重组大肠杆菌全细胞用于苯乙酮酸的绿色生物合成

苯乙酮酸是化学合成中重要的合成砌块,可用于合成多种药物中间体,探索苯乙酮酸的绿色合成工艺具有重要的意义。以包含D-扁桃酸脱氢酶Lh DMDH编码基因的重组大肠杆菌全细胞为催化剂,考察了它在无辅酶和辅底物添加的条件下对D-扁桃酸生物转化的效果,并对催化产物进行了纯化和鉴定。结果表明,本研究成功实现了在无辅酶和辅底物添加条件下苯乙酮酸的生物合成,产物的得率和纯度分别为45%和99%左右。成果也为外消旋扁桃酸的手性拆分及苯乙酮酸的生物合成奠定了基础。

D-扁桃酸脱氢酶和L-亮氨酸脱氢酶级联催化的L-苯甘氨酸对映选择性生物合成

L-苯甘氨酸是重要的手性非天然α-氨基酸,可广泛用于合成多种食品添加剂及药物中间体,探索其绿色合成工艺具有重要的意义。本研究将新型高活性的D-扁桃酸脱氢酶(LhDMDH)和L-亮氨酸脱氢酶(EsLeuDH)偶联,在辅酶内循环的前提下,仅需较低浓度的辅酶即可实现生物催化D-扁桃酸合成L-苯甘氨酸。通过对加酶量、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD^+)浓度、NH+4浓度和底物浓度等因素进行优化,获得了一个最经济的反应条件:200 mmol/L的D-扁桃酸、6.5 kU/L的加酶量、0.1 mmol/L NAD^+、0.5 mol/L NH4^+的条件下、30℃,反应12h,在此条件下,产物的得率和对映体过量(e.e.)值分别可达98%和99%以上,具有较大的产业化潜力,为实现L-苯甘氨酸规模化的生物合成奠定了坚实的基础。

微生物磷脂酶D的克隆表达研究进展

磷脂酶D(Phospholipase D,PLD,EC 3.1.4.4)是催化磷脂的磷酸二酯键水解和转磷脂酰基反应的一类酶的总称。PLD所具有的转磷脂活性使其在食品、医药以及细胞生物学等领域具有广泛的应用价值,但其大规模工业化生产受到诸多因素的限制。利用基因工程技术对磷脂酶D基因进行克隆表达,开发高产量、高纯度和高转磷脂活性的PLD资源成为当前的研究热点。本文主要对微生物PLD克隆与高效表达方面的研究进展进行分析,以期对微生物PLD的大规模生产及其相关产品的开发利用提供参考。

新型GH5家族β-甘露聚糖酶的基因挖掘及表达鉴定

为了获得性能优良的新型β-甘露聚糖酶,本研究采用基因挖掘技术从米曲霉(Aspergillus oryzae)RIB40基因组中挖掘到了2个假定的新型GH5家族β-甘露聚糖酶基因,分别命名为Aoman5A和Aoman5B。对这两条序列做了相关的生物信息学分析,同时借助p PIC9KM质粒将两个酶的成熟肽编码基因在Pichia pastoris GS115中实现了表达,并对表达产物进行了纯化和鉴定。生物信息学分析的结果表明Ao Man5A含有20个氨基酸残基的信号肽,而Ao Man5B含有21个氨基酸残基的信号肽和12个氨基酸残基的前导肽;序列比对的结果显示两个酶与目前已报道的序列最高的同源性分别为68%和79%,且Ao Man5A的N端还携带有一个1家族的CBM;三维结构预测的结果显示,两者均符合(α/β)8的TIM-桶状结构。表达鉴定的结果表明,在同样表达条件下,re Ao Man5A和re Ao Man5B上清液的酶活力分别为2.9、12.5 IU/m L;纯化后它们的酶比活力分别为8.3、104.2 IU/mg,前者的最适温度为35℃,而后者的最适温度为50℃,p H值特性的测定结果表明这两种酶均为酸性酶。硫酸-苯酚法测得re Ao Man5A和re Ao Man5B的糖含量分别为25.4%和12.6%,表明这两种重组酶均经过了糖基化修饰。本研究获得了两种新型的β-甘露聚糖酶,比较分析了它们的序列特征,并实现了它们的异源表达,为β-甘露聚糖酶的进一步研究及应用奠定了坚实的基础,也为其他新型酶的基因挖掘提供了可资借鉴的经验。

