基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究,分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369,其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明,突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变:T61C/C147T/A334G/T371A,其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示,3个突变氨基酸分别位于第1个α螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个β折叠之间的转角以及第5个β折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后,酶学性质测定表明:突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍,Km值由8.24mmol/L降低至7.17mmol/L;在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。

月桂酸生物印迹对脂肪酶酯化活力的影响

生物印迹是改良酶学特性,扩大脂肪酶工业应用领域的新兴技术。结合溶胶-凝胶脂肪酶固定化工艺,以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和四甲氧基硅烷(TMOS)为前驱体,月桂酸为印迹分子,考察了月桂酸生物印迹对脂肪酶PS酯化活力的影响。脂肪酶酯化活力测定及扫描电镜观察表明生物印迹能显著提高脂肪酶的活性及稳定性。印迹体系经正交试验优化获得的最优条件为:水和硅烷摩尔比(R)为12,聚乙二醇(PEG)加入量为120μl,月桂酸加入量为0.15mmol。在最优反应条件下,印迹酶相对于游离酶比活力提高了44.3倍,相对于未印迹固定化酶提高了2.4倍;印迹酶具有较好的热稳定性,在80℃下处理0.5h后,残余酶活分别为58%,而游离酶未检测到活性。

动脉粥样硬化分子遗传学研究进展与转化医学应用

动脉粥样硬化,是一类由遗传、环境因素及其之间的相互作用引起的复杂性疾病,主要包括冠心病、心肌梗死、脑卒中等。自2007年,已有22项全基因组关联分析研究发现了超过40个动脉粥样硬化相关基因,这极大地推动了动脉粥样硬化的分子遗传学研究进展,并为未来的转化医学研究和临床实践提供了基础。

有机硅介质中脂肪酶印迹体系的优化及印迹机制的初步研究

采用溶胶一凝胶固定化工艺，以C6～C14之间的5种饱和脂肪酸和月桂醇为印迹分子，考察了碳链长度、印迹分子浓度对洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶PS酯化活性的影响。研究表明，印迹分子的疏水性与底物分子的相似性对印迹效果影响较大，疏水性越强，与底物分子相似性越大，印迹效果越好；异辛烷洗脱印迹分子，对酶活的保持最好；随着碳链长度的增加，印迹酶对甲醇的耐受性逐渐降低；反应体系中加入微量水（10μL），对酯化酶活具有激活作用；经印迹的固定化酶使用5个批次后，相对酶活为0．65。对印迹机理的初步探讨表明，印迹分子对脂肪酶酯化活力的提高主要通过影响聚合物的结构来改变固定化酶的酶活，即分子印迹作用。

碳纤维超微盘电极的制备及对单囊泡胞吐动力学的高分辨研究

利用改良的电化学腐蚀方法制备了碳纤维超微盘状电极,具有方法简便,电极尺寸可控、可多次使用等优点。扫描电镜和伏安表征实验表明电极密封效果良好、电化学性能优良。在鼠嗜铬神经瘤PC12细胞上,用超微盘电极实现了高时空分辨、高保真度的单囊泡胞吐测定。与常规微电极相比,能更准确地反应囊泡融合这一超快过程(毫秒级)的动力学过程。

脂肪酸分子印迹对sol-gel固定化脂肪酶酯化活性和胶体结构的影响

基于sol-gel工艺的生物印迹对提高脂肪酶在非水相体系中的活性,扩大其应用范围具有重要作用.本研究以乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)和四甲氧基硅烷(TMOS)为前趋体,系统考察了脂肪酸印迹分子对sol-gel脂肪酶固定化率和活性的影响,获得了最优的工艺条件.当VTMOS/TMOS为7∶1时,印迹后脂肪酶的比酶活和总酶活分别达到3311.0μmol/h/mg和2506.9μmol/h/gGel,比未印迹同摩尔比的固定化脂肪酶分别提高了2.06和1.79倍.系统考察了脂肪酸生物印迹效应和胶体结构对固定化酶表观活性的影响.氮气吸附—解吸附分析和扫描电镜观察表明,随着脂肪酸分子的参入,固定化脂肪酶颗粒平均孔径增大,对底物的传质阻力逐渐降低,但比表面积和孔体积的变化并不显著;印迹酶平均颗粒直径明显减小,各有机硅烷单体之间的成键能力减弱.表明脂肪酶活性的增加主要来源于疏水性脂肪酸侧链引起的脂肪酶的界面激活效应(生物印迹效应),同时固定化颗粒孔径的改变增加了底物和酶分子的结合,提高了固定化酶的表观活性.

