滇金丝猴粪便微生物来源的β-半乳糖苷酶基因的表达及酶学性质

【目的】对滇金丝猴粪便微生物来源的β-半乳糖苷酶进行异源表达和纯化,并研究其酶学性质。【方法】从滇金丝猴粪便微生物的宏基因组中克隆出一个β-半乳糖苷酶基因galRBM20_1,对该基因进行异源表达和酶学性质分析。构建含有T7强启动子的pEASY-E2-galRBM20_1质粒,转化至大肠杆菌BL21(DE3),经IPTG诱导表达后进行酶学性质研究。【结果】滇金丝猴粪便来源的β-半乳糖苷酶(galRBM20_1)最适pH为5.0,在pH 4–7之间能保留70%及其以上的活性。最适温度为45°C,在37°C和45°C下耐受1 h,酶活不变。特别的是,该酶具有良好的Na Cl稳定性,经1–5 mol/L的Na Cl作用1 h后,相对酶活均能超过初始酶活:当NaCl的作用浓度为4 mol/L时,β-半乳糖苷酶相对酶活最高(146%);当NaCl的作用浓度为5mol/L时,β-半乳糖苷酶的相对酶活仍达到135%。【结论】本研究从滇金丝猴粪便微生物的宏基因库中克隆得到β-半乳糖苷酶基因galRBM20_1,并成功在大肠杆菌BL21(DE3)表达,首次从动物胃肠道宏基因组中获得具有耐盐和转糖基产Galactooligosaccharides(GOS)性能的β-半乳糖苷酶。该酶具有良好的耐盐性,和较广的pH作用范围,使其在食品、生物技术领域和环保方面的发展具有良好的应用价值。     

粪便微生物宏基因组来源的热稳定性邻苯二酚1,2-双加氧酶异源表达及酶学性质

【目的】克隆倭蜂猴粪便微生物宏基因组的邻苯二酚1,2-双加氧酶基因cat PLCgl,并对该酶进行异源表达及酶学特性研究。【方法】利用宏基因组高通量测序技术获得cat PLCgl,并对其氨基酸序列进行分析。将cat PLCgl重组到载体p EASY-E2中并转化到大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达,研究其酶学性质。【结果】cat PLCgl全长852 bp,G+C含量48%,编码283个氨基酸,理论分子量为33.56 k D。重组Cat PLCgl酶学性质分析显示最适作用p H为7.0,其中在p H 7.0–10.0范围内处理1 h后,酶活剩余90%以上;最适作用温度为40°C,在25°C和40°C条件下稳定性较好,耐受210 h酶活性几乎不变。重组酶在最适条件下的动力学参数K_m、V_(max)和k_(cat)分别为24.9μmol/L、8.3 mmol/(min·g)和13.7 s~(-1);Fe~(2+)、Hg~(2+)、Cu~(2+)、Triton X-100、SDS、Ag+强烈抑制该酶活性,而其它金属离子及有机试剂影响较小。【结论】从倭蜂猴粪便微生物宏基因组中克隆得到邻苯二酚1,2-双加氧酶基因cat PLCgl,并对重组Cat PLCgl酶学性质进行研究,该酶具有较好的热稳定性和耐碱性,在降解环境中的邻苯二酚和生产顺,顺-己二烯二酸方面具有应用潜力。     

