牦牛瘤胃中产脂肪酶微生物的分离与鉴定

【背景】脂肪酶是一类特殊的酯键水解酶,广泛应用于工业化生产中,微生物是工业脂肪酶的主要来源。瘤胃中微生物种类繁多、数量庞大,已有关于瘤胃微生物产纤维素酶的报道,尚无产脂肪酶瘤胃微生物的分离筛选报道。【目的】从牦牛瘤胃中分离筛选出能够产脂肪酶的微生物,并进行菌株鉴定及其酶学性质的研究。【方法】以橄榄油为唯一碳源,通过中性红油脂平板进行初步筛选后,用改进铜皂-分光光度法测定酶活力进行复筛;再经形态学观察、生理生化实验和16S rRNA基因序列分析进行菌种鉴定;研究3种脂肪酶的最适作用温度、pH值及金属离子、有机溶剂和表面活性剂对酶活力的影响。【结果】筛选出6株酶活力较高的菌株,其中3株为液化沙雷氏菌,2株为白地霉,1株为卷枝毛霉。脂肪酶的酶学性质研究表明:液化沙雷氏菌、白地霉和卷枝毛霉所产脂肪酶的最适作用温度为45、35和40°C;最适pH为8.0、7.0和7.0;Ca2+和Mg2+对3种脂肪酶均有激活作用;Zn2+对3种脂肪酶有不同程度的抑制作用,EDTA、SDS可使3种脂肪酶失活;3种脂肪酶对丙三醇的耐受力较高,卷枝毛霉脂肪酶对甲醇、乙醇、丙酮的耐受力较高。【结论】从牦牛瘤胃中分离出3种产脂肪酶的微生物,且证实瘤胃微生物在脂肪酶研究方面具有较高的价值。     

Purification of lipase from Aspergillus niger and its characterization analysis

从黑曲霉发酵液中经硫酸铵分级沉淀,Phenyl-Sepharose疏水柱层析,DEAE-Sepharose 4B阴离子交换柱得到电泳纯的脂肪酶,纯化倍数达10倍,回收率50％.对脂肪酶的性质分析表明:该酶分子质量约为35 kDa,最适温度和最适pH分别为37℃和9.5,50℃以下和pH6.0～11.0之间保持稳定,属于碱性脂肪酶.Mg2+、Ca2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Mn2+对该酶有激活作用,而Al3+、Fe2+、Fe3+对酶有严重抑制作用.变性剂盐酸胍和脲对其未见显著影响,而SDS强烈抑制其酶活.用不同氨基酸修饰剂对酶进行修饰,其中NBS和PMSF强烈抑制该酶活性,NBSF和DTT在低浓度下对酶活影响不大,2,3-丁二酮在高浓度下影响其活性.外加稳定剂如NaCl、PEG、甘油、山梨醇、海藻酸钠,均可不同程度的延长脂肪酶的半衰期.在一定质量比条件下,该酶有良好的抗蛋白酶性质.     

酿酒酵母脂肪酶基因TGL3的克隆及其在毕赤酵母中的高效表达

目的：克隆Saccharomy cescerevisiae脂肪酶基因,并实现其在Pichia pastoris中高效表达。方法：根据NCBIGenBank中已公布的Saccharomyces cerevisiae脂肪酶基因TGL3设计引物,以Saccharomyces cerevisiae总DNA为模板,PCR扩增目的片段,构建重组子pPIC9K-TGL3,转化到Pichia pastoris GS115。结果：扩增得到1929bp的基因片段,与GenBank中公布的序列氨基酸同源性达99.7%,编码的643个氨基酸中有脂肪酶的保守序列GXSXG,位于235～239位。重组子摇瓶发酵120h发酵液上清脂肪酶酶活达到60U/mL,酶学性质研究表明：该酶的最适作用温度为40℃,在25℃～40℃之间能保持60%以上酶活力。最适pH值为8.5,在pH6.5～9.0之间能保持50%以上的酶活力。除Al3＋和Fe2＋外,该酶不受Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋、Cu2＋、Mn2＋、Ni＋、Sr2＋等多种金属离子的影响。结论：发酵液上清脂肪酶酶活达到60U/mL,是原菌株的10倍,成功实现了该基因的高效表达。     

