易错PCR技术提高嗜热酸性Ⅲ型普鲁兰水解酶TK-PUL催化活性的研究

嗜热酸性Ⅲ型普鲁兰水解酶TK-PUL在液化条件下可完全水解淀粉为淀粉糖,在“液化糖化一步法”的淀粉制糖工艺中具有巨大的应用潜力。本研究拟采用易错聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术提高TK-PUL的催化活性。经过两轮易错PCR及高通量筛选,获得了催化活性提高的突变体L538D。与TK-PUL相比,L538D以可溶性淀粉为底物的比酶活力提高了50%,以普鲁兰多糖为底物的比酶活力提高了21%;L538D以可溶性淀粉、普鲁兰多糖为底物的k/K值分别提高了44%、27%。即L538D的α-1,4-糖苷键水解活性和α-1,6-糖苷键水解活性均明显提高,并且其α-1,4-糖苷键水解活性的提高幅度更大。同源模建得到的蛋白质分子结构显示,将TK-PUL中Leu538替换为Asp,可能通过缩短氨基酸残基侧链的长度和减弱氨基酸残基的疏水性,提高了催化活性位点Glu538所在loop结构的柔性,从而提高酶的催化活性。本研究结果表明,TK-PUL中Leu538是影响其催化活性的重要氨基酸残基。

应用易错PCR定向进化甘油脱氢酶

经过连续易错聚合酶链式反应(Error-Prone PCR)向克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoniae)甘油脱氢酶基因中引入突变,并构建突变文库.依据突变体催化番红O显色的特性,采用琼脂平板法和96微孔板法相结合的高通量筛选方法,成功获得突变体gldA-74,其酶活力是亲本重组酶的2.73倍.通过软件对突变体gldA-74酶基因和亲本重组酶基因进行分析对比,发现突变体gldA-74酶基因发生了一处点突变(A964T),该突变使一处氨基酸被取代.将亲本重组酶和进化酶的高效表达产物经Ni柱纯化后,酶学性质的测定结果表明,甘油的Km值由0.58 mmol.L-1升高至0.63 mmol.L-1,而NAD的Km值由0.74 mmol.L-1升高至0.77mmol.L-1,并且酶的最适pH值由原来的11.5升高至12.5,而最适温度由65℃降至55℃.

Pseudoalteromonas carrageenovora芳香基硫酸酯酶突变文库热稳定性提高突变体的筛选及鉴定

利用易错聚合酶链式反应技术引入随机诱变,构建一个Pseudoalteromonas carrageenovora芳香基硫酸酯酶突变体库。经过筛选,获得一个芳香基硫酸酯酶热稳定性提高的突变株4-153。序列分析表明,该突变体有2个氨基酸替换,包括D84A和H260L。以对硝基苯硫酸钾为底物,突变酶4-153(M4-153)的最适反应温度为55℃,在45、50、55、60℃处理30 min后,M4-153分别保留85%、83%、48%和13%的残留酶活力。野生型酶(WT)在45、50、55、60℃处理30 min后,分别保留79%、68%、21%和1%的残留酶活力。M4-153与WT相比具有更好的热稳定性。M4-153的最适反应pH值为8.0,在pH 5.0~9.0范围内保持稳定。EDTA对突变酶的抑制作用表明,金属离子在突变酶的催化过程中起重要作用。M4-153对一些洗涤剂,包括Triton X-100、Tween 20、Tween 80和Chaps,有好的耐受性。M4-153对龙须菜粗多糖硫酸基团的脱硫率为79.5%。

催化吲哚生成靛蓝的细胞色素P450BM-3定向进化研究

以催化吲哚产生的靛蓝在630nm处具有特殊的吸收峰为高通量筛选指标,将来源于Bacillusmegaterium的细胞色素P450BM-3单加氧酶的基因序列用易错聚合酶链式反应进行定向进化,通过多轮突变,在原有的能产靛蓝的高活力突变酶的基础上成功获得了三个高于亲本酶的突变酶,突变酶的酶活分别是亲本酶的6.6倍(hml001),9.6倍(hml002)和5.3倍(hml003),并对突变酶的动力学参数进行了分析.突变酶DNA测序的结果表明,hml001含有一个有义氨基酸置换I39V,hml002含有三个有义氨基酸置换D168N,A225V,K440N,hml003含有一个有义氨基酸置换E435D,这些突变位点有些远离底物结合部位,有些位于底物结合部位.

抗脱氧雪腐镰刀菌烯醇纳米抗体随机突变与筛选

采用易错聚合酶链式反应技术,对来源于天然纳米抗体文库的抗脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)纳米抗体进行随机突变,通过优化和比较突变条件,构建了突变分布均匀的突变文库。噬菌体展示技术对突变文库进行了6轮筛选,获得了8种突变序列,其检测信号为野生型2.1倍。多序列比对及三维结构建模分析表明,突变序列的突变位点集中于互补决定区与框架区连接的区域,并且部分序列出现了可以形成二硫键的氨基酸残基。研究结果为抗DON纳米抗体进一步的深度突变和改造提供了线索,同时可为其他抗小分子纳米抗体的改造提供借鉴。

定向进化植物乳杆菌和痤疮丙酸杆菌高产共轭亚油酸

为获得高产共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)的菌株,对亚油酸异构酶系植物乳杆菌的肌球蛋白交叉反应抗原(myosin-cross-reactive antigen,MCRA)基因mcra和痤疮丙酸杆菌的亚油酸异构酶基因lai-p进行克隆,克隆成功后连接到骨架质粒pCold-SUMO上构建两种含mcra基因和lai-p基因的大肠杆菌重组菌株,利用异丙基-β-D-硫代半乳糖苷低温诱导阳性重组菌蛋白表达,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳验证得到目的蛋白表达条带,说明两种基因表达成功。采用易错聚合酶链式反应定向进化mcra基因和lai-p基因,构建重组菌突变体库,利用流式细胞术分选获得吸光度提高和CLA产量提高的重组菌株,其中p Cold-ycmcra-gfp重组菌243株,吸光度最高的为155号菌1.050 6±0.000 4,提高了5.02倍;p Cold-yclai-p-gfp重组菌156株,产量最高的为39号菌(11.62±0.003 6)μg/m L,提高了2.99倍。本研究为后期深入了解突变菌株CLA产量提高的原因,并获得两种亚油酸异构酶的产酶机制奠定了一定基础。