定点突变的谷氨酰胺合成酶的表达条件和在酶法合成谷氨酰胺中的应用

针对酶法生产谷氨酰胺中高浓度铵盐条件下的谷氨酰胺合成酶（GS）腺苷酰化问题,从谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum ATCC 14067调取编码GS的基因glnA,将GS的腺苷酰化位点Tyr405定点突变为Phe405,并在大肠杆菌中表达突变后的GS,优化产酶条件。用突变的GS在摇瓶中进行酶催化过程,通过补加酶催化底物谷氨酸钠和氯化铵,可以提高定点突变的GS生产谷氨酰胺的能力,谷氨酰胺产量达到16.8 g·L^-1;在5 L反应器规模的酶催化生产谷氨酰胺过程中,通过调控底物补加方案和反应条件,谷氨酰胺的产量达到34.2 g·L^-1,谷氨酰胺对谷氨酸的摩尔转化率为96.3%。     

谷氨酰胺转胺酶基因的结构分析及定点突变

根据分离得到的吸水链霉菌的谷氨酰胺转胺酶基因,预测其三维结构,确定其酶活中心,并构建定点突变体。用PCR扩增谷氨酰胺转胺酶基因,通过SWISS-MODEL在线预测三维结构,找到酶活中心,确定突变位点,将361位的组氨酸(CAC)突变成赖氨酸(AAA),将突变后的基因片段连接到pET-22b(+)上得到重组质粒pET-22b(+)-MTG,并转入大肠杆菌BL21(DE3)中进行表达。结果显示,通过对比已有的三维结构模型,找到了酶活中心,并通过重叠延伸PCR(SOE-PCR)技术成功构建了突变体。     

酶法转化谷氨酰胺

高产谷氨酰胺的谷氨酸棒杆菌经酶解和超声波处理后，释放出高活性的谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase，简称GS). GS的胞外催化反应受各种反应条件和因素的影响. 通过单因子实验、响应面实验和正交实验发现，反应混合物中最显著的影响是腺三膦(ATP)，当ATP浓度在40~50 mmol/L时，催化作用达到最高；同时酶量对反应也有较大的影响. 研究了粗酶液在细胞外反应时各种因素对谷氨酸棒杆菌GS催化作用的影响，获得了体外酶催化反应的适宜条件，最高转化产生的谷氨酰胺可达7.1 g/L，转化率达到94.8%.     

大肠杆菌色氨酸操纵子基因突变株的构建与表达

目的构建大肠杆菌色氨酸操纵子基因突变株,提高邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的产量。方法利用依赖于DpnⅠ酶的PCR方法突变表达载体pET-22b(+)-Trp Operon上的关键位点,PCR扩增Trp OperonM基因,构建pET-22b(+)-Trp OperonM重组表达质粒,经酶切及测序鉴定正确后,转化大肠杆菌BL21(DE3),IPTG诱导表达。制备粗酶液,经比色法测定邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的活性。结果 PCR扩增产物可见约7000bp的Trp OperonM条带;所构建的重组表达质粒经酶切及测序鉴定正确;邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的活性比大肠杆菌BL21(DE3)空菌分别提高了4.5倍和5.2倍。结论已成功构建了大肠杆菌色氨酸操纵子基因突变株BL21(DE3)/pET-22b(+)-Trp OperonM,邻氨基苯甲酸合成酶和色氨酸合成酶的活性均有提高,为高产色氨酸基因工程菌的构建奠定了基础。     

添加羟胺诱导Streptomyces hygroscopicus产谷氨酰胺转胺酶

研究了添加羟胺对Streptomyces hygroscopicus合成谷氨酰胺转胺酶的影响. 结果表明,添加羟胺可诱导谷氨酰胺转胺酶的合成. 摇瓶培养过程中,羟胺的最适添加量和最适添加时间分别为0.5 mmol/L和38 h,发酵结束时,谷氨酰胺转胺酶酶活最高达到5.3 U/mL,比对照提高了32.5%. 添加羟胺可诱导Streptomyces hygroscopicus产酶,羟胺与谷氨酰胺转胺酶反应的结果是产生了L-谷氨酸-g-单羟肟酸,实验证明它对Streptomyces hygroscopicus产酶有抑制作用. 诱导产酶过程是羟胺的促进作用和L-谷氨酸-g-单羟肟酸的抑制作用逐步达到平衡、最后酶活趋于稳定的过程.     