粪便微生物宏基因组来源L-天冬酰胺酶的性质表征及应用研究

l-天冬酰胺酶是氨基酸代谢的关键酶,广泛应用于食品和医药领域,肠道菌群及其产生的l-天冬酰胺酶与宿主健康和疾病关系密切。【目的】获取肠道微生物来源的新型l-天冬酰胺酶,并对其进行性质表征和应用研究。【方法】以西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组为模板,克隆l-天冬酰胺酶基因,并在大肠杆菌中表达;对表达出的酶进行酶学性质研究,并用于处理薯条和癌细胞。【结果】克隆获得l-天冬酰胺酶基因NCasn5,全长996 bp,重组酶NCasn5分子量大小为37.296 kDa,最适pH为8.0,最适温度为60 ℃,K_m和V_max值分别为(3.33±0.21) mmol/L和(836.30±13.91)µmol/(min·mg),37 ℃体外血清半衰期约69 h。NCasn5能降低薯条中69.35%的丙烯酰胺含量,抑制人肝癌细胞QGY-7703和人恶性黑色素瘤细胞A-375细胞的生长。【结论】本研究获得的新型l-天冬酰胺酶,具有良好的热稳定性和较长的血清半衰期,不仅无谷氨酰胺酶活性,还能减少油炸薯条中丙烯酰胺的含量,也能诱导癌细胞QGY-7703和A-375凋亡,在食品加工及医药领域具有潜在的应用价值。     

西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组来源的丙氨酸消旋酶的异源表达及性质研究

丙氨酸消旋酶是异构酶家族中一类重要的酶,既能作为新型抗菌药物筛选的靶标,又是酶法合成D-氨基酸的关键酶之一,有巨大的研究价值.[目的]为挖掘动物胃肠道中未培养微生物的丙氨酸消旋酶基因资源,探究不同微生物来源丙氨酸消旋酶基因及其酶的功能和性质.[方法]本研究从西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组出发,基于序列分析和基因功能注释...     

沼气池宏基因组文库中未培养微生物β-葡萄糖苷酶基因的克隆与鉴定

以间接提取法提取了沼气池样品的微生物宏基因组DNA,用柯斯质粒载体pWEB:TNC构建了一个含三万个克隆的沼气池宏基因组文库,对文库中的克隆随机分析表明,该文库的外源片段平均长度为40 kb,文库的总容量为1 .2×106kb。对其中的一个在七叶苷平板上显色的阳性克隆pGXN100进行进一步亚克隆、测序和序列分析。结果表明,pGXN100上有一个全长为1 863bp的ORF,编码621个氨基酸组成的蛋白质。将该基因命名为Unglu100。与产气克雷伯菌属的一个β-葡萄糖苷酶基因AN292在核苷酸和氨基酸水平上分别有76%和85%的同源性,利用SMART软件进行预测表明,Unglu100可能是PTS中β-葡萄糖苷酶特异性的转运蛋白组件。     

高糖土壤微生物宏基因组文库的构建及β-葡萄糖苷酶基因鉴定

采用宏基因组技术构建了高糖土壤微生物的DNA文库,该文库约含9万个克隆,文库外源DNA总容量为3.1×10~9bp。利用活性筛选策略,对文库进行筛选,获得11个β-葡萄糖苷酶的阳性克隆,并对其中2个表达β-葡萄糖苷酶的克隆进行亚克隆和序列分析,获得两个编码新型β-葡萄糖苷酶的基因分别命名为:unbgl3A和unbgl3B。生物信息学分析表明:unbgl3A基因由2241个碱基对组成,unbgl3B基因由2292个碱基对组成。在核苷酸水平上,unbgl3A、unbgl3B与已知数据库中的β-葡萄糖苷酶基因没有任何相似性。在氨基酸水平上,与GenBank数据库中已知β-葡萄糖苷酶的相似性分别为73%和69%。     

西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组来源的高比活α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶的重组表达及酶学性质

