酶工程的研究进展

酶工程是现代生物技术的重要组成部分,它作为一项高新技术将为工业的发展起重要推动作用.介绍了自然酶的开发、酶的化学和遗传修饰、酶的固定化、人工合成酶、酶基因的克隆和表达、酶的遗传设计等方面的理论和技术研究的最新进展.     

紫外诱变季也蒙毕赤酵母原生质体筛选木糖醇高产菌株

目的通过对季也蒙毕赤酵母原生质体进行紫外诱变,筛选遗传性稳定的木糖醇高产菌株。方法制备季也蒙毕赤酵母DQ11的原生质体,计算原生质体生成率及再生率,并对制备过程中的酶浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)、酶解温度(26、28、30、32和34℃)及酶解时间(1、2、3、4和5 h)进行优化。对采用最佳酶解条件制备的原生质体进行紫外诱变,分别检测诱变30、60、90、120和150 s时原生质体的致死率,经重复筛选,采用高效液相色谱法测定菌株发酵液的木糖醇含量,并检测筛选出的木糖醇高产菌株的遗传稳定性。结果最佳酶解条件为:酶浓度1.5%,酶解温度30℃,酶解时间3 h,该条件下制备的原生质体经紫外诱变90 s(最佳诱变时间)后,获得1株高产木糖醇诱变菌株YZ-57,其发酵液的木糖醇含量为9.78 g/L,比出发菌株DQ11提高了186%,且具有良好的遗传稳定性。结论季也蒙毕赤酵母原生质体经紫外诱变,成功获得一株季也蒙毕赤酵母木糖醇高产菌株YZ-57,且具有良好的遗传稳定性。     

我国大洋生物资源开发喜获新成果

从国家海洋局获悉，由第三海洋研究所海洋生物遗传资源重点实验室承担的“深海生物酶筛选与开发”项目日前通过中国大洋矿产资源研究开发协会专家组的验收。该项目新获得极具医药、工业、环保和军事应用价值的低温蛋白酶、低温纤维素酶等6种低温酶，并完成了酶的性质、基因克隆、基因工程菌构建、产酶发酵条件等相关研究．     

原生质体复合诱变选育刺芹侧耳木质素降解酶高产菌株

通过对刺芹侧耳(Pleurotus eryngiiGIM5.280)原生质体开展复合诱变及传代培养,以期得到遗传稳定的木质素降解酶高产菌株。结果表明,通过25s紫外诱变刺芹侧耳原生质体,正突变率达16%。对紫外诱变正突变株进行60Coγ二次复合诱变再生,获得五株正突变突出菌株。经过摇瓶发酵实验,发现这五株菌株产木质素降解酶能力较出发菌株明显提高。同时开展高产菌株的传代培养,检验其传代稳定性。连续传代四代测试结果表明,007号和167号菌株遗传的稳定性表现突出,发酵液中木质素降解酶产量稳定。尤其是007号菌株产酶可达到110U·mL-1,比出发菌株的酶活表达量提高54.3%。复合诱变能明显提高刺芹侧耳产木质素降解酶能力。     

基因工程菌株BLG8900的遗传稳定性

目的研究基因工程菌株BLG8900的遗传稳定性。方法在有选择压力(加氨苄西林)的条件下,测定pYC2质粒在大肠杆菌BLG8900株[含有质粒pYC2的BL21(DE3)]中的遗传稳定性。结果工程菌连续传10、25、50和100代后质粒具有良好的稳定性,而且经BamHⅠ/EcoRⅠ双酶切,酶切图谱相同。第100代菌株重组质粒的GnRH/TRS序列与原代菌株相同。原代与第10、25、50和100代菌株经IPTG诱导表达,GST-GnRH/TRS融合蛋白表达水平、菌体蛋白的SDS-PAGE图谱鉴定无明显差异。Western blot表明各代菌株表达产物均具有GnRH抗原特异性。结论质粒pYC2在大肠杆菌BL21(DE3)宿主菌中有较好的遗传稳定性。     

pEGFP-C1-GnRH/TRS在HeLa细胞中的遗传稳定性

目的研究质粒pEGFP-C1-GnRH/TRS在HeLa细胞中的遗传稳定性。方法取0代及传至第10、20、30和40代的工程细胞,在有选择压力(加G418)的条件下,测定pEGFP-C1-GnRH/TRS质粒丢失率。分别提取各代次工程细胞质粒DNA进行双酶切鉴定。将经酶切鉴定正确的第40代工程细胞质粒测序,并将各代次工程细胞加压筛选后,于荧光显微镜下观察。结果连续传10、20、30和40代后,质粒丢失率均不超过2%。不同代次的工程细胞质粒DNA经BamHⅠ/EcoRⅠ双酶切,酶切图谱相同。第40代质粒的GnRH/TRS序列与原代质粒相同。第40代细胞荧光分析与原代细胞相似。结论质粒pEGFP-C1-GnRH/TRS在HeLa细胞中有较好的遗传稳定性。     