生物转化制备D-谷氨酰胺的研究

报道了制备D-谷氨酰胺的一种新方法,即利用大肠杆菌AS1.505的L-谷氨酰胺脱羧酶立体选择性地将D,L-谷氨酰胺中L型对映体降解为4-氨基-丁酰胺,分离得到D-谷氨酰胺。同时考察了转化体系温度、pH等因素对L-谷氨酰胺脱羧酶活力的影响。实验结果表明最佳条件为:温度37℃,转化体系pH=4.8,菌体质量浓度5 g/L,吐温-80质量浓度0.15 g/L,菌龄14 h,底物质量浓度40 g/L。L-谷氨酰胺脱羧酶在最适转化条件下比酶活可以达到4 200 U,L-谷氨酰胺在8 h内完全转化成4-氨基-丁酰胺,D-谷氨酰胺收率达到理论收率的92%。     

重叠延伸PCR法定点突变微生物产谷氨酰胺转氨酶基因

目的通过重叠延伸PCR法,定点突变微生物产谷氨酰胺转氨酶(Microbial transglutaminase,MTG)基因。方法根据GenBank中登录的Streptomyces sp.H197基因中MTG序列及重叠延伸PCR定点突变技术的原理,利用DNA-MAN5.0软件设计引物,以提取的Streptomyces sp.H197基因组DNA为模板,PCR扩增MTG基因,以扩增的MTG基因片段为模板,采用重叠延伸PCR技术对一个位点进行定点突变,胶回收PCR产物,与克隆载体pMD19-T连接后,转化感受态E.coli DH5α,提取质粒,经PCR及单、双酶切鉴定,并测序。结果重叠延伸PCR产物可见含有酶切位点和突变位点的特异性片段;重组质粒pMD19-T-MTG经PCR及单、双酶切鉴定,证明构建正确;测序结果表明,与野生型序列比对,仅有一个碱基发生改变,即第773位腺嘌呤突变为胞嘧啶,突变位点与预期一致,实现了目标位点的定点突变。结论重叠延伸PCR法对MTG基因序列预定位点突变成功,证明阳性克隆子含突变位点,为下阶段突变型功能表达奠定基础。     

艰难梭状芽孢杆菌谷氨酸脱氢酶的原核表达、纯化及其酶活性

目的原核表达艰难梭状芽孢杆菌(Clostridium difficile,CD)谷氨酸脱氢酶(Glutamate dehydrogenase,GDH),纯化重组蛋白,并检测其酶活性。方法采用PCR法从标准株ATCC BAA-1805中扩增GDH基因,克隆至原核表达载体pET-28a(+)中,构建重组表达质粒pET-28-GDH,转化感受态大肠杆菌Rosetta(DE3),IPTG诱导表达。表达的重组蛋白经SDS-PAGE和Western blot分析,并通过Ni-NAT层析柱分离纯化后,根据脱氢酶酶活测定方法,测定纯化蛋白的酶活性。结果重组表达质粒pET-28-GDH经双酶切及测序,证实构建正确,重组蛋白的相对分子质量约46 000,可与抗His单抗特异性结合,主要以可溶性形式表达。纯化的目的蛋白纯度可达90%,浓度为1.7 mg/ml。纯化蛋白GDH以NADPH和NADP为辅酶,酶活性分别为42.6和63.3 U/L。结论已成功在大肠杆菌中表达了重组CD GDH,纯化的目的蛋白纯度高,具有GDH酶活性,为制备GDH单克隆抗体奠定了基础。     