【背景】α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶是一类重要的半纤维素酶,能协同其他半纤维素酶降解木聚糖,在食品、医药、生物质能转化中具有应用价值。【目的】挖掘新型α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶基因,对其进行异源表达、纯化并研究其酶学性质。【方法】从西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组中扩增α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶基因,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行异源表达,并进行酶学性质研究。【结果】从粪便微生物宏基因组中扩增得到α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶基因AbfNC2b_38,并获得重组α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶AbfNC2b_38,其分子量为57.04 kDa。AbfNC2b_38的最适作用条件为55 ℃、pH 6.0,K_m和V_max分别为(6.48±0.73) mmol/L和(1 248.0±114.6) U/mg,与其他宏基因组来源的α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶相比具有最高比活300.81 U/mg。AbfNC2b_38具有较好的乙醇和NaCl耐受性,30%乙醇下耐受1 h保持68%的活性;25% NaCl中耐受1 h,相对酶活仍保持在约70%。与木聚糖酶协同降解山毛榉木聚糖时,协同率最高为1.21。【结论】从西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组中获得新型α-l-阿拉伯呋喃糖苷酶基因AbfNC2b_38并成功异源表达。AbfNC2b_38具有较好的乙醇和NaCl耐受性,能与木聚糖酶协同作用提高木聚糖的降解效率,在饲料、食品加工等领域具有潜在的应用价值。     

红树林土壤微生物宏基因组文库的构建及两种新颖的β-葡萄糖苷酶基因的鉴定

宏基因组技术是挖掘微生物新酶的重要途径。通过构建红树林土壤微生物Fosmid文库,共获得了约100 000个阳性克隆,该文库外源插入片段平均长度约为30 kb,文库容量达3 Gb。通过对文库中10 000个克隆进行功能筛选,获得了17个具有β-葡萄糖苷酶活性的克隆。对其中2个表达β-葡萄糖苷酶的克隆进行亚克隆,获得2个新颖的β-葡萄糖苷酶的基因,分别命名MhGH3和bgl66。生物信息学分析表明,MhGH3基因由1 992个碱基对组成,bgl66基因由2 025个碱基对组成。在氨基酸水平上,MhGH3和bgl66编码的蛋白质与GenBank数据库中已知β-葡萄糖苷酶的一致性分别为64%和55%。     

粪便宏基因组来源低分子量碱性β-半乳糖苷酶的异源表达及酶学性质

【背景】β-半乳糖苷酶在食品加工、临床医疗及基因工程等领域有重要的应用价值,开发酶活性高、热稳定性强的β-半乳糖苷酶已成为研究热点。【目的】从西黑冠长臂猿（Nomascus concolor）粪便微生物宏基因组中挖掘新型β-半乳糖苷酶并进行酶学性质研究。【方法】以西黑冠长臂猿粪便微生物宏基因组DNA为模板扩增β-半乳糖苷酶基因GalNC1-8,构建重组表达质粒pEASY-E2/GalNC1-8,转化至大肠杆菌（Escherichia coli） BL21（DE3）异源表达,研究其酶学性质。【结果】获得GH35家族碱性β-半乳糖苷酶GalNC1-8,其分子量为28.18 kDa,最适温度为50°C,最适pH为8.0。将该酶在30-50°C下处理1 h,剩余酶活仍保持在80%以上;pH 7.0-9.0下处理1 h,剩余酶活大于54%。在含乙醇的反应体系中,其酶活性几乎不受影响;β-巯基乙醇、丙三醇、甲醇、Na⁺、K⁺和Li⁺对其酶活性有促进作用。在0.5-3.5 mol/L NaCl下处理1 h后,仍保留50%以上的酶活性。...     

新型海洋微生物β-葡萄糖苷酶基因的克隆、表达及重组酶性质

通过功能筛选方法,从中国南海海洋表层海水微生物元基因组文库筛选得到了6个β-葡萄糖苷酶阳性克隆。对其中的一个阳性克隆pSB47B2进一步亚克隆和序列分析,获得一新型β-葡萄糖苷酶基因(命名为bgl1B)开放阅读框。以pET22b(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)为宿主菌,bgl1B被高效活性重组表达。通过Ni-NTA亲和层析柱纯化了重组Bgl1B(rBgl1B)。纯化的rBgl1B催化pNPG水解反应的最适pH为6.5,最适温度为40oC。在最适反应条件下,rBgl1B水解pNPG的活性达到39.7U/mg,Km和Vmax分别为0.288mmol/L、36.9μmol/min。纤维二糖是rBgl1B的有效作用底物,其Km和Vmax分别为0.173mmol/L、35μmol/min。但rBgl1B不能催化转化蔗糖、乳糖、麦芽糖以及CMC。rBgl1B催化pNPG的水解反应对高浓度的Na+有较好的耐受性,而低浓度的Ca2+、Mn2+对该酶活有一定促进作用。不同于许多来源于真菌的酸性β-葡萄糖苷酶,rBgl1B在pH7.0～9.0范围内具有比较高的酶活力并具有较好的稳定性。     