生物工程中的若干化学问题

本文介绍了某些生物工程中的若干与化学有关的问题,例如酶的修饰与改造,固定化酶,模拟酶,酶的遗传设计等。由于生物工程的进展使化学工业面临新的挑战,对化工生物技术的特点,生物催化剂在化工氧化体系中的应用,模拟细胞色素P450对有机物的氧化应用等也进行了适当探讨。     

二氧化碳和氢气转化为液体燃料的研究进展

非光合作用法固定CO2可使其转化为有用的工业化学前驱体和燃料。开发电燃料生产微生物需要用到合成生物学、遗传代谢工程和计算机模拟。利用大量微生物和能源可生产多种目标分子。对当前电燃料工程进行考察主要是集中研究氢气利用有机体中氢化酶和碳酸酐酶的生物化学特性,并对已知碳固定途径进行动力学和能量学分析,研究当前和可能成为电燃料生产微生物的遗传系统状态。     

触发生物钟的开关

美国加州大学欧文分校的保罗·萨松-科西教授及同事曾于去年发现了触发生理节奏的基因CLOCK。基因CLOCK编码一种酶能够对染色质进行修正。最近他们发现这种酶的伙伴BMAL1蛋白上的单个氨基酸经过修改会触发与生理节奏有关的遗传事件。研究人     

化学与生物工程

生物工程技术的开发必须与化学和化学工程密切结合才能取得较好的效果。因为生物工程现在已发展成为包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大分支的综合技术体系。诸如酶的修饰与改造,固定化酶、模拟酶以及酶的遗传设计等都离不开化学工程的参与和合作才能得以完成。因此,在开发生物工程项目时从事从化学和化工专业的也应适当地与以配合。几千年前,人类学会利用发酵现象制造酒和酱油的时候,就已经揭开了发酵工程的历史。但当时只凭经验进行生产。直到19世纪,由于微生物学和化学的发展,酿造工业才进入近代化的行列。本世纪40年代,青霉素     

酶工程研究及应用

酶工程是现代生物技术的重要组成部分，它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。介绍了酶固定化、基因工程菌（细胞）的固定化、植物细胞培养产酶、酶的化学修饰、核酸酶、抗体酶、酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在各工业中的应用，对酶工程的发展前景进行了探讨。     

酶工程在医药工业中的应用

酶工程是现代生物技术的重要组成部分,它作为一项高新技术将为各工业的发展起重要推动作用。介绍了酶固定化、基因工程菌(细胞)的固定化、植物细胞培养产酶、酶的化学修饰、核酸酶、抗体酶、酶标药物的理论和技术研究的最新进展以及酶工程在医药工业中的应用,对酶工程的发展前景进行了探讨。     

Designer enzyme and cell applications in industry and in environmental monitoring

Renewed world interest in enzyme biotechnological industries now derives from the expectation that many new biocatalysts will be created by genetic engineering associated with protein engineering designer techniques, or by chemical modification of existing enzymes by use of protein tailoring methods. The biocatalysts produced are mainly enzymes, abzymes (catalytic antibodies) and synthesis (synthetic analogues or mimics), and these will be used in industry, synthesis, therapy: and in bioanalysis of components of foodstuffs, and the environment including water, air and soil. The biocatalysts, including whole cells, are firstly incorporated into a particular bioreactor form by use of enzyme engineering techniques such as immobilization, and are then used, as appropriate, to modify their substrates. Improved processing or enhanced products are thereby achieved in the case of manufacturing industry: or monitoring signals are generated, often in the form of a measurable change in current flow, in the case of environmental biosensors. Designer enzymes and cells can be made now for identified applications where the presently available biocatalysts are inadequate, incompatible or uncompetitive.     

固定化酶研究进展

固定化酶有许多优点,尤其是稳定性和可重复使用性使其在许多领域得到广泛应用.固定化酶技术是一门交叉学科技术,目前已得到长足的发展.介绍了固定化酶制备的传统方法以及一些新方法,同时对酶在一些性能优良的载体上的固定进行了综述.     