膜蛋白UBIAD1在生物医学中的功能研究进展

Ubiadl是一个重要的人体代谢与疾病基因。UBIADl蛋白能治疗人体恶性肿瘤、心血管疾病、帕金森氏疾病及施耐德眼角膜综合症。同时，UBIADl影响人体脂代谢，维生素代谢以及辅酶Q代谢，其研究具有重大的生物医学意义。由于UBIADl蛋白在人体不同类型的细胞中，处于不同的亚细胞定位，执行不同的生物学功能。研究UBIADl的亚细胞定位及其存各人体疾病中的生理功能之间的对应关系，目前已成为国际上研究UBIADl的焦点。系统回顾UBIADl蛋白在人体各种疾病中的分子机制，及在各生理病理过程中的亚细胞定位及功能，为进一步研究UBIADI的分子机制及用UBIADl来治疗人体疾病奠定基础。

洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶的基因改造及其在毕赤酵母中组成型和诱导型的表达

【目的】克隆洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）脂肪酶基因,实现其在毕赤酵母中快速、安全和稳定性的大量表达。【方法】首先设计引物扩增B.cepacia脂肪酶基因,然后应用生物信息学方法分析B.cepacia和毕赤酵母整体密码子使用情况、脂肪酶基因信号肽及密码子偏好性。在此基础上,运用overlap PCR对脂肪酶基因中低使用频率密码子进行改造并同时降低基因的G＋C含量,获得优化的脂肪酶基因。再分别把原始和优化的脂肪酶基因导入载体pGAPZα和pPIC9K中,获得组成型表达载体pGAPlipW、pGAPlipO和诱导型表达载体pPIClipW、pPIClipO。分别将所得4种载体转入GS115中,得到一系列工程菌。经发酵和NTA树脂纯化后,对脂肪酶的酶学性质进行了初步研究。【结果】4种工程菌的脂肪酶活力分别为pPIClipW37.8U/mL,pPIClipO129.5U/mL,pGAPlipW40.2U/mL和pGAPlipO184.3U/mL。改造后脂肪酶活力比原始脂肪酶提高了4.6倍。酶学性质研究表明,脂肪酶在60℃时活力最高,在40℃-65℃范围内非常稳定;脂肪酶最适pH值为9.0,在pH6.0-pH10.0范围均表现很好的稳定性。【结论】通过overlap PCR改造后的脂肪酶显著提高了其在毕赤酵母中的表达效率,且GAP启动子比AOX1启动子更适合于B.cepacia脂肪酶的表达。大量表达的重组脂肪酶的性质与野生脂肪酶的性质相同,符合生产要求。

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。

淡水富营养型湖泊沉积物亚硝酸还原酶基因(nirS)的多样性和系统发育

【目的】以亚硝酸盐还原酶基因(nirS)为分子标记,探讨富营养化湖泊武汉东湖沉积物中NirS类反硝化细菌群落的多样性及系统发育,并分析环境因子对群落分布的影响。【方法】在武汉东湖4个典型子湖郭郑湖、汤菱湖、团湖和庙湖采集沉积物样品,测定环境参数;提取沉积物中微生物群落基因组DNA,分别构建4个子湖的反硝化微生物的nirS基因文库,利用限制性片段长度的多态性分析(Restriction Fragment LengthPolymorphism,RFLP)技术初步分群,确定各群的代表菌株并测定其nirS基因序列;利用DOTUR软件计算各群落多样性和丰富度指数,以Neighbor-Joining法构建供试菌与参比菌的系统发育树。【结果】环境参数测定结果表明东湖4个子湖中庙湖沉积物总氮(TN)和氨态氮(NH 4+-N)含量最高,团湖最低,郭郑湖沉积物中NO 3-浓度最高。基于NirS序列的生物多样性和丰富度分析表明团湖生物多样性和丰富度指数最高而庙湖各项指数均较低。各子湖供试序列及其代表序列综合RFLP聚类分析表明,武汉东湖沉积物中NirS类反硝化微生物种群具有丰富的多样性。NJ系统发育分析表明东湖沉积物NirS类反硝化菌群可分成3个较大群体(群I-III)。群I占总群体的67.7%,广泛分布于不同的生态环境;来自郭郑湖代表菌的81%分布于群I,而庙湖的代表菌中65%分布于群II。比较分析发现来自于东湖和人工湿地两种生境的NirS群落间具有较高的相似性。【结论】武汉东湖淡水富营养型湖泊沉积物中亚硝酸还原酶基因(nirS)具有丰富的多样性。东湖沉积物中TN、NH 4+和NO 3-的浓度可能是影响NirS类反硝化微生物多样性和空间分布的重要因素之一。