生活废弃油脂高效降解菌的筛选、鉴定及应用

筛选能够降解废弃生活油脂的微生物,实现丹江口库区生活污水中废弃油脂的生物降解,减少生活油脂对库区水体的污染。以大豆油为目标污染物,先进行菌种富集和驯化,然后进行中性红平板筛选及生理生化鉴定。筛选获得了一株高效降解丹江口库区生活废弃油脂土著微生物,且具有较好的环境适应性和应用潜力。经鉴定,该微生物与 Proteus mirabilis 最为接近,命名为 Proteus mirabilis NY-201801。5%(体积分数)油脂初始浓度,接种量10%,pH值7.0,在35 ℃、150 r/min下培养36 h, Proteus mirabilis NY-201801对油脂的降解率可以达到92%。同时,在库区最高水温的条件下,对5%油脂的降解率也可以达到50%。为实现库区废弃生活油脂的生物降解奠定了坚实的基础。

利用复合酶制备低聚甘露糖

为了探寻利用复合酶制备低聚甘露糖的最佳工艺,基于β-甘露聚糖酶和β-1,4-内切葡聚糖酶对魔芋精粉的水解具有协同作用的原理,以耐高温的重组β-甘露聚糖酶(re Au Man5AN3C3)为主,辅以不同活性单位的高催化活性的重组β-1,4-内切葡聚糖酶(re Au Cel12A)对魔芋精粉进行水解。通过研究不同酶的添加比例、酶解p H值、酶解时间、酶解温度和底物浓度等因素,获得复合酶最佳的复配比例及酶解工艺条件。同时研究了保护剂对复合酶稳定性的影响。研究结果表明:复合酶解魔芋精粉制备低聚甘露糖的最佳工艺条件为:用去离子水配制的30 g/L魔芋胶溶液,re Au Man5AN3C3和re Au Cel12A配比为1∶1.5(前者为60 U/g魔芋精粉),水解温度为60℃,水解时间为6 h,在此条件下魔芋精粉的水解率可达65%。薄层层析分析结果显示魔芋精粉经酶水解后产物主要是二糖以上的寡糖,且主要介于二糖与六糖之间,无单糖的产生。在有保护剂存在的情况下,复合酶在室温下存放2个月其残余酶活均能超过85%。

3株鸭乙型肝炎病毒全基因组克隆与序列分析

对河南南阳、安徽亳州、湖北潜江三地鸭血清样本用PCR进行鸭乙型肝炎病毒(DHBV)检测,并从三地经检测为DHBV阳性的样本中各挑选1份进行DHBV全基因的扩增、克隆、测序及序列分析。结果显示,河南南阳、安徽亳州、湖北潜江三地的鸭乙型肝炎自然感染率分别为17.6%、13.6%、16.1%,差异不显著(P>0.05)。河南南阳、安徽亳州、湖北潜江3株DHBV基因组全长分别为3024、3027、3024bp,均含有编码P、S和C蛋白的3个开放阅读框。通过各开放阅读框氨基酸同源性比较,发现编码P蛋白的区域差异较大。全基因序列分析显示,3株DHBV核苷酸同源性为95.1%~97.4%,与选取的25株参考株同源性为90.3%~96.2%。遗传进化分析及P蛋白关键位点分析结果表明,3株均为类中国基因型,湖北潜江的DHBV毒株P蛋白3位-345位关键氨基酸残基位点与中国毒株基因型相同,在367位-771位关键氨基酸残基位点与西方毒株基因型相同,推测其产生了重组。结果表明,成功克隆了华中地区的3株鸭DHBV全基因序列,为DHBV的分子流行病学调查提供参考。

