CN108795955A - 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用 - Google Patents

一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108795955A
CN108795955A CN201810171093.2A CN201810171093A CN108795955A CN 108795955 A CN108795955 A CN 108795955A CN 201810171093 A CN201810171093 A CN 201810171093A CN 108795955 A CN108795955 A CN 108795955A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cnrb
nitroreductase
gene
chloramphenicol
nitroreductase gene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810171093.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108795955B (zh
Inventor
黄星
鲁璐瑶
蒋建东
田云龙
朱昌雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Agricultural University
Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Original Assignee
Nanjing Agricultural University
Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Agricultural University, Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS filed Critical Nanjing Agricultural University
Priority to CN201810171093.2A priority Critical patent/CN108795955B/zh
Publication of CN108795955A publication Critical patent/CN108795955A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108795955B publication Critical patent/CN108795955B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0006Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/342Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the enzymes used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/70Vectors or expression systems specially adapted for E. coli
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y101/00Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1)
    • C12Y101/01Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1) with NAD+ or NADP+ as acceptor (1.1.1)
    • C12Y101/01284S-(hydroxymethyl)glutathione dehydrogenase (1.1.1.284), i.e. nitroreductase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/36Organic compounds containing halogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C02F2103/343Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the pharmaceutical industry, e.g. containing antibiotics

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种硝基还原酶基因cnrB及其硝基还原酶和应用,该基因cnrB的核苷酸序列为SEQ ID NO.1,该基因cnrB编码的硝基还原酶CnrB的氨基酸序列为SEQ ID NO.2。本发明克隆到一种硝基还原酶基因cnrB,该基因为一种氯霉素硝基还原酶基因,比对结果表明该基因为一个新的基因,全长为744bp,编码247个氨基酸;本发明硝基还原酶基因cnrB编码的硝基还原酶CnrB能够将氯霉素中的硝基还原成氨基,该硝基还原酶CnrB可用于环境中氯霉素残留的去除及药物合成的生物转化,以及转基因作物的构建,具有非常重要的理论和应用价值。