黑曲霉(Aspergillus niger)F044脂肪酶新型基因lipB的克隆、表达及酶学性质分析

【目的】本研究拟克隆新型的黑曲霉(Aspergillus niger)脂肪酶(EC3.1.1.3)基因,实现其在大肠杆菌(Escherichia coli)的高效表达,并对表达产物进行系统的酶学性质分析,为该脂肪酶的工业化生产及应用奠定基础。【方法】通过PCR和RT-PCR克隆脂肪酶基因,并将其开放式阅读框(ORF)克隆入融合表达载体pET28a;表达产物经Ni-agarose纯化后对LipB进行酶学性质分析,并通过圆二色谱进行结构分析。【结果】成功地从A.nigerF044中克隆了一个新型的脂肪酶基因lipB,获得了该基因的全基因组序列和cDNA序列(GenBank:FJ536287、FJ536288),并实现了其在E.coli中的高效表达。LipB分子量约为43.0kDa,最适底物为pNPC(C8),酶学动力学常数Km=5.98mmol/L,最适反应温度为50℃,最适pH为6.0;该酶能在40℃条件下保持稳定,在60℃条件下处理1h后残余酶活仅为18.8%;该酶对Ca2+敏感,当脂肪酶经2mmol/L Ca2+处理1h后,酶活提高了2.6倍。圆二色谱分析表明,该酶在Ca2+处理前后具有明显的结构变化。【结论】新型A.niger脂肪酶lipB基因的克隆不仅积累了脂肪酶基因资源,而且为高效基因工程菌的构建及规模化应用奠定基础;对LipB的酶学性质分析表明,该酶在食品和油酯化工等领域具有广阔的应用前景。

疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶在毕赤酵母中的表面展示及酶学性质

【目的】构建疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶(Thermomyces lanuginosus lipase,TLL)在毕赤酵母GS115中的细胞表面展示体系,筛选展示成功且酶活力及展示率较高的重组子作为全细胞催化剂,并研究其酶学性质。【方法】克隆TLL基因tll,以酿酒酵母细胞壁蛋白Sed1p为锚定蛋白,构建表面展示载体pPICZαA-TLS。重组载体经SacⅠ线性化后转入毕赤酵母GS115中,经三丁酸甘油酯平板检测及摇甁发酵筛选获得高酶活力的毕赤酵母重组子,采用抗FLAG标签一抗和R-PE荧光素标记的二抗处理细胞后,进行荧光显微镜检测和流式细胞仪分析,并考察全细胞催化剂的最适反应温度和pH、金属离子耐受性等酶学性质。【结果】成功构建TLL毕赤酵母细胞表面展示体系,筛选到1株具有三丁酸甘油酯和橄榄油水解活力的克隆子,经1%的甲醇诱导发酵120 h后,水解橄榄油酶活力达257.8 U/g干细胞。经抗体处理后的重组菌发酵细胞在荧光显微镜下呈现强烈的红色荧光,流式细胞仪分析结果也证实脂肪酶被成功展示在酵母细胞表面,展示率达98.36%。展示的TLL作为全细胞催化剂水解对硝基苯酚丁酸酯(pNPB)的最适温度为30℃,最适pH为8.0,且具备良好的热稳定性和有机溶剂耐受性;K+、Ca2+、Mg2+对其有微弱的激活作用,Mn2+、Ni2+则有微弱的抑制作用,Cu2+的抑制作用较强,而EDTA、SDS、Tween 20对酶活力影响不明显。【结论】首次将TLL脂肪酶成功展示在毕赤酵母细胞表面,获得具有较高水解活力和良好酶学特性的全细胞催化剂,为表面展示TLL脂肪酶的规模化应用奠定了技术基础。

解脂耶氏酵母脂肪酶LIP4和LIP5在毕赤酵母中的异源表达及酶学性质

【目的】克隆解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)脂肪酶LIP4和LIP5的cDNA序列,研究其基因结构,并实现其在毕赤酵母中的功能表达,以探讨其酶学性质。【方法】利用反转录PCR首次扩增LIP4和LIP5的编码基因,用SignalP 3.0分析其基因序列,然后分别构建胞内表达载体pPIC3.5K-Lip4、pPIC3.5K-Lip5和胞外表达载体pPIC9K-Lip4、pPIC9K-Lip5,将其转入毕赤酵母GS115中表达,以NTA树脂纯化酶蛋白,研究其酶学性质。【结果】cDNA序列测序结果显示两者均不含内含子,酶蛋白的氨基酸序列中含有典型脂肪酶的活性三联体结构和五肽保守区;酶学性质研究表明,两者的最适底物均为癸酸(C8)对硝基苯酚酯,最适pH为7.0,最适温度为40℃,但LIP4对pH和温度更敏感;两者均能被Ca2+激活,且LIP5还能为Mg2+激活,但均被Hg2+、乙二胺四乙酸(EDTA)和苯甲基磺酰氟(PMSF)强烈抑制。【结论】首次克隆了解脂耶氏酵母脂肪酶LIP4和LIP5编码基因,实现了其在毕赤酵母中的活性表达,并初步研究了其酶学性质,为上述脂肪酶的应用及进一步深入研究解脂耶氏酵母脂肪酶家族奠定了基础。