甲酸脱氢酶催化活性的定向进化及其高效表达

甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)属于D-2-羟基酸脱氢酶类,能催化甲酸氧化生成二氧化碳,同时能将氧化型辅酶I(Oxdized form of nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)还原成还原型辅酶I(Redued form of nicotinamide adenine dinucleotide,NADH),在NADH的再生中起重要作用。为了获得高活性的甲酸脱氢酶突变体,本研究以博伊丁假丝酵母甲酸脱氢酶(Candida boidinii formate dehydrogenases,CbFDH)突变体(CbFDHC23S)为亲本,进行了2轮定向进化,获得了一个比酶活性约为亲本4倍,且更适合于在生理条件下进行辅酶再生的突变体M2。然后,利用计算机辅助的手段初步阐明了其温度特性和催化效率改变的分子机制。最后,借助共表达策略进一步提高了突变体M2在大肠杆菌中的表达水平,超声裂解液中的甲酸脱氢酶活性达到45.85 U/mL,远远高于亲本单拷贝表达水平。本研究为增强NADH再生能力、降低NADH的再生成本,实现FDH偶联催化的手性醇及氨基酸衍生物等食品添加剂高效、廉价的绿色生物合成奠定理论基础。

重组大肠杆菌全细胞催化D,L-扁桃酸对映选择性制备L-苯甘氨酸

借助pACYCDuet-1和pET28a双质粒共表达系统,构建携带Agrobacteriumradiobacter来源扁桃酸消旋酶(Ar mandelate racemase,Ar MR)、Lactobacillus harbinensi来源D-扁桃酸脱氢酶(Lh D-mandelate dehydrogenase,Lh DMDH)和ExiguobacteriumsibiricumDSM17290来源L-亮氨酸脱氢酶(EsL-leucine dehydrogenase,Es LeuDH)编码基因的重组大肠杆菌,将其命名为E. coli BL21(DE3)/pACYCDuet-1-EsLeuDHLhDMDH:pET28a-ArMR。在低温、低浓度诱导剂的诱导下,该重组菌成功表达了具有各自催化活性的3种重组酶,其发酵液中Lh DMDH、Es LeuDH和Ar MR的活性分别为195.8、56.2 U/mL和174.5 U/mL。以诱导后的全细胞为催化剂、D,L-扁桃酸为底物,在D,L-扁桃酸初始浓度50 mmol/L、pH 9.5的500 mmol/L NH4Cl-NH3·H2O缓冲液体系下,180 r/min、30℃反应48 h后,L-苯甘氨酸得率可达77.48%,其对映体过量值大于99%。本研究具有较大的产业化潜力,为实现L-苯甘氨酸规模化的生物合成奠定了坚实的基础。

基于基因组挖掘技术的新型谷氨酸脱羧酶基因挖掘及表达鉴定

采用基因组挖掘技术,以来源于Lactobacillus brevis活性较高的谷氨酸脱羧酶(glutamate decarboxylase,GAD)LbGAD为探针,从乳酸菌(Lactococcuslactis、Lactobacillussenmaizukei)和肠球菌(Enterococcus sulfureus)的基因组中挖掘到了3个假定的GAD基因(LlGAD、LsGAD和EsGAD)。借助pET28a质粒分别实现了这4个基因在大肠杆菌BL21中的表达,其中LsGAD和LlGAD的表达产物可溶性较好,相应发酵液中GAD活力分别为34.17、38.91 U/mL。Ls GAD的比活力、温度特性、pH值特性和K_(cat)/K_(m)值也明显优于其他几个酶。此外,初步研究了全细胞催化L-谷氨酸制备γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的工艺,6 g/L的L-谷氨酸经过24 h转化后,GABA得率最高可达58%。本研究实现了GAD从基因组数据到真实酶的跨越,获得了1个性能优良的GAD,并初步实现了GABA的生物合成,为实现GABA低成本、规模化的生物合成提供了科学依据。

