芽孢杆菌漆酶基因随机突变库筛选与染料降解

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漆酶作为一种重要催化剂,广泛应用于食品、制浆造纸及纸浆生物漂白等领域,但是漆酶在高pH及高温条件下容易失活,限制了其应用。本文以获得耐高pH或耐高温漆酶突变漆酶为目标,对Error-prone PCR构建成功的Bacillus subtilis LS03 CotA漆酶基因随机突变库进行高通量筛选,并对突变漆酶的酶学性质和常见染料降解能力进行系统分析比较。利用96孔板初筛和大量定性复筛,最终获得5株酶活较高的突变菌株019、 K14、K9、W3、W8,其中突变菌株O19粗酶活性比野生型提高了5.65倍;通过对突变漆酶同源建模获得三维结构表明5个突变漆酶相应的氨基酸突变位点大部分位于酶分子第三结构域的表面,其中只有突变漆酶O19的第260位氨基酸突变位于“口袋”结构内部表面。突变漆酶O19和野生型漆酶CK经His Trap HP分离纯化,测得O19纯酶的比酶活是CK的1.78倍,O19的异源表达量也明显高于CK;同时对底物ABTS和SGZ的催化效率及亲和力都有显著提高;突变型漆酶O19在pH耐受性和对金属离子的影响方面有明显的提升,其中K+、Mn2+、Co2+对O19的促进作用提升了20%多;突变漆酶对部分抑制剂和表面活性剂抗性高于野生型漆酶,但是不具有高温耐受性。在降解4种常见的染料方面,O19降解活性亮蓝和刚果红的能力上均高于CK,降解率平均提高10%左右。研究了突变型漆酶降解靛蓝过程中染料浓度、介体浓度、漆酶浓度三个因素对其降解的影响,正交试验得到三个因素中介体ACE浓度对降解的影响显著,最优水平组合为染料浓度为75mg/L,酶浓度为5U/L,介体浓度为5mmol/L。本研究设计了固定化酶循环脱色设备,主要通过将固定化小球装入载体,再利用恒流泵进行持续循环染料脱色。通过比较固定化酶循环脱色设备与正常分散摇瓶脱色方法进行比较,固定化酶循环脱色设备对染料降解总量提高了20%。
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