宏基因组学技术在酶开发方面的应用

宏基因组技术是近些年发展起来的生物新技术。其针对环境样本中的全部微生物基因组DNA开展研究,可以覆盖过去无法研究的不可培养微生物,极大地拓宽了研究的广度,因而,一经提出就得到广泛应用,并取得丰富成果。本文主要针对宏基因组技术在酶开发方面的有关应用进行综述。     

宏基因组学研究进展

不可培养微生物占据微生物总数的99%以上, 这己成为微生物资源开发利用的一个限制性因素。宏基因组学是通过提取某一环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库及对文库进行筛选寻找和发现新的功能基因及活性代谢产物的一种方法。它避开了微生物分离培养的过程, 极大地扩展了微生物资源的利用空间, 是现代基因工程一个新的发展方向和研究热点。本文主要对宏基因组的DNA提取方法、文库的构建、筛选策略的选择及近年来宏基因组学在各领域中的应用研究现状进行了综述。     

牛瘤胃宏基因组文库来源的新型木聚糖酶基因的克隆、表达及酶学性质

为了从牛瘤胃的微生物中获取新型的木聚糖酶,采用直接法提取牛瘤胃内容物微生物总DNA,构建宏基因组文库,通过功能驱动法筛选得到1个木聚糖酶基因(yh-1),该基因大小为987 bp,编码329个氨基酸;SDS-PAGE电泳分析YH-1的相对分子量为36.2 kDa,该酶的最适反应温度和最适反应pH是50℃和8.0~8.5;该酶有较强的温度稳定性,50℃条件下保温60 min,仍保留90%以上的剩余酶活性,65~75℃保留80%以上的剩余酶活性;2 mmol/L Zn~(2+)、Na~+、Co~(2+)和Ni~(2+)对该酶具有一定的激活作用;经过24 h的处理后,该酶可以从玉米芯、稻草和甘蔗叶中分别获得0.014、0.381和0.19 mg的还原糖。上述特征使得该酶在烘焙体系以及其他领域具有广泛的应用前景。     

嗜热淀粉芽孢杆菌来源β-葡萄糖苷酶的重组表达与酶学性质

【背景】β-葡萄糖苷酶(EC 3.2.1.21,β-glucosidase),是纤维素分解酶系中的重要组成部分,目前工业上应用的β-葡萄糖苷酶多数来源于植物和真菌,来源于细菌的较少,且应用中还存在酶活力偏低、热稳定性差、反应条件适用范围窄、酶活力易受产物反馈抑制等问题,增加了经济成本。嗜热微生物具有特殊的遗传信息资源,极有可能从中挖掘到酶学性质优良的新型β-葡萄糖苷酶,从而解决工业难题。【目的】从嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans)基因组中挖掘新型β-葡萄糖苷酶基因,通过基因重组、异源表达和蛋白纯化技术制备新型β-葡萄糖苷酶,并探究其酶学性质,为新型β-葡萄糖苷酶在纤维素水解等领域的应用奠定基础。【方法】人工合成新型β-葡萄糖苷酶基因bgl52,构建重组表达质粒pET22b-bgl52,并用电脉冲法转化到大肠杆菌BL21(DE3)中实现可溶性表达,利用Ni-NTA亲和层析纯化得到高纯度的β-葡萄糖苷酶Bgl52。【结果】实现重组表达质粒pET22b-bgl52在大肠杆菌BL21(DE3)中的可溶性表达,并获得β-葡萄糖苷酶Bgl52纯蛋白,蛋白分子量...     