食管鳞癌患者血清中lncRNA-TUSC7的表达及与细胞侵袭转移的关系

目的探究长链非编码lncRNA-TUSC7在食管鳞癌患者血清中表达的临床意义并进一步评估其对食管癌细胞侵袭和转移能力的影响。方法选取2017年1月~2019年5月南阳市第二人民医院和南阳市中心医院收治的60例食管鳞癌患者的血清,同时选取60例年龄、性别匹配的健康体检者血清作为对照组。采用RT-qPCR方法检测血清中TUSC7的表达,分析其与临床病理特征的关系。同时以正常食管上皮细胞为对照,检测4种食管鳞癌细胞系中TUSC7的表达,进一步通过体外过表达或抑制TUSC7,进行MTT,划痕实验和细胞侵袭实验分析TUSC7对细胞迁移及侵袭的影响。Western blot检测过表达或抑制TUSC7对食管鳞癌细胞上皮间质转化(EMT)的标志物(MMP-9、E-cadherin、N-cadherin和Vimentin)蛋白表达的影响。结果食管鳞癌患者血清中LncRNATUSC7的表达低于正常健康对照组(P<0.05);TUSC低表达与肿瘤分期、淋巴结转移及组织浸润程度相关(P<0.05)。细胞水平上实验组TUSC7表达水平低于对照组(P<0.05);过表达TUSC7可显著抑制食管癌细胞的迁移和侵袭能力(P<0.05);并提高KYSE-30细胞EMT相关蛋白E-cadherin,而降低MMP-9、N-cadherin和Vimentin蛋白表达量(P<0.05);而抑制TUSC7后结果相反。结论TUSC7在ESCC血清和细胞系中表达下调,与食管鳞癌淋巴结转移相关,且具有通过EMT促进肿瘤细胞迁移和侵袭的功能。因此血清中TUSC7具有成为食管鳞癌诊疗和转移监测的分子标记物的可能。

铈(Ⅲ)和铈(Ⅳ)的溶液动力学探究

铈作为重要的稀土元素,在众多领域起着关键作用,一方面源于铈元素独特的化学性质,另一方面源于铈除了镧系元素常见的正三价外,还具有稳定的正四价,易于从化学性质极为相似的镧系元素中提取。近年来,Ce^(3+)/Ce^(4+)在水溶液中较高的氧化还原电势引起相关学者关注,基于此开发的锌铈液流电池具有广阔的应用前景,但微观机制和电极优化仍需研究。本文通过运用分子模拟方法,探究了Ce^(3+)和Ce^(4+)分别在水中的溶液动力学行为,从配位构型、离子扩散、配位水交换和溶剂化自由能等方面解释了两者的共性和区别,为铈元素的基础溶液行为和应用推广提供理论支持。

头孢菌素C乙酰化酶的半理性改造及7-ACA的生物合成

CPC乙酰化酶是一步酶法制备7-ACA的关键酶,针对它的研究具有重大的经济价值。为了获得对CPC具有更高催化活性的CPC乙酰化酶,以Pseudomonas sp SE 83来源的Ⅲ型CPC乙酰化酶CA Ⅲ为亲本,借助分子对接的手段确定了它与CPC结合的关键氨基酸残基,并确定将这些关键氨基酸残基突变为侧链基团更小的氨基酸残基,对CA Ⅲ的编码基因利用多点定点突变试剂盒完成定点突变后借助p ET32a质粒在E.coli BL21（DE3）中实现了可溶性表达,获得了对CPC催化活性更高的重组突变体reCA Ⅲ~M,其比酶活为26.7 IU/mg,较原酶提高了3.44倍。此外,初步研究了利用reCA Ⅲ^M进行一步酶法生产7-ACA的工艺,40 IU/g CPC的加酶量、25℃的条件下反应12 h,CPC的转化率和7-ACA的得率分别可达96.3%和63.4%,表明该酶具有良好的应用前景。CPC乙酰化酶的分子改造上取得的较为理想的结果,为该酶进一步的分子改造及应用奠定了坚实的基础,也为其它酶的分子改造提供了可资借鉴的经验。

