验。[结果] 通过对Skyxy-TE的表达纯化,获得了纯度较好的可溶性蛋白;通过固相多肽合成,得到了能够模拟Skyllamycin B底物类似物的化合物1和2,硫酯酶蛋白体外催化化合物1和2得到了化合物3和4,化合物3和4通过核磁共振和高分辨质谱确认为环肽。[结论] Skyllamycin B生物合成中Skyxy-TE表现出一定的底物杂泛性,可以识别底物类似物催化环化反应,该研究为将来利用化学-酶联法制备更多环肽类似物提供了依据。     

非核糖体肽合成酶的末端硫酯酶与多肽环化

非核糖体肽合成酶（nonribosomal peptide synthetases,NRPSs）能以多载体巯基化模板机制合成各种结构复杂、种类繁多的次生代谢非核糖体环肽.根据环肽末端环化的方式,可分为两大类：大环内酯型和内酰胺型.负责非核糖体环肽最终环化的硫酯酶（thioesterase,TE）属于α/β水解酶超家族.该家族包括：脂酶、蛋白酶、酯酶等,其共有特征是含有保守的催化三元件（Ser-His-Asp）,起到终止反应和释放产物的功能. TE具有区域定向性（regiospecific）、化学定向性（chemospecific）及立体定向性（stereospecific）的特点,在非核糖体肽（nonribosomal peptide,NRP）的合成反应中具有决定性作用,直接影响到最终环肽的生成. 同时,TE由于其特有的环化和水解的双重活性,在体外的线性多肽环化中越来越受到众多学者的关注. 综合国内外相关文献,本文着重从TE介导下的产物释放机制和影响因素两个方面综述非核糖体末端硫酯酶的研究进展及其应用.     

优化硫酯酶表达提高大肠杆菌脂肪酸乙酯的生物合成效率

利用基因工程大肠杆菌直接从头生物合成脂肪酸乙酯 (生物柴油) 的相关研究引起了国内外研究人员的广泛关注。在本课题组已经构建的能够从头合成脂肪酸乙酯的大肠杆菌菌株KC3的基础上,通过替换表达不同来源的硫酯酶,发现表达来源于香樟树的硫酯酶Cc FatB1基因能够提高脂肪酸乙酯产量。进一步通过共表达Cc FatB1和大肠杆菌硫酯酶tesA’基因,以及启动子优化,获得了高产脂肪酸乙酯工程菌株KC4。KC4菌株在摇瓶条件和发酵条件下的单位生物量脂肪酸乙酯产率分别为21.4 mg/ (L?OD600)和31.16 mg/ (L?OD600)。该工程菌株的构建进一步提高了脂肪酸乙酯产量,显示了通过基因工程改造大肠杆菌从头合成生物柴油的应用潜力。     

硫酯酶结构域对酮内酯类化合物合成的影响

在I型聚酮合成酶(polyketide synthase,PKS)中,硫酯酶结构域(Thioesterase,TE)负责将聚酮长链从PKS上水解下来,并协助环化为大环内酯环.分别将红霉素TE、ACP6-TE和苦霉素模块6(PikM6)基因转入糖多孢红霉菌KR6突变体中表达,仅PikM6显著促进酮内酯类化合物的合成,表明TE只有融合于模块中才能充分发挥硫酯酶的功能.     

海洋链霉菌酰基辅酶A硫酯酶基因的克隆及分析

酰基辅酶A硫酯酶(ACOT)是催化脂酰辅酶A水解成自由脂肪酸和辅酶A的一类酶,而II型ACOT对底物具有较高的特异性,在脂肪酸合成途径中起着重要的作用,II型ACOT的缺乏或失调会导致机体脂肪酸代谢的紊乱,从而引起一系列疾病。从海洋链霉菌L1基因组DNA中克隆到786碱基的ACOT II基因,生物信息学分析表明其拟编码262个氨基酸,与Acyl-CoA thioesterase II (sequence ID:WP 069742521.1)相似性达到100%。BLAST比对发现,其属于热狗超家族成员,并包含一个II型硫酯酶催化反应的特有结构域。并构建了表达载体pET32a-ACOT II,0.5 mmol/L IPTG诱导目的基因表达,SDS-PAGE显示其分子量约为37.0 kD。通过对链霉菌中II型ACOT基因的研究,可为进一步深入研究II型硫酯酶的分子结构和生物学功能,进而指导药物研发提供参考。     

拟南芥硫酯酶基因在毕赤酵母中的表达

硫酯酶在生物体内能催化水解脂酰酰基载体蛋白和饱和脂肪脂酰链,对中链脂肪酸(Medium chain fatty acids,MCFAs)的积累起着关键作用。为获得具有生产中链脂肪酸能力的工程菌,以拟南芥c DNA为模板,PCR扩增得到其脂酰-ACP硫酯酶基因At Fat A,经Eco RⅠ/XbaⅠ双酶切后连接至同样双酶切的质粒中,获得重组质粒p PICZαA-At Fat。将重组质粒电击转入毕赤酵母GS115中,通过Zeocin抗性筛选,挑选出阳性克隆子并摇瓶发酵诱导,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析获得明显目的蛋白条带,首次成功构建At Fat A的真菌表达系统。气质联用法检测发酵产物胞外游离脂肪酸,发现毕赤酵母At Fat A重组菌株比起始GS115菌株胞外游离MCFAs(主要是辛酸)产量增加51%,MCFAs产量占胞外总脂肪酸产量的28.7%,而野生菌中这一比例仅有18.1%,这为日后生产安全无毒害的MCFAs探索了一条新的途径。     

蓝藻硫酯酶催化多肽环化适用性分析北大核心CSCD

硫酯酶(thioesterase,TE)具有区域定向性(regiospecific)、化学定向性(chemospecific)及立体定向性(stereospecific)的特点。这些特性决定了TE作为生物催化剂(biocatalysis)在工业生产中具有较高的应用价值和广阔的应用前景。Mcy C TE(microcystin thioesterase,Mcy C TE)来自铜绿微囊藻(microcystis aeruginosa)NRPS/PKS生物合成基因簇。我们利用正交试验提高Mcy C TE表达量,得到稳定的诱导表达条件,并结合成熟的线性多肽化学合成法对其底物适用性做了进一步研究。得到的最佳诱导表达条件为:诱导时机2 h,诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-Dthiogalactopyranoside,IPTG)浓度0.75 mmol/L,诱导时间6 h,诱导转速210 r/min,诱导温度20℃,使TE的表达量由8.75 mg/L提高至22.15 mg/L,时间缩短了6.5 h。TE表达量的大幅度提升和表达时间的缩短为将来酶的结构及催化机制研究奠定了基础。TE底物适用性研究结果发现:Mcy C TE并不遵循"4 n+2原则";底物中转角过多不仅不利于环肽的形成,更可能形成卷曲影响环化;无D型氨基酸亦可通过加入其它位阻较小较灵活的Gly或者自带天然转角Pro的可弱化肽链的刚性,促进催化反应;含苯环的Phe的引入在一定程度上阻碍了环化;底物无肽链氨基酸数目奇偶性的选择;延长多肽链长度也可环化,Mcy C TE的底物容忍度较大,使天然多肽药物筛选范围增大,也为增强天然多肽药物药效增加了改良方案,为进一步研究Mcy C TE的催化功能提供了实验基础。