源于红树林土壤宏基因组文库的新型磷脂酶A1基因的筛选、克隆表达及酶学性质

【目的】利用宏基因组学的方法从红树林土壤中筛选新型酯水解酶类。【方法】构建红树林土壤宏基因组文库,采用以三丁酸甘油酯为底物的功能筛选方法,对筛选出的阳性克隆进行系统发育树分析,实现新型磷脂酶A1基因的原核表达,研究重组酶的酶学性质。【结果】筛选到一个新的磷脂酶A1编码基因phop1413 (GenBank登录号KF767097),测序表明其全长1 413 bp,可编码470个氨基酸残基,表达蛋白约51.7 kD,表达量高达220 mg/L,NCBI中Blast比对及系统进化树分析显示该蛋白属于磷脂酶类的fAMILY Ⅵ家族;酶学性质分析表明,该重组酶的最适反应底物为对硝基苯酚己酸酯,比酶活为124 U/mg;最适反应温度为54 °C,最适pH 7.8;50 °C热处理1.5 h剩余相对酶活为44%,表现出很好的热稳定性。【结论】通过构建宏基因组文库利用功能筛选方法获得一个新型磷脂酶A1基因;研究中获得的新型磷脂酶A1性质较好,可用于植物油酶法脱胶。     

宏基因组来源果胶酸裂解酶在毕赤酵母中的表达及应用

果胶酸裂解酶可用于含果胶废水的处理、纸浆漂白以及棉麻纺织品的生物精炼等。基于高通量宏基因组测序技术,从富含果胶土壤宏基因组中挖掘得到一个果胶酸裂解酶基因pela。将pela连接表达载体pPIC9转化毕赤酵母Pichia pastoris GS115。在3 L发酵罐水平,甲醇诱导10 h后,培养基中果胶酸裂解酶活力达到10.8 U/mL。重组PELA的最适温度为45℃,最适pH为9.0,在pH 7.5~11.0具有良好的稳定性。PELA的比活力为244.12 U/mg,以聚半乳糖醛酸为底物时催化反应的Km和Vmax分别为0.26 mg/mL和488.40 μmol/min·mg。EDTA及金属离子Cd2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Fe3+能够高度抑制酶的活性,1 mmol/L Ca2+和2 mmol/L K+对酶活力有促进作用。将重组PELA作用于苎麻纤维4 h后,纤维质量损失率达到9.2%,苎麻纤维分散度和白度都明显提高。结果表明从宏基因组来源的果胶酸裂解酶PELA在苎麻脱胶中具有良好的应用潜力。     

烟曲霉β-葡萄糖苷酶的基因克隆、表达及酶学性质分析

探索获得优良的β-葡萄糖苷酶基因,对实现其工业化生产具有重要意义。烟曲霉Aspergillus fumigatus基因组中含有一个bgl基因(1 752 bp),编码的蛋白约65 kDa,推测为属于糖苷水解酶家族的β-葡萄糖苷酶。将bgl基因克隆并构建了重组表达载体pGEX-bgl,转化大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),经IPTG诱导获得表达。重组蛋白经亲和层析纯化后,以七叶苷为底物进行了酶学分析,结果表明该酶的最适温度是45℃,最适pH在5.5~6.0之间,对七叶苷的Km值为17.7 mmol/L。该酶在pH 4~7范围内稳定;70℃保温2 h后仍能保持60%的活性。金属离子和化学试剂对酶活性有不同程度的影响,Ca2+对重组酶有轻微的激活作用,而SDS可强烈抑制其活性。由于其相对于真菌来源的其他葡萄糖苷酶稳定性较高,为进一步的研究与应用奠定了基础。     