Proteus sp.脂肪酶基因在大肠杆菌中表达及性质研究

目的:筛选获得高活力的微生物脂肪酶,实现其异源高效表达。方法:通过富集培养、平板筛选、单菌落发酵验证以获得产脂肪酶菌株,克隆脂肪酶基因,构建重组质粒在大肠杆菌中表达,纯化后进行酶学性质研究。结果:获得一株高产脂肪酶的菌株,经16S rDNA鉴定属于Proteus sp。根据已报道的来源于Proteus vulgaris的脂肪酶基因设计引物,克隆其全长基因,大小为864 bp,编码287个氨基酸。构建重组表达质粒pET32a-lipK19,在大肠杆菌中表达酶活达1 500 U/mL。该脂肪酶的最适温度为40℃,最适pH为9,在pH 8~10之间稳定性较好,Ca2+对酶有激活作用,表面活性剂等对酶抑制作用明显,对有机溶剂有一定的耐受性。结论:克隆表达了一Proteus sp脂肪酶,并对其性质进行了研究,为其应用奠定基础。     

产脂肪酶重组枯草芽胞杆菌的发酵优化

笔者所在实验室前期筛选到1株产脂肪酶粘质沙雷氏菌,克隆其脂肪酶基因,构建重组枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis 168/pMA5-lipA,成功实现了来源于粘质沙雷氏菌的脂肪酶基因在枯草芽胞杆菌中的表达。基于以上工作基础上,对B.subtilis 168/pMA5-lipA进行了摇瓶水平上的产酶发酵优化。首先通过单因素和正交试验确定了有利于产脂肪酶的最佳培养基成分,并对发酵条件进行了优化。结果表明:优化后的培养基组分为蔗糖35 g/L,玉米浆27.5 g/L,(NH4)2SO41.25 g/L,CaCl24 g/L,pH 7.0。在最优发酵培养基的条件下,37℃、160 r/min摇床培养33 h,每毫升发酵液中重组菌脂肪酶酶活可达98.6 U,是优化前的3倍。     

利用冰核蛋白N末端结构域在大肠杆菌表面展示粘质沙雷氏菌脂肪酶

【目的】利用细胞表面工程技术将活性脂肪酶展示于大肠杆菌细胞表面并对展示脂肪酶的酶学性质进行研究。【方法】将丁香假单胞菌冰核蛋白N末端结构域序列与粘质沙雷氏菌脂肪酶编码基因融合,构建成脂肪酶表面展示载体,并转化大肠杆菌BL21(DE3)。【结果】重组菌以终浓度0.05 mmol/L异丙基硫代-D-半乳糖苷(IPTG)、25°C条件下诱导培养,16 h后表面展示脂肪酶活力达到最大值1 852 U/g细胞干重。表面展示酶的最适pH为9.0,最适反应温度为40°C,表面展示酶热稳定性较游离酶有较大提高,在40°C孵育1 h后仍能保持90%以上的酶活力。【结论】以上结果表明细菌表面展示技术为脂肪酶固定提供了一个很有前景的替代方法。     

Pseudomonas sp. RT-1低温脂肪酶的纯化及酶学特性

Pseudomonas sp. RT-1是从低温环境下分离的低温脂肪酶产生菌,对该菌产生的胞外脂肪酶(PL-1)进行纯化,并对其酶学特性进行初步研究。Pseudomonas sp. RT-1的发酵上清液经60%(NH4)2SO4沉淀、12~14000截留相对分子质量(MWCO)透析袋透析、Sephadex G75分子筛和超滤浓缩后,得到了电泳纯的P-L1。SDS-PAGE电泳估算其表观相对分子质量为4.43×104。对其酶学特性研究表明:PL-1是低温碱性脂肪酶且对有机溶剂的耐受性较好。10~40℃内有较好的催化活性,最适作用温度为18℃;0~50℃该酶的稳定性较好,当温度超过50℃时则容易失活;最适作用pH为10.2,且pH在9~11时较稳定;该酶对有机溶剂的耐受性较好,10mmol/L的Ca2+、K+、Na+和Fe3+对PL1的酶活力有促进作用,其中Ca2+促进作用最大,提高了146.07%,而10mmol/L的Cu2+、Co2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+、Ba2+和Al3+对酶活力具有不同程度的抑制作用,其中Al3+抑制作用最强,抑制了98.55%;PL-1对C链长度小于或等于12的短链脂肪酸形成的甘油三酯具有较强的水解能力;1mmol/L的去氧胆酸盐(desoxycholate)和0.01%的Triton X100对酶活力具有提高作用,分别提高了30.74%和11.83%;0.01%的SDS和Tween-80、1mmol/L的EDTA和尿素对酶活都有抑制作用,其中EDTA的抑制作用最大,抑制了80%。     

