解淀粉芽孢杆菌与其诱变菌株酶系分析和蛋白酶基因克隆表达

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本论文的主要研究内容包含以下几点:  通过培养菌株NCU116与诱变菌株NCU116-1,并对其菌落形态及其在扫描电镜下的形态进行对比,发现菌株诱变前后的菌落形态和细菌形态基本变化不大。菌落呈圆形、外表光滑,颜色为浅黄色、边缘有不规则波状突起。用分析型扫描电子显微镜下观察,菌株形态为杆状,表面光滑,呈钝圆形态,较细长,单个或多个首尾相连排列。结果表明,对于某些菌株,物理化学诱变对其分泌胞外酶的基因产生影响较大,使控制胞外酶性状的DNA发生了一定程度的突变,而对其菌落和细胞形态并无引起较大改变。  通过摇瓶培养的方式对菌株NCU116和NCU116-1进行培养,使用国家标准方法、CMC-Na法等对胞外酶进行分析。结果表明菌株胞外酶系包括:蛋白酶、糖化酶、果胶酶、纤维素酶、淀粉酶。并确定了各个胞外酶活力与发酵时间的关系及其最佳发酵时间。结果表明:  菌株NCU116,摇瓶发酵44h时,菌株所产蛋白酶和淀粉酶活力最高,分别为4536.5U/mL和4.8U/mL;糖化酶的活力最高值(4070.9U/mL)出现在摇瓶38h时;发酵42h时,果胶酶和纤维素酶活力最高,分别为875.3U/mL和57.0U/mL。诱变菌株NCU116-1,摇瓶44h时,菌株所产蛋白酶活力最高,为9027.0U/mL;果胶酶在摇瓶42h活力最高(1944.2U/mL),糖化酶,淀粉酶,纤维素酶在摇瓶40小时活力最高(分别是10727.6U/mL,6.3U/mL和29.2U/mL)。  使用国家标准方法、CMC-Na法等对解淀粉芽孢杆菌NCU116与NCU116-1胞外酶系的酶学性质进行分析。结果表明:  原始菌株NCU116所产的蛋白酶在50℃下的酶活力最高,其最适作用温度为40-45℃、最适作用pH值为7.0,Mn2+对其有激活作用;糖化酶在45℃下的酶活力最高,其最适作用温度为40-45℃、最适作用pH值为6.0,Ca2+对其有激活作用;果胶酶在40℃下的酶活力最高,其最适作用温度为35-40℃、最适作用pH值为7.0,Ca2+对其有激活作用;纤维素酶在35℃下的酶活力最高,其最适作用温度为35-40℃、最适作用pH值为7.0,Ca2+对其酶活有微弱促进作用。  诱变菌株NCU116-1所产蛋白酶在50℃时活力最高,Mn2+对其有激动作用,最适宜酶解温度为40-45℃、适宜酶解pH为8.0;糖化酶在35℃时活力最高,Cu2+对其有激动作用,最适宜酶解温度为35℃左右、适宜酶解pH为8.0;果胶酶在40℃时活力最高,Ca2+对其有激动作用,最适宜酶解温度为35-40℃、适宜酶解pH为6.0;纤维素酶在50℃时活力最高,Cu2+对其有活力有促进作用,最适宜酶解温度为40-45℃,适宜酶解pH为7.0。  以解淀粉芽孢杆菌NCU116作为研究对象,对其蛋白酶基因进行了克隆、表达与纯化。通过基因克隆方法,得到了一条长度为1494bp的蛋白酶基因,经Blast序列分析可知,该基因与Bacillus amyloliquefaciens中性蛋白酶基因(Sequence ID: K02497.1)有99%的同源性。蛋白酶目的基因所编码的蛋白理论分子量(Molecular weight)为52.85kDa,等电点pl=8.25,正电荷氨基酸残基(Arg+Lys)数目为53个,负电荷氨基酸残基(Arg+Lys)数目为51个。不稳定系数(The instability index)为25.93,表明该蛋白稳定性比较好。280nm处消光系数为59710M-1 cm-1。脂肪系数为71.33,总平均亲水性为-0.658。该蛋白是易容,亲水性较强的蛋白。经过软件分析可以看出67-1491序列与Peptidase_M4_C蛋白家族结构域序列一致,具有LasB结构域。预测的启动子序列最有可能在5’端第723和773碱基之间,或者在5’端第865和915碱基之间。并预测出蛋白的二级、三级结构。通过构建异源表达体系,将目的基因转入大肠杆菌中,37℃诱导表达融合蛋白,通过镍琼脂糖亲和层析和凝胶过滤层析,纯化得到0.50mg/mL的蛋白。
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