Acinetobacter schindleri MCDA01几丁质脱乙酰酶基因的发掘、异源表达及其应用研究

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几丁质来源多样,尤其在虾,蟹和昆虫的外壳中有较高的含量。几丁质具有高度有序的晶体结构,使其不溶于水和大部分有机溶剂,且工业利用率低。几丁质脱去55%以上的乙酰基获得壳聚糖,由于壳聚糖具有吸附性和安全性,因而被广泛地应用于食品,农业和医药等领域。几丁质脱乙酰酶(Chitin deacetylase,CDA,E.C.3.5.1.41)可高效催化几丁质,催化过程安全环保,可制备高品质的壳聚糖。然而目前报道的CDA存在活力低和产物不纯等弊端,不利于CDA的规模化生产。申氏不动杆菌MCDA01(Acinetobacter schindleri MCDA01,As CDA01)活力为201.37U/m L,在已报道的CDA中具有最高活力,且对结晶度高的几丁质具有脱乙酰特性。本研究从基因组序列和生物信息学方面对As CDA01基因组进行全面分析,并从GO,COG,KEGG基因功能注释和碳水化合物活性酶注释方面,发掘As CDA01基因。诱导表达重组菌As CDA01,并研究重组酶As CDA01的酶学性质。利用海藻酸钠包埋法对As CDA01进行固定化和应用研究。研究结果如下:As CDA01基因组全长为3.33Mb,GC含量占比43%,编码了3107个基因,包括21个r RNA基因,88个t RNA基因和9个s RNA基因。As CDA01注释到6690个GO基因,2267个COG基因,1881个KEGG基因和35个CAZy基因。As CDA01基因有975个碱基对,编码324个氨基酸。通过系统发育分析,发现As CDA01是ura D_N-term-dom家族成员,与荧光假单胞菌多糖脱乙酰酶(Pseudomonas fluorescens polysaccharide deacetylase,Pf CDA)有55.14%的序列相似度。利用SDS-PAGE对表达在大肠杆菌BL21中的重组载体p ET-28a-As CDA01进行蛋白分子质量的检测,约为37.5k Da,与目标蛋白的分子质量一致。利用AKTA-purifier蛋白纯化系统分离纯化As CDA01,并用超微量核酸蛋白测定仪检测As CDA01的蛋白浓度,为2.11mg/m L。As CDA01的酶学性质结果显示,最佳催化温度为30℃;在25-40℃,As CDA01的相对酶活力均超过85%;最佳反应p H为7.0;在p H7.0-8.0,As CDA01保持85%以上的相对酶活。Mg2+,Ag+,Mn2+,Ni2+,Li2+,Cu2+和EDTA可提高As CDA01的催化活性,尤其Mg2+和Ni2+具有显著的激活作用,而Co2+,Cd2+和SDS会显著抑制As CDA01活性。采用红外光谱仪和扫描电镜测定样品的脱乙酰度,发现As CDA01酶解产物的脱乙酰度显著增加,比α-几丁质的脱乙酰度多63.05%。通过分析As CDA01对α-几丁质粉末,5%胶体几丁质溶液和β-几丁质粉末的脱乙酰特性,发现As CDA01对α-几丁质粉末和5%胶体几丁质溶液有显著的脱乙酰特性,且α-几丁质的脱乙酰度提高了6倍。对固定化酶As CDA01活力有显著影响的三个固定条件进行了响应面试验设计,确定了制备固定化酶的最优固定条件:2.09mg/m L海藻酸钠,3.18mg/m LCa Cl2,2.16h硬化时间,0.025%GA和30min交联时间,酶活力为301.2U/m L。对固定化酶的酶学性质进行了研究,结果表明在25-35℃,固定化酶的相对酶活均超过95%;在p H5.0-9.0,固定化酶都保持70%以上的相对酶活。经过7次重复操作固定化酶后,其相对酶活力仍超过65%。该论文有34幅图片,17个表格,126篇参考文献。
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