定点突变Ca~(2+)平衡位点对粘质沙雷氏菌脂肪的影响

为了研究粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)脂肪酶lip A中的Ca~(2+)对酶活力的影响,采用定点突变的方法对平衡Ca~(2+)的位点D388进行定点突变,对突变体进行诱导表达后,纯化目的蛋白并进行酶学性质分析。与野生酶相比,突变酶的最适温度由40℃降低到25℃,最适p H值由8.5降到8.0,T_(1/2)值比野生酶提高了2℃。由此可知,该Ca~(2+)对脂肪酶lip A酶学性质有着至关重要的作用。     

扩展青霉脂肪酶基因克隆、密码子优化及表达

【目的】克隆扩展青霉脂肪酶基因,实现具强催化活性的脂肪酶的异源高效表达。【方法】利用RT-PCR扩增扩展青霉CICC 40356脂肪酶(PEL)cDNA序列,利用重叠延伸PCR(Over-lap extension PCR)技术对PEL的10个稀有氨基酸密码子和表达载体pPIC9Kα信号肽的9个氨基酸密码子进行了优化,获得了改造过的脂肪酶基因PELM和表达载体pPIC9KM。并构建了带有脂肪酶自身信号肽的pPIC9K-PEL1、pPIC9KM-PELM1、pPIC3.5K-PEL1、pPIC3.5K-PELM1和不带有脂肪酶自身信号肽的pPIC9K-PEL2、pPIC9KM-PELM2六个重组质粒。利用对硝基苯酚棕榈酸酯(pNPP)为底物检测工程菌脂肪酶的酶活。在此基础上,对工程菌的酶学性质进行了研究。【结果】扩展青霉脂肪酶基因cDNA序列分析结果表明该序列与已报道PEL cDNA序列仅相差3个碱基,同源性高达99%。6个重组工程菌在甲醇诱导下,均表现出pNPP水解活性,28℃诱导100h时酶活达到最高,发酵上清的酶活分别为3.65 U/mL、30.49 U/mL、90.85 U/mL、212.05 U/mL、15.29 U/mL、76.32 U/mL。SDS-PAGE结果表明重组脂肪酶分子量均约28 kDa。酶学性质研究表明,重组脂肪酶PELM最适温度为35℃,最适pH为9.5,在pH7.0-10.0范围内该脂肪酶均较稳定,Ca2+和Mg2+对其有激活作用,Fe2+、Zn2+、Cu2+则有抑制作用,EDTA能使之快速失活。以不同碳链长度的对硝基苯酚酯为底物检测其底物特异性,结果显示其对中链酯(C8-C12)有较强的水解能力,最适底物为为C8的pNP酯。【结论】密码子优化后的扩展青霉脂肪酶基因在毕赤酵母中获得理想的表达,其酶活力比未优化的野生脂肪酶的提高了2.3-2.5倍,表明定点突变对其基因本身更改特有稀有密码子是实现PEL功能蛋白的异源高效表达的有效策略之一。     

里氏木霉重组t-PA的酶性质的研究

利用分光光度计对里氏木霉重组t-PA的性质进行了研究,结果表明该酶对高温较为敏感,60℃酶完全失活;在pH6.4~7.6范围内,作用时间的长短对酶活力影响不大,保持较大的酶活;Zn2+和Fe3+离子对其有抑制的作用,Mg2+、Ca2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Na+、K+对酶有激活的作用。