环介导等温扩增技术检测食品安全的研究进展

食品安全一直是全世界公众健康的关注焦点。环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)技术是一种特异性强、灵敏度高、快速简便的等温核酸扩增技术,近年来在核酸检测领域有着广泛的研究和应用。将LAMP技术应用到食品安全检测领域,可以快速准确的监控一些食品安全问题,避免对人类健康所构成的危害。因此针对LAMP技术在食品安全检测方面的优势进行分析,并结合LAMP技术与新兴诊断技术平台的联合运用进行了展望。

新型R-扁桃酸脱氢酶的基因挖掘及表达鉴定

R-扁桃酸脱氢酶在苯乙酮酸的生物合成中起着关键的作用,挖掘具有高催化活性及稳定性的新型R-扁桃酸脱氢酶具有重要的意义。为了获得理想的R-扁桃酸脱氢酶,采用了基因组挖矿技术从Lactobacillus harbinensis菌株中获得了一个新型的R-扁桃酸脱氢酶LhDMDH,重组LhDMDH的比酶活高达1264.3 U/mg,约为探针的4倍,在已报道的R-扁桃酸脱氢酶中处于领先水平。同时,考察了4个重组酶主要的酶学特性,它们的最适反应温度在25-30℃,最适反应pH在9.0-9.5。动力学参数的结果表明,LhDMDH对底物的K_（cat）值为30.28 S^-1,明显高于其它重组酶。此外,底物谱分析的结果也表明LhDMDH在外消旋扁桃酸的手性拆分及苯乙酮酸的生物合成中更具优势。在R-扁桃酸脱氢酶基因挖掘方面取得了较为理想的结果,为进一步的改造及应用奠定了坚实的基础,也为其它酶的挖掘提供了可资借鉴的经验。

头孢菌素C乙酰化酶高通量筛选方法的改进

目的改进头孢菌素C(cephalosporin C,CPC)乙酰化酶高通量筛选方法,获得催化活性显著提高的突变体。方法基于对二甲氨基苯甲醛(p-dimethylaminobenzaldehyde,p-DAB)与7-氨基头孢烷酸(7-amino cephalosporanic acid,7-ACA)的复合物在405 nm有最大吸收值的原理,采用无菌96孔深孔板对重组菌进行低温低浓度诱导剂诱导表达,再以含溶菌酶和DNase的缓冲液进行菌体裂解,最后以96孔板进行底物的水解和反应终止,经p-DAB显色后,利用酶标仪进行产物的快速定量,以实现CPC乙酰化酶突变体的高通量筛选。结果利用改进的p-DAB比色法从先前建立的突变文库中筛选到2个在13℃下比酶活明显提高的突变子1A10和2G8,其比酶活分别为1.7和2.4 U/mg,较原酶的0.85 U/mg显著提高。在优化的筛选条件下,A405的变化能够准确反映酶活性的大小,确保了该方法筛选结果的可信度。结论改进的p-DAB比色法具有筛选快速,操作简便,筛选通量大及准确度高等优点,能够提高CPC乙酰化酶改造及筛选的效率,为低温CPC乙酰化酶的创制提供了技术支持。