Description

一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用
技术领域
本发明属于应用环境微生物和农业领域,涉及硝基还原酶基因cnrB及其编码硝基还原酶和应用,具体涉及抗生素氯霉素的硝基还原酶基因cnrB及其硝基还原酶和应用。
背景技术
氯霉素(chloramphenicol,CAP)由Streptomyces Venezuela的代谢所得,是一种应用广泛的抗生素,能够很好地抑制肠杆菌科细菌及炭疽杆菌的生长,对传染性厌氧菌引发的疾病有特效治疗效果。氯霉素不仅具备良好的抗菌作用且易于大规模生产,因此被普遍用于人类以及动物的多类疾病治疗。但氯霉素存在诱使机体病变、癌变的风险,已有医学研究表明它会对人类造血以及消化系统造成严重的毒性损害。且氯霉素及其分解产物会从土壤迁移进入地下水,造成生产生活水源污染,这些物质被人体吸收后会引起血液红细胞减少、贫血、消化系统和神经系统肌肉的紊乱以及婴儿的灰色综合症等不良反应。美国食品与药品管理局(FDA)2002年颁布了禁止在进口动物源性贸易品中使用氯霉素的法规,欧盟(EU)卫生标准规定不得在进口食品中检测到氯霉素。但由于其代谢动力学特性良好、易于获得和价格低廉等原因,依然有人在畜禽养殖业中大量使用氯霉素。畜禽养殖业中使用的氯霉素,随着养殖粪便废水进入环境,加之氯霉素性质稳定,能在环境中长期存在,会导致诸如抗药性基因转移、破坏环境生态平衡等诸多问题,并威胁到人类的生存和健康。
获得氯霉素的降解基因在治理环境中的氯霉素残留的技术研发中具有以下作用和功能,(一)用于畜禽养殖场废水和环境水体中氯霉素的降解与去除,(二)用于有用化工产品及药物合成的生物转化。因此该降解基因在消除该类抗生素残留危害的研究中具有非常重要的理论和应用价值。
发明内容
发明目的:针对现有技术存在的问题,本发明提供一种硝基还原酶基因cnrB,该基因为一种氯霉素硝基还原酶基因,是一个全新的硝基还原酶基因,该基因编码的硝基还原酶CnrB能够在还原力NADPH存在条件下将氯霉素化学结构式中的硝基还原成氨基。
本发明还提供该硝基还原酶基因cnrB编码的硝基还原酶及其应用。
技术方案:为了实现上述目的,如本发明所述一种硝基还原酶基因cnrB,所述基因cnrB的核苷酸序列为SEQ ID NO.1。
本发明所述的硝基还原酶基因cnrB编码的硝基还原酶CnrB,所述硝基还原酶CnrB的氨基酸序列为SEQ ID NO.2。
含有本发明所述的硝基还原酶基因cnrB的重组表达载体pET28a-cnrB。
所述重组表达载体pET28a-cnrB由硝基还原酶基因cnrB插入载体pET-28a(+)的NcoI和XhoI位点之间所得。
含有本发明所述的硝基还原酶基因cnrB的基因工程菌。
所述的基因工程菌是将权利要求3所述的重组载体pET28a-cnrB导入大肠杆菌Rosetta(DE3)获得。
本发明所述的硝基还原酶基因cnrB在降解和转化氯霉素中的应用。
本发明所述的硝基还原酶CnrB在降解和转化氯霉素中的应用。
本发明所述的在降解和转化氯霉素中的应用。
所述硝基还原酶CnrB在降解和转化水体、土壤中氯霉素残留的应用。
此外,所述硝基还原酶基因cnrB还可以应用在构建降解氯霉素的转基因作物中。
所述的重组表达载体pET28a-cnrB应用在构建降解氯霉素的转基因作物中。
本发明硝基还原酶基因cnrB是在一株氯霉素降解菌种中克隆得到,所用降解氯霉素的菌株为类诺卡氏菌LMS-CY,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号CCTCC NO:M2016591,保藏日期2016年10月24日,该菌株在专利(CN106754578A)中已经保藏。本发明克隆该基因采取的策略为全基因组测序比对筛选目的基因,提供比对筛选出的原始序列,设计引物,通过PCR扩增基因,胶回收试剂盒纯化后,采用双酶切获得目的片段。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本发明从一种氯霉素降解菌株LMS-CY中成功克隆到一种硝基还原酶基因cnrB,该基因为一种氯霉素硝基还原酶基因,在GenBank比对结果表明该基因为一个新的基因,全长(从起始密码子到终止密码子)为744bp,编码247个氨基酸,基因cnrB是首个公开的能降解氯霉素的降解基因,同时也是能催化还原苯环上硝基的新型氯霉素硝基还原酶基因。
2、本发明通过PCR技术扩增末端含NcoI和XhoI位点的完整的氯霉素硝基还原酶基因片段,将它连接到大肠杆菌高效表达载体pET-28a(+)的NcoI和XhoI酶切位点上,转化表达宿主菌Rosetta(DE3),进行IPTG诱导后可以高效表达。
3、本发明硝基还原酶基因cnrB编码的还原酶硝基CnrB能在够在还原力NADPH存在条件下将氯霉素结构式中的硝基还原成氨基,该硝基还原酶CnrB可用于环境中氯霉素残留的去除及药物合成的生物转化,具有非常重要的理论和应用价值。
4、本发明对氯霉素硝基还原酶基因基因表达的产物(即硝基还原酶),进行酶活性测定,能高效的降解氯霉素,1h能对100mg/L氯霉素的降解率为83.5%。
5、通过本发明的基因构建的工程菌株能高效表达氯霉素硝基还原酶,生产的酶制剂可用于水体、土壤中氯霉素残留的降解或转化。
附图说明
图1为硝基还原酶基因cnrB的PCR扩增产物琼脂糖凝胶电泳图;
图2为pET28a-cnrB质粒PCR鉴定琼脂糖凝胶电泳图;
图3为硝基还原酶基因cnrB在Rosetta(DE3)中表达策略图;
图4为重组菌株Rosetta(DE3)/pET28a-cnrB全菌表达鉴定SDS-PAGE蛋白电泳图;
图5为CnrB蛋白Ni-IDA纯化蛋白电泳图谱;
图6为硝基还原酶CnrB降解氯霉素HPLC图;
图7为氯霉素硝基还原酶CnrB催化降解氯霉素的LC/MS/MS图谱;
A:氯霉素的酶降解产物总离子流图谱;B:保留时间为4.965min的物质一级质谱图;C:保留时间为4.965min的物质二级质谱图;
图8为氯霉素的LC/MS/MS图谱;
A