酶技术发展与酶定向进化

在分子水平改良酶的结构和功能是对工业微生物菌种传统诱变育种的发展和扬弃。采用DNA改组，酶定向进化，分子孵化技术改良产酶编码基因可大大提高产酶基因在宿主中的表达，从而提高酶的活力，增加酶的稳定性并产生其它附加功能。本文除了分析酶学研究和应用的一些最新观点和实施技术，还对当前酶制品的国际市场，传统酶与特殊酶的市场份额等作了介绍。

合成生物学中的酶定向进化与模块组装

合成生物学家应用标准化、通用化的生物元件和操作创建可编程、功能导向的生物装置和生物系统，最终希望通过改善或创造生物体帮助人类解决若干重大挑战，如合成廉价新药品和精细化工产品、生产新型生物燃料、清理有毒废物、治疗癌症等重大疾病。然而要实现合成生物学所展现的美好愿景，还面临许多技术难点，

酶定向进化技术研究进展

酶定向进化是模拟自然进化过程、用于改造酶性质的一种新策略.在以易错PCR为代表的无性进化技术基础之上,有性进化技术的发展使酶定向进化更接近于自然进化过程.与此同时为解决巨大容量的突变文库与有限的筛选技术之间的矛盾,许多新的高通量筛选方法不断涌现,大大加快了酶定向进化技术的发展.文章从构建高质量的突变基因文库和选择有效的高通量筛选方法两方面,详细总结了近几年出现的新技术并对其应用情况进行介绍.

酶定向进化文库的筛选方法

酶工程作为生物技术的主体之一,对农产品加工等的发展具有广泛作用。自然界中的酶往往不能满足实际生产,因此需要通过模拟自然界中的蛋白质进化,对酶进行改造和突变文库筛选,最终得到符合实际生产的酶。目前,改造酶的途径主要有定点突变和定向突变两种。突变体文库的建立方法较为成熟,并且建立起的文库库容也能够达到研究者的要求,但是突变体文库的筛选受现有技术等所局限,成为了定向进化技术的瓶颈。介绍了几种常用的突变体文库的筛选方法,对它们的原理及特点进行阐述,并对未来的发展方向及趋势进行了总结。

酶的分子定向进化及其应用

酶的分子定向进化是20世纪90年代初兴起的一种蛋白质工程的新策略,是一种在生物体外模拟自然进化过程的、具有一定目的性的快速改造蛋白质的方法。该方法引起了生物催化技术领域的又一次革命。目前分子定向进化技术已被广泛应用于工业、农业及制药业等的相关领域。本文详细综述了酶的分子定向进化的概念、过程、基本策略及其核心技术,并着重介绍了酶的分子定向进化技术在提高酶的活力、稳定性、底物特异性和对映体选择性等几方面的应用及取得的相关成果。

玉米赤霉烯酮脱毒酶制剂开发及应用现状

玉米赤霉烯酮(ZEN)是一种由禾谷镰刀菌和黄色镰刀菌产生的非甾体类雌激素霉菌毒素,对人体和家畜健康毒害很大。玉米赤霉烯酮脱毒酶(ZEN脱毒酶)特指能够专一地将饲料中的ZEN转化为低毒或无毒的一类酶制剂。ZEN脱毒酶具有高效、专一、无二次污染的特点,在粮油及加工制品、饲料中ZEN的脱毒方面有较大的潜力。文章从ZEN脱毒酶工业化应用开发的角度,从ZEN脱毒酶基因挖掘、酶结构定向进化、异源表达、发酵工艺优化、酶制剂的制备及应用等方面进行了综述。同时分析了当前研究中存在的问题,并对之后的研究进行了展望,以期为ZEN脱毒酶的开发和应用提供指导。

大豆过氧化物酶基因随机突变文库的构建

为提高大豆过氧化物酶(soybean peroxidase,SBP)的活性及研究该酶一级结构与酶活性间的关系,采用连续易错PCR方法对大豆过氧化物酶基因(sbp)进行了2轮随机突变,将第二轮易错PCR产物与质粒载体pPICZα-A分别进行双酶切,经T4DNA连接酶催化连接后,CaCl2法转化重组质粒pPICZα-A-sbp至大肠杆菌DH5α中,成功构建出sbp随机突变文库,库容量约为1.77×106 cfu。

酶改性技术研究

酶具有催化效率高、催化专一性强等显著特点,然而,酶的活力和稳定性往往不能满足应用的要求.为了改进酶的催化特性,笔者及其所在课题组20多年来长期进行酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化、酶定向进化等酶改性技术的研究,发现通过酶的改性,可以显著改进酶活力和稳定性.文中对笔者及其所在课题组在酶改性技术方面的研究成果和进展作了介绍.

基于荧光检测的高通量筛选技术和装备助力细胞工厂构建

微生物工业制造是以微生物细胞工厂为核心,利用低成本、可再生资源为原料,实现高附加值化合物的绿色生产。依赖于“设计-构建-测试-学习”(DBTL)循环的微生物细胞工厂开发过程中“测试”阶段已成为制约合成生物学和代谢工程发展的瓶颈之一。基于微量滴定板(MTP)高通量自动化筛选平台极大降低了高通量筛选过程的劳动强度,流式细胞术和液滴微流控技术的发展大幅度提高了筛选通量。尤其是荧光激活液滴分选(FADS)高通量筛选技术的开发为自动化、高通量和低消耗筛选工作提供了新的解决方案。本文综述了不同高通量筛选技术在合成生物学和代谢工程领域应用的主要进展,重点介绍了近几年荧光激活细胞分选技术(FACS)和FADS在微生物细胞工厂和酶定向进化方面的应用实例,关注了待测分子与荧光信号偶联的常用策略,并简单介绍目前国内外基于液滴微流控技术高通量筛选装备的研发情况。

酶的改造及其催化工程应用

酶作为生物催化剂在食品、饲料、化妆品以及医药等诸多领域逐渐发挥重要作用。但是,酶对外界环境如p H和温度等很敏感,而实际的反应条件和生物体的生理环境差异较大,因此酶在实际应用中不稳定、容易失活,催化效率下降。酶的这一特点大大限制了其工业化应用。目前,定向进化、糖基化以及化学修饰等方法被广泛用于酶分子的改造以提高其稳定性、催化效率以及扩大其底物范围。其中,定向进化通过模拟自然进化机制,在体外改造基因从而获得性能优化的酶突变体,已经成为了酶改造的重要技术。在酶的实际应用过程中,介质工程、固定化以及多酶催化体系构建等技术被广泛用于提高酶的催化效率。其中,多酶催化体系由于其底物通道效应可以显著提高级联酶反应的效率而备受关注。本文首先重点介绍了近年酶应用的现状,然后从酶定向进化、糖基化以及化学修饰的角度总结了酶改造的方法,最后从介质工程、酶固定化以及体外多酶催化体系等方面进一步总结了酶实际应用中的催化工程策略。