嗜热脂肪酶表达鉴定及枯草杆菌芽孢表面展示

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脂肪酶具有催化酯的水解以及转酯作用,绝大部分运用于工业酶催化领域中的脂肪酶是来自于嗜温微生物,在一些恶劣的工业环境下不稳定甚至失活,如在一些工业洗涤中的高温环境和生物柴油生产中的醇试剂中等等。考虑到高效低成本的生物催化产业化应用,发现并研究优秀新酶及其良好固定化方法是非常重要的,而具有很高的内在热稳定性和化学稳定性的来源于极端微生物中的酶,是近年生物催化研究热点。枯草杆菌芽孢具有极高的耐热、碱等抗逆性,是作为嗜热酶理想的天然固定化载体,但相关报道极少。本论文首次对海栖热袍菌MSB8中的嗜热脂肪酶Tm1350进行了表达鉴定及枯草杆菌孢子表面展示的研究。  本论文以极端嗜热菌海栖热袍菌MSB8的基因组为模板,首次PCR扩增脂肪酶基因tm1350,构建成原核表达质粒pET-28a-Tm1350,并转化大肠杆菌BL21,以0.1mM的IPTG诱导目的蛋白的表达,并进行可溶性表达分析,发现目的蛋白主要以包涵体形式存在。将包涵体蛋白在8M尿素溶液中溶解,并以Ni-NTA亲和层析纯化。将纯化的目的蛋白放入透析袋中,进行尿素梯度法复性。将复性成功的蛋白作为抗原免疫小鼠,制备多克隆抗体血清,经western blottingting验证该血清对目的蛋白具有良好的特异性。  对脂肪酶Tm1350的酶学性质研究发现,当底物为对硝基苯丁酸酯(p-NPB)时所展示的酶活力最高,对于不同长度的酰基链酯也具有很好的水解能力。酶的最适温度和pH值分别为70℃和7.5,此条件下酶的比活力为64.26U/mg。在pH9.0时,酶活力为最高活力的80%,而在pH6.0时,仅保留20%的酶活。在pH8.0和pH9.0条件下,70℃孵育8h后Tm1350分别保留了原始活性的66%和52.6%的酶活,说明Tm1350具有很好的耐高温和耐碱性。Ca2+和Mn2+对酶具有一定的激活作用,而10mM的Cu2+、Fe2+、Fe3+和Zn2+对酶具有显著的抑制作用。4M尿素和20%(v/v)甲醇对酶都具有一定的激活作用。而其他的有机试剂和表面活性剂对酶具有不同程度的抑制作用;1mM还原剂二硫苏糖醇DTT和还原性谷胱甘肽GSH对酶具有显著的激活作用。通过圆二色谱分析发现1mM DTT对酶结构(没有半胱氨酸)没有明显的改变,推测活性位点等氨基酸残基细微变化等造成酶活性提高。  本研究利用CotB为锚定蛋白将耐热脂肪酶Tm1350展示在孢子表面。首先构建了一个大肠杆菌-枯草芽孢杆菌穿梭表达载体pHS-CotB-Tm1350,并将其转入枯草芽孢杆菌DB403中。通过western blotting以及蛋白酶处理后酶活性的变化验证了Tm1350展示在孢子表面。表面展示Tm1350的最适温度和pH分别为80℃和9.0。酶的稳定性研究发现孢子展示的Tm1350在70℃条件下,在pH8.0和pH9.0中孵育8h后分别保留了其原始酶活力的81%和70%,比游离酶Tm1350在同等条件下残留的酶活分别高出了15%和17.4%。在pH8.0,70℃条件下,重组孢子比活力为2.42×10-8U/spore,通过简单的离心循环利用3次后,其酶活力没有较大的损失(84%)。  这一研究发现脂肪酶Tm1350是一种热稳定性、耐碱性和耐甲醇的脂肪酶,其在生物化工中具有很好的应用前景。并且通过孢子表面展示的脂肪酶Tm1350与游离酶相比具有更好的热稳定性及耐碱性,同时在高温环境下具有很好的循环利用率。本研究说明了将嗜热酶展示在枯草芽胞杆菌芽孢表面作为一种有效的抗逆性酶固定化技术和示范方法并运用在恶劣的工业环境进行高效低成本的生物催化具有重大的意义。
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