变色栓菌漆酶同工酶基因克隆表达及其在染料脱色中的应用

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:keiryu
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漆酶是一种含铜的多酚氧化酶,能够催化酚类化合物及芳香胺的氧化,在污水处理、环境污染物降解和土壤修复等方面受到越来越广泛的关注。本文以变色栓菌为出发菌株,克隆、表达和改造了漆酶基因,并对比了三种漆酶同工酶在染料脱色中效率的差异,同时初步研究了木聚糖酶及漆酶基因的融合表达。主要研究结果如下:1.通过RT-PCR克隆出三个漆酶基因lacA、lacB和lacC。其中lacA基因全长1560bp,lacB基因全长1563bp,lacC基因全长1584bp。lacA和lacB氨基酸水平的同源性为68.3%,lacA和lacC氨基酸水平的同源性为68.2%,lacB和lacC氨基酸水平的同源性为72.7%。2.分别以GS115、KM71H和X33为宿主菌株,成功构建了漆酶毕赤酵母基因工程菌,并实现了高效表达。其中,毕赤酵母GS115为宿主菌时,更有利于重组蛋白的表达与分泌。三种漆酶重组菌株(以GS115为宿主菌株)的最高表达水平分别达到2635U/L、2291U/L和2375U/L。酶学性质研究表明,lacA和lacB的最适温度为55oC,lacC最适温度为60oC,三者在30oC、40oC、50oC时稳定性都较好;lacA和lacB的最适pH都为3.0,lacC的最适pH为3.5,三者的pH稳定性均较好。且金属离子对三种漆酶基因具有不同程度的促进和抑制作用,其中Al3+和Cu2+有明显的促进作用,而Fe2+对三者都有强烈的抑制作用。3.以变色栓菌漆酶基因lacB为研究对象,以酿酒酵母α因子信号肽和漆酶自身信号肽分别引导漆酶分泌表达,结果表明,酿酒酵母α因子信号肽作用效果比漆酶自身信号肽要好,并且在酿酒酵母的α因子信号肽序列的N端加入A、I、P三个氨基酸的信号肽序列能有效提高漆酶基因的分泌表达量,酶活达到6532U/L。进一步将SV40增强子添加到酿酒酵母α因子信号肽之前,重组毕赤酵母产漆酶的量并没有显著的提升。4.对重组酵母GS115/lacA在摇瓶中进行单因素及响应面诱导条件的优化,研究结果表明,适宜的培养基初始pH值为7.1,甲醇添加量为0.6%,装液量51mL,Cu2+浓度为0.5mmol/L,摇床转速为180r/min。同时,低温诱导及添加4%的蛋白胨均有利于目的蛋白的分泌。优化后的酶活最高可达到11972U/L,为未优化前的2.2倍。以工业基础盐为培养基,控制温度为28oC、pH值为6.0、溶氧为20%-40%,进行了3L发酵罐的高密度发酵,得到最高酶活为18123U/L,为单因素优化的1.5倍。5.利用三组变色栓菌漆酶同工酶,对对苯二酚及偶氮类、蒽醌类染料进行降解实验。结果表明,三种漆酶同工酶对对苯二酚的降解率均能达到100%,其中LacB更具有高效性,在6h时,降解率就达到了100%。经过对偶氮类及蒽醌类降解条件的优化,建立了酶降解两类染料的适宜工艺,筛选了更适宜的漆酶同工酶。同时,得出对两类染料的脱色体系分别如下:偶氮类脱色体系为pH4.0的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲液,添加介体物质VA,40oC下反应4h,酶用量为1U/mL,最终脱色率达到了80%以上,其中LacA对活性橙7及直接大红4BS的专一性较强,LacB对酸性湖蓝的专一性较强,而LacC对酸性黑ATT及酸性红35的专一性较强;蒽醌类脱色体系为pH3.5的柠檬酸-柠檬酸三钠缓冲液,30oC下反应12h,酶用量为1U/mL,最终脱色率接近100%,其中,LacB对RBBR及酸性紫43的专一性最强,而对活性艳蓝KN-R的专一性较其他两种漆酶同工酶来说要弱。以上脱色实验说明了该三种漆酶同工酶能够有效降解偶氮类、蒽醌类等多种类型的染料。研究表明,漆酶在染料工业废水脱色领域中具有很大的应用潜力,来源于同一菌株的漆酶同工酶在专一性和高效性等方面存在明显差异。6.成功将黑曲霉木聚糖酶xynB基因与变色栓菌漆酶lacA顺序融合及连接肽顺序连接融合,构建了的两种基因工程菌pPICZαA-xynB-lacA和pPICZαA-xynB-linker-lacA,且均在毕赤酵母GS115中实现了表达,取得了阶段性成果,研究为融合酶的高效表达及其生物酶在纸浆漂白中的实际应用打下了较好的基础。
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