酶工程：从人工设计到人工智能

计算机在酶工程中的应用使得酶的序列空间探索度不断被扩大。随着不同分子力场参数的建立,涌现出诸多以计算分子能量为基础的算法,并被用于酶的催化活性、稳定性、底物特异性等的改造与筛选。伴随计算机硬件的提升与算法的优化,从头设计全新功能的人工酶取得成功并得以发展。近年来,人工智能在蛋白质结构预测上不断获得突破,同时也被应用到酶的设计中。介绍了分子力场基础和酶设计与筛选的算法,重点阐述了从头设计的方法和成功案例,以及机器学习设计酶的流程和最新的研究进展,展望了人工智能在酶工程领域的未来发展,为酶的改造与全新功能的生物催化剂的设计助力。     

A Rapid and Efficient Method for Isolation and Transformation of Cotton Callus Protoplast

Protoplasts, which lack cell walls, are ideal research materials for genetic engineering. They are commonly employed in fusion (they can be used for more distant somatic cell fusion to obtain somatic hybrids), genetic transformation, plant regeneration, and other applications. Cotton is grown throughout the world and is the most economically important crop globally. It is therefore critical to study successful extraction and transformation efficiency of cotton protoplasts. In the present study, a cotton callus protoplast extraction method was tested to optimize the ratio of enzymes (cellulase, pectinase, macerozyme R-10, and hemicellulase) used in the procedure. The optimized ratio significantly increased the quantity and activity of protoplasts extracted. We showed that when enzyme concentrations of 1.5% cellulase and 1.5% pectinase, and either 1.5% or 0.5% macerozyme and 0.5% hemicellulase were used, one can obtain increasingly stable protoplasts. We successfully obtained fluorescent protoplasts by transiently expressing fluorescent proteins in the isolated protoplasts. The protoplasts were determined to be suitable for use in further experimental studies. We also studied the influence of plasmid concentration and transformation time on protoplast transformation efficiency. When the plasmid concentration reaches 16 µg and the transformation time is controlled within 12–16 h, the best transformation efficiency can be obtained. In summary, this study presents efficient extraction and transformation techniques for cotton protoplasts.     

酶技术研究进展

酶技术是一个重要的研究领域，它对工业过程中酶的应用有重要影响。酶技术主要改进生化工艺过程中酶的新的应用方式，它对生物工艺技术工程有重要作用。酶的动力学拆分和在有机溶剂中的应用是酶技术的重要部分，近来这些方面已取得很大进展，生物技术的发展为石化工业的可持续发展带来新的曙光。     

酶的寡聚结构与催化稳定性

酶的结构与催化稳定性是生物催化与转化过程中的研究热点之一。与单体酶相比,寡聚酶在进化过程中亚基之间的聚合使其在结构和功能上具有一定的优越性,然而寡聚酶独特的四级结构导致其在制备和应用中存在诸多问题,如制备效率低、催化位点利用率低、催化稳定性差等,其中亚基解离导致的催化稳定性问题在很大程度上限制了其工业化应用。目前,介质工程、多亚基固定化、亚基界面工程和融合蛋白策略被应用于寡聚酶的催化稳定性改造,而寡聚酶至单体酶的改造策略则试图从根本上解决寡聚酶的制备和应用问题,具有较好的应用前景。本文介绍了酶的寡聚结构演替所产生的新功能,总结了寡聚酶在制备和应用中存在的问题,重点阐述了提高寡聚酶制备效率和催化稳定性的策略。     

底物特异性的生物催化与酶设计改造

随着生物产业的发展,生物酶催化发挥着越来越重要的作用。然而,部分酶在应用过程中仍然存在诸多问题,影响了生物催化的进一步发展。本文以酶的底物特异性为切入点,回顾了酶的专一性、高效性和环保性;介绍了酶在药物合成和天然产物改性领域的应用以及所遇到的问题;综述了酶的底物特异性改造过程中各种方法的应用,包括化学修饰、非理性和理性设计。化学修饰作为一种直观的修饰方法,通过化学反应对酶分子进行改造;非理性设计是利用易错PCR和DNA Shuffling等手段获得底物特异性提高的突变体;理性设计是基于序列和结构信息对酶分子进行改造。本文从重塑活性口袋提高酶的底物特异性和重塑活性口袋改变酶促反应类型两个方面出发,详述了理性设计改变酶的底物特异性的方法,为酶的特异性改造提供借鉴。     

The Generation and Exploitation of Protein Mutability Landscapes for Enzyme Engineering

The increasing number of enzyme applications in chemical synthesis calls for new engineering methods to develop the biocatalysts of the future. An interesting concept in enzyme engineering is the generation of large‐scale mutational data in order to chart protein mutability landscapes. These landscapes allow the important discrimination between beneficial mutations and those that are neutral or detrimental, thus providing detailed insight into sequence–function relationships. As such, mutability landscapes are a powerful tool with which to identify functional hotspots at any place in the amino acid sequence of an enzyme. These hotspots can be used as targets for combinatorial mutagenesis to yield superior enzymes with improved catalytic properties, stability, or even new enzymatic activities. The generation of mutability landscapes for multiple properties of one enzyme provides the exciting opportunity to select mutations that are beneficial either for one or for several of these properties. This review presents an overview of the recent advances in the construction of mutability landscapes and discusses their importance for enzyme engineering.