中性纤维素内切酶的发掘、表征及其应用于生物石洗的基础研究

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中性纤维素内切酶(中性EG)在牛仔布生物石洗中具有很高的应用价值,但国内中性EG不具有自主知识产权,因此,发掘全新中性EG,对于打破国外中性EG的垄断地位具有重要意义。完整中性EG和截短中性EG在牛仔布生物石洗上有不同表现,这与纤维素酶的纤维素结合区相关,但深层次原因还尚未发现。本文主要研究中性EG的生产菌株筛选、发掘、异源表达以及酶学性质表征,初步研究中性EG在牛仔布生物石洗上的应用,具体研究内容和结论如下。  第一部分,BacillussubtilisLH中性EG的基因发掘、异源高效表达、表征及其应用于生物石洗的基础研究。  1)从鲁华生物技术研究所菌库中,筛选到产中性EG的菌株B.subtilisLH,获得B.subtilisLH的中性EG基因。PichiapastorisGS115和Escherichia.coliRosetta(DE3)分别表达了成熟中性EG(分别命名为MBSEG-1和MBSEG-2),结果表明MBSEG-2表达水平远高于MBSEG-1。采用最优产酶条件,未浓缩MBSEG-2的EG酶活可达25686U/mL,是目前所有报道的最高水平。  2)MBSEG-1和MBSEG-2的酶学性质相似,最适温度均为65℃,最适pH值均为6.86,既有内切酶活性又有外切酶活性,N-糖基化的有无引起了酶在热稳定性、木瓜蛋白酶有限水解上的差异。  3)基于截短MBSEG-2以及完整MBSEG-1和MBSEG-2水洗牛仔布实验,并结合蛋白3D模型分析,发现具有高比例的表面疏水氨基酸和芳香氨基酸的EG有助于提高牛仔布的除毛率和脱色率,而与EG(但必须有催化域)的完整性无关。  第二部分,真菌PetriellasetiferaLH的鉴定,中性EG的表征及其应用于生物石洗的基础研究。  从鲁华生物技术研究所的保存土壤中,筛选到一株产中性EG的真菌,基于延伸因子基因(EF-1α)部分序列的系统发育树的分析,并结合真菌形态学特征,鉴定该真菌为Pe.Setifera,命名为Pe.setiferaLH。Pe.setiferaLH的中性EG于40℃时可保持80%以上的相对酶活,最适pH为6-7,水洗牛仔布的效果与商业化中性EG相当,揭示了它在牛仔布生物石洗上具有潜在的应用价值。  第三部分,真菌Phaeosphaeriasp.LH21两个中性EG的基因发掘、序列分析及酶学性质表征。  1)从极端环境的深海淤泥中,筛选到一株产中性EG的真菌,基于EF-1α部分序列和18SrDNA部分序列的比对分析,鉴定该真菌为Phaeosphaeriasp.,命名为Phaeosphaeriasp.LH21。  2)采用基因组走读技术和RT-PCR方法,首次克隆了Phaeosphaeriasp.LH的两个全新EG(GH45EG-1和GH45EG-2)基因。GH45EG-1和GH45EG-2全长分别为235和233个氨基酸。通过NCBIBLAST对氨基酸序列进行比对分析,表明GH45EG-1和GH45EG-2属于糖苷水解酶第45家族,仅有催化域无纤维素结合区,其氨基酸序列和已知EG氨基酸序列分别拥有71%和63%的最大一致性。  3)基于两个成熟EG(mGH45EG-1和mGH45EG-2)和HumicolainsolensEGV氨基酸序列之间的比对分析,再根据蛋白3D结构模型的分析,推测mGH45EG-1其中一个活性中心位点为Asp16,推测mGH45EG-2活性中心位点为Asp122和Asp11,推测它们催化机制为反转机制。  4)mGH45EG-1和mGH45EG-2分别于P.pastorisGS115中表达。重组酶mGH45EG-1和mGH45EG-2的底物谱证实它们属于内切酶类型,对羧甲基纤维素钠具有最高降解活性,对结晶纤维素和滤纸降解的相对酶活仅为0.1-0.3%。10mMCa2+和Mg2+提高了8-27%重组酶mGH45EG-1和mGH45EG-2的相对酶活,多数金属离子对它们有抑制作用。重组酶mGH45EG-1和mGH45EG-2最适pH值均为8,在pH5-10时相对酶活均在75%以上,于50℃及pH3-10保温1h后相对残余酶活均在90%以上,最适温度分别为65℃和60℃。
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