鸡贫血病毒凋亡素基因的可溶性融合表达及抗肿瘤活性分析

为获得高效可溶表达的鸡贫血病毒凋亡素基因(CAV-Apoptin),根据大肠杆菌密码子偏爱性优化CAV-Apoptin基因序列,将其连接到含msyB伴侣基因的pBCX载体上,转化至大肠杆菌BL21(DE3)进行诱导表达,经SDS-PAGE鉴定后应用镍柱亲和层析纯化蛋白质,采用显微镜观察、CCK-8实验与DNA ladders测定其抗肿瘤细胞的活性。结果显示,成功构建大肠杆菌表达载体pBCX-CAV-Apoptin,在37℃正常培养条件下的大肠杆菌中得到大量可溶性表达产物,融合蛋白质分子量大小约为42 kDa,50 ml菌液即可获得1.5 mg左右的纯化重组蛋白,CCK-8实验结果显示纯化后的重组蛋白作用36 h后可对套氏淋巴瘤JEKO-1、REC-1细胞生长产生超过60%的抑制率;显微镜观察与DNA ladder实验证明重组蛋白可诱导JEKO-1、REC-1细胞的凋亡,对HUVEC没有诱导凋亡的作用。免疫印迹分析表明重组凋亡素对JEKO-1细胞诱导了Caspase-3的激活,而对Caspase-8的表达没有影响。研究表明融合蛋白msyB-CAV-Apoptin可达到高效可溶表达,且表达产物具有特异抗肿瘤活性。

CPC乙酰化酶底物结合区域Loop上脯氨酸对其催化特性的影响

低温CPC乙酰化酶在7-ACA的生物合成中具有重要作用和显著的优势,开发低温CPC乙酰化酶具有重大的经济价值。为了获得在低温下具有更高催化活性的CPC乙酰化酶,在前期的研究基础上,以先前获得的CA IIIM为亲本,借助分子对接的手段确定了它的底物结合区域,并利用py MOL软件找出了底物结合区域Loop上关键的脯氨酸残基,分析后将选定的脯氨酸用甘氨酸进行替换。借助p ET32a质粒在E.coli BL21(DE3)中进行了可溶性表达研究,除P272G外,其它突变体均实现了可溶性表达。P238G、P582G和P679G在13℃对CPC的催化活性分别为1.25、1.04和1.38U/mg,较亲本的0.85 U/mg有了显著的提高。此外,分别考察了亲本及突变体的温度稳定性,它们之间无明显的差异。然后,在13℃下进行了7-ACA低温生物合成的研究,结果表明反应24 h后CPC的转化率也能达到80%以上。由此可见在CPC乙酰化酶冷适应性改造方面取得了较为理想的结果,为进一步的改造及应用奠定了坚实的基础,也为其它低温酶的创制提供了可资借鉴的经验。

新型扁桃酸消旋酶的基因挖掘和性能表征

消旋酶是实现手性化合物去消旋化制备光学纯化学品的重要工具,来源于恶臭假单胞菌的扁桃酸消旋酶(MR),是目前唯一可以催化两种构型扁桃酸互相转换的消旋酶。通过基因组数据挖掘获得了9个新的扁桃酸消旋酶基因及活性蛋白,其中来源于放射性土壤杆菌Agrobacterium radiobacter的Ar MR酶对扁桃酸和邻氯扁桃酸具有较高的催化活力,而且该酶的异源表达水平也较理想。ArMR催化扁桃酸消旋反应的最适温度为50℃,最适pH为7.8。该酶在30℃、40℃和50℃下的半衰期分别为70.7、7.2、0.17 h。ArMR对(R)-和(S)-扁桃酸的K_M值分别为1.44 mmol/L和0.81 mmol/L,k_(cat)值分别为410 s^(–1)和218 s^(–1);对(R)-和(S)-邻氯扁桃酸的KM值分别为6.48 mmol/L和6.37 mmol/L,而k_(cat)值为0.22 s^(–1)和0.23 s^(–1)。Mg^(2+)和Mn^(2+)对该酶的活力有促进作用,而Zn^(2+)使其完全失活。新型扁桃酸消旋酶的发现和表征为今后此类酶的深入研究和开发提供了更多资源和数据参考。