转氨酶ATA117基因在大肠杆菌BL21(DE3)中的重组表达及产酶条件优化

采用基因工程的方法构建重组大肠杆菌得到重组菌Eco(p ETDuet-ATA117),实现了转氨酶ATA117的重组表达。使用响应面法对重组大肠杆菌摇瓶发酵产酶培养基进行了优化并对转氨酶诱导条件进行研究。首先采用二水平部分因子设计筛选确定培养基中对转氨酶ATA117酶活有显著影响的3种培养基组分,即甘油、酵母粉和胰蛋白胨。然后进行最陡爬坡实验确定最佳响应面区域,最后通过Box-Behnken设计确定各成分的最佳浓度。采用该优化培养基,转氨酶酶活为391.7 U/L,分别是基础培养基和单因素优化培养基酶活的3.13倍和1.22倍。对转氨酶的诱导条件进行了研究,得出最适诱导温度24℃,光密度值(OD)为0.8,此条件下进行诱导,异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)浓度1 mmol/L,诱导时间15 h,最终转氨酶活力达到713.7 U/L。     

产GL-7ACA酰化酶基因工程菌的高活性表达

实现了戊二酰基-7-氨基头孢烷酸(GL-7ACA)酰化酶的组成型表达,并通过替换重组质粒启动子的RBS序列,在摇瓶培养条件下,使新构建的重组质粒pGEMKT-HPRfACY在大肠杆菌JM105中表达GL-7ACA酰化酶酶活达到0.44 U/mL,是替换前的2倍. 使用廉价的玉米浆作为培养基中氮源主要来源,使JM105/pGEMKT-HPRfACY菌株酶活提高到2.98 U/mL. 采用补料批式培养,利用流加营养物控制发酵中后期的pH值,在pH为7.5的条件下,酶活峰值达到6.37 U/mL. 该体系无需诱导,工艺操作过程简单,成本低廉.     

蜂毒肽/变构hIL-2融合蛋白的原核表达及其对宿主菌生长的影响

目的构建蜂毒肽(Melittin)与变构hIL-2融合基因原核表达质粒,并检测表达的融合蛋白对宿主菌E.coli生长的影响。方法以质粒pGEX-4T-2/Melittin-IL-2(88Arg)为模板,通过PCR定点诱变为Melittin-IL-2(88Arg,125Ala),将PCR产物和pET-15b载体分别经双酶切后连接,构建重组表达质粒pET-15b/M-IL-2(88Arg,125Ala),转化E.coliBL21(DE3),IPTG诱导表达。SDS-PAGE及ELISA分析表达产物;检测诱导不同时间重组菌的A600值,绘制生长曲线,并进行活菌计数。结果PCR扩增的目的片段长542bp,重组表达质粒测序分析证明目的基因如预期突变;ELISA可检测到目的蛋白表达,但表达量较低;SDS-PAGE分析未见目的条带;诱导表达4h,重组菌A600值由0.8下降至0.6;诱导2h,活菌计数由108个/ml降至104个/ml。结论已成功构建了原核表达质粒pET-15b/M-IL-2(88Arg,125Ala),表达的融合蛋白可能对宿主菌具有毒性,从而杀伤宿主菌。     