多拷贝毕赤酵母重组菌表达GCL摇瓶优化和高密度发酵

目的:构建高效表达白地霉脂肪酶的毕赤酵母重组菌株,并对筛选得到的菌株进行摇瓶发酵条件优化和分批补料高密度发酵工艺研究。方法:将诱导型表达载体pPIC9K-gcl电转化至毕赤酵母GS115。通过橄榄油-罗丹明B平板和摇瓶发酵筛选高脂肪酶活力的重组菌株,运用基于TaqMan探针的实时荧光定量PCR法确定其拷贝数,并对菌株进行摇瓶发酵条件优化。在此基础上,研究重组菌在3L发酵罐中的高密度发酵工艺。结果:筛选得到一株具有3个白地霉脂肪酶基因拷贝的菌株GS115/pPIC9K-gcl 78#,初始酶活力为220 U/ml。当摇瓶发酵条件为甲醇诱导96 h,每24 h甲醇添加量1%,接种量2%,培养基初始pH 7.0,500 ml摇瓶装液量50 ml,甲醇诱导温度25℃时酶活力达735 U/ml。3L发酵罐高密度发酵176.5 h,酶活力达到3360 U/ml,总蛋白含量达到4.30 g/L,且发酵过程中细胞活性一直保持在96%以上。结论:基因拷贝数与重组菌株的产酶水平呈正相关,摇瓶优化可显著提高重组菌株的产酶能力,为白地霉脂肪酶的工业化生产奠定了技术基础。

冠状动脉疾病全基因组关联分析

冠状动脉疾病（coronary artery disease,CAD）是一类由遗传、环境因素及相互作用引起的多基因疾病,其发生具有一定的家族聚集性和遗传倾向。遗传易感性是参与CAD发生的重要因素。发现CAD致病或易感基因。

解脂耶氏酵母脂肪酶基因lip1的克隆、密码子优化及功能表达

【目的】克隆解脂耶氏酵母(Yarrawia lipolytica)脂肪酶基因lip1,并通过密码子优化,首次实现其在毕赤酵母(Pichia pastoris)中的诱导型和组成型表达。【方法】通过PCR扩增Y.lipolytica脂肪酶基因lip1,根据P.pastoris密码子偏爱性,运用重叠延伸PCR合成改造后基因MLip1,将其分别克隆至诱导型分泌载体pPIC9K和新构建的组成型分泌载体pG AP9K上,电转至P.pastoris GS115中,G418抗性筛选得到高拷贝转化重组子,摇瓶发酵,以对硝基苯酚酯为底物检测脂肪酶水解活力,并对表达产物进行酶学性质分析。【结果】从Y.lipolytica中成功克隆了脂肪酶基因lip1(GenBank:Z50020),全长1461bp,编码486个氨基酸残基,无内含子,无信号肽;密码子优化后基因表达水平相对于出发基因有较大提高,且组成型表达优于诱导型;Lip1酶学性质分析表明,其最适底物为pNPB(C4),45℃下Tris-Hcl缓冲液pH8.5时最大水解酶活为8.07U/mL。【结论】Y.lipolytica脂肪酶基因lip1的克隆丰富了脂肪酶基因资源,其高效基因工程菌的构建为将来实现规模化生产奠定了技术基础。

Rap信号在神经系统中的功能研究进展

小分子G蛋白Rap属于Ras家族,其结构类似于Ras,结合GTP后处于活性状态(RapGTP),结合GDP后则处于非活性状态(RapGDP)。在细胞内,Rap通过RapGTP与RapGDP之间的动态转换起到分子开关的作用,调控细胞增殖、分化、存活、粘附、迁移等生理过程。胞外信号通过特异性鸟嘌呤核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factors,GEFs)调控Rap与GTP的结合,激活Rap;胞内特异性GTP酶激活蛋白(GTPase activating proteins,GAPs)促进GTP的水解,使Rap失活。活化的Rap信号通过其下游不同的信号分子调控不同的生物学功能。在神经系统中,Rap信号具有多样的生物学功能,Rap信号能促进神经元极性的建立和轴突生长,还能调节神经突生长。Rap信号能够调控神经突触结构和功能的可塑性变化。此外,也有研究报道Rap信号和神经元的迁移具有相关性。本文主要针对Rap信号在神经系统中的功能研究进展进行综述。