差异柠檬酸杆菌GXW-1 β-葡萄糖苷酶的酶学性质及分子改造

【目的】筛选鉴定1株产β-葡萄糖苷酶的菌株,克隆、表达该菌株中的β-葡萄糖苷酶基因,研究重组酶的酶学性质并进行分子改造。【方法】在自然界中采集土样,筛选到1株具有β-葡萄糖苷酶活性的菌株,对野生菌进行16S rDNA鉴定,比对分析Gen Bank数据库中与野生菌同属的β-葡萄糖苷酶基因序列,设计简并引物PCR扩增基因保守区;设计引物扩增目的基因,以pQE30为表达载体构建重组质粒,转化至大肠杆菌中进行诱导表达;采用镍亲和层析对重组酶进行纯化,研究其酶学性质;采用易错PCR和定点随机突变相结合的方法对野生型β-葡萄糖苷酶进行分子改造。【结果】一个来自于差异柠檬酸杆菌GXW-1的β-葡萄糖苷酶基因被克隆并在大肠杆菌中表达。酶学性质研究结果表明该β-葡萄糖苷酶CBGL的最适温度为45°C,最适p H为6.0,V_(max)值是(0.1704±0.0073)μmol/(mg·min),K_(cat)值为(0.2380±0.0102)/s。CBGL能水解α-pNPG、甜菊苷、黄豆苷和染料木苷。对野生酶进行分子改造,获得V_(max)是野生酶2.54倍的突变体W147F。【结论】CBGL不仅具有β-1,4-糖苷键水解能力,还可能具有一定的α-糖苷键水解酶活性。此外,CBGL还能够水解天然底物甜菊苷、黄豆苷和染料木苷。这些特性表明该β-葡萄糖苷酶在理论研究及在工业中有一定的应用价值。     

β-葡萄糖苷酶Bgl747的定向筛选、重组表达与酶学性质

[背景]β-葡萄糖苷酶(β-Glucosidase,EC3.2.1.21)是3种纤维素酶中的重要成分之一.目前工业用纤维素酶大都来源于木霉等真菌,较少来源于细菌,而且在应用中还存在反应条件(温度、pH等)适用范围窄、酶活力较低、获取成本偏高等问题,这大大限制了β-葡萄糖苷酶的应用.从秸秆还田土壤细菌中筛选β-葡萄糖苷酶...     

水牛瘤胃宏基因组的一个新的β-葡萄糖苷酶基因umcel3G 的克隆、表达及其表达产物的酶学特性

以木质纤维素为原料、应用同步糖化共发酵工艺发酵生产酒精时需要酸性中低温高活力纤维素酶包括β-葡萄糖苷酶.本工作分 6 次构建了水牛瘤胃未培养微生物宏基因组文库,获得 1.26×105个克隆,文库含外源 DNA 的总长度约为 4.8×106kb.从文库中筛选到118个表达β-葡萄糖苷酶活性的独立克隆.发现其中 8 个克隆表达的β-葡萄糖苷酶在pH5.0、37℃条件下活性较强.对其中一个克隆进行了亚克隆,序列分析发现一个 2223 bp 的潜在的编码β-葡萄糖苷酶基因(umcel3G)的开放阅读框(ORF),其编码产物的氨基酸序列与来自于 Bacillus sp.的一个β-葡萄糖苷酶同源性最高,具有 60%的一致性和73%的相似性.该ORF在 E.coli中的表达产物Umcel3G的分子量与预测大小相似,酶谱分析表明该表达产物具有β-葡萄糖苷酶活性,证实该基因为一个β-葡萄糖苷酶基因.测定了用Ni-NTA纯化的Umcel3G 的酶学特性,其最适 pH 和最适温度分别为 6.0～6.5 和 45℃.一些金属离子如 Ca2+、Zn2+能显著提高该酶的酶活,而另外一些金属离子如 Fe3+、Cu2+能抑制 Umcel3G 的活性.在 pH4.5、35℃和 5 mmol/L 的 Ca2+存在的条件下,用 Ni-NTA 纯化的重组酶的比活为 22.8 IU/mg,说明该酶在用SSCF工艺发酵生产酒精中有潜在的应用价值.