重组靶向毒素hIL6(T22)-PE38在大肠杆菌中的表达及其细胞毒性

目的 在大肠杆菌中表达、纯化重组靶向毒素hIL6(T22)-PE38,并检测其细胞毒性。方法以PHis-hIL6(T22)-PE38质粒为模板,PCR扩增hIL6(T22)-PE38基因,插入表达载体pET-28a(+)的NcoⅠ和XhoⅠ多克隆位点,构建重组表达质粒,分别转化至大肠杆菌BL21(DE3)、Rosettablue(DE3)和BL21(DE3)pLysS中,IPTG诱导表达,并对表达条件进行优化。表达产物经亲和层析纯化后,检测其细胞毒性。结果重组表达质粒pET-28a-hIL6(T22)-PE38经双酶切和测序证明构建正确。表达的重组毒素相对分子质量约56 000,在大肠杆菌Rosettablue(DE3)中表达量最高。最适诱导表达条件为:1 mmol/L IPTG 28℃诱导4 h。重组毒素能选择性地杀伤人骨髓瘤细胞U266和鼠骨髓瘤细胞SP2/0,体外对U266和SP2/0细胞的IC50分别为0.5～1.0和1.0～1.5μg/ml。结论重组靶向毒素hIL6(T22)-PE38在大肠杆菌中成功获得可溶性表达,纯化的蛋白可明显选择性杀伤U266和SP2/0细胞。     

幽门螺杆菌尿素酶B亚单位基因的克隆及其高效表达

目的克隆幽门螺杆菌尿素酶B亚单位(UreB)基因,构建原核表达载体,并进行高效表达。方法以幽门螺杆菌基因组DNA为模板,PCR扩增UreB基因,双酶切后,与质粒pET-22b(+)连接,构建表达载体pET-22b(+)/UreB,分别转化E.coliBL21(DE3)、Origam(iDE3)和Rossetta(DE3),经IPTG诱导后,进行SDS-PAGE和Western blot分析。结果经酶切及测序,证明幽门螺杆菌UreB基因的原核表达载体构建正确。3种重组菌的诱导表达产物经SDS-PAGE分析,均可见相对分子质量为64000的目的蛋白条带,Rossetta(DE3)重组菌目的蛋白表达量最高,约占菌体蛋白的35%。Western blot结果表明,表达的目的蛋白具有良好的反应原性。结论已成功克隆了幽门螺杆菌UreB基因,并在大肠杆菌Rossetta(DE3)中获得了高效表达。     

鼠抑铁素2蛋白的原核表达及鉴定

目的表达鼠抑铁素2(lcn2)蛋白,并检测表达产物的生物学活性。方法从小鼠RAW264.7巨噬细胞提取总RNA,逆转录合成cDNA,以cDNA为模板,PCR扩增lcn2基因片段,插入原核表达质粒pET-32a(+),转化大肠杆菌BL21(DE3)plysS,用IPTG诱导表达。表达产物经His-tagin-gel stain鉴定后,采用Ni2+-NTA亲和层析纯化,并检测其生物学活性。结果经核苷酸序列测定和酶切鉴定,表明重组质粒pET-32a(+)-lcn2构建正确。表达的重组蛋白经SDS-PAGE分析,相对分子质量约为21000,表达量占菌体总蛋白的35%,主要以包涵体形式存在。纯化后蛋白浓度为1.0g/L,并对大肠杆菌和乙型链球菌生长有一定的抑制作用。结论成功地在原核细胞中表达了重组lcn2蛋白,且表达的蛋白具有一定的抑菌作用。     

人巨细胞病毒pp65基因片段的原核表达及鉴定

目的构建人巨细胞病毒(HCMV)pp65基因片段(363～505位氨基酸)的原核表达质粒,并鉴定所表达蛋白的反应原性。方法以含有HCMVpp65全长基因的pGEM-T-pp65质粒为模板,PCR扩增pp65基因第1087～1515位核苷酸片段,酶切后插入pET-21a(+)载体,转化大肠杆菌BL21(DE3)。经IPTG诱导表达,纯化后进行Western blot鉴定。结果酶切分析和测序证明原核表达质粒pET-21a(+)-pp65构建正确。表达的融合蛋白主要以包涵体形式存在,以1.0mmol/L IPTG诱导5h,目的蛋白的表达量最高。纯化后的蛋白具有良好的反应原性。结论已成功构建了HCMV pp65基因片段原核表达质粒,并在大肠杆菌中表达了融合蛋白。