羧酸酯酶的筛选及在合成紫杉醇侧链(2S,3R)-苯基缩水甘油酸甲酯中的应用

来源 :2012年全国博士生学术论坛——发酵工程 | 被引量 : 0次 | 上传用户:y358549797
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  光学活性的苯基缩水甘油酸甲酯(PGM),特别是(2S,3R)-异构体,是生产紫杉醇及黄皮酰胺等许多手性药物的重要砌块.紫杉醇对于多种癌症有很好的临床疗效,而(2S,3R)-PGM即是合成这种紫杉醇侧链的重要手性中间体.近年来,报道了许多光学纯PGM的制备方法,然而这些方法还存在底物浓度低、催化剂活性差、反应时间长等缺点,不适宜于工业化应用.本研究的主要目的是找到一种对于(±)-PGM催化活性高、对映选择性好、底物耐受性强、反应时间短的新型生物催化剂,因此采用了两轮筛选的策略寻找具有PGM水解活性的菌株.在第一轮筛选中,从超过200份的土壤样品中获得了一系列的酯酶/脂肪酶产生菌.其中,通过三丁酸甘油酯平板上透明圈的大小分离出133株菌株并采用薄层层析初步检测了底物的消耗和副产物苯乙醛的产生,找到了94株能有效水解(±)-PGM的菌株.第二轮筛选采用高效液相色谱定量分析了这些菌株生物转化(±)-PGM的活性和对映体选择性,42株菌株显示了较高的对映体选择性(ees>80%).为了满足工业生产的需要,考察了候选菌株的底物耐受性,筛选到了3株耐高底物浓度的菌株.在仔细的对比分析后,最终选定了编号为ECU 1107的菌株用于后续研究.通过与NCBI数据库中己知菌株16S rDNA序列的比对,发现该菌株与肠杆菌有99%的一致性,因此鉴定为肠杆菌.通过多步优化反应条件,在50%左右的转化率情况下,将(2S,3R)-PGM的对映体过量值提高到了>99%,总底物浓度也提高到了600 mM,并使用肠杆菌ECU 1107的整细胞,在1升的反应器中成功制备了十克规模的(2S,3R)-PGM,相对于外消旋底物的初始量而言得率为43.5%.之后在NCBI数据库中搜索与肠杆菌ECU 1107亲缘关系较近的Enterobacter cloacae subsp.cloacac ATCC 13047的全基因组序列,选定25个预测的酯酶基因序列设计引物,以肠杆菌ECU 1107基因组DNA为模板,将所选的酯酶进行克隆表达,构建重组大肠杆菌细胞.通过测定重组酯酶的活性和PGM的立体选择性等,对所克隆的酶进行比较和筛选,最终成功获得了具有良好催化性能的重组酯酶,为进一步研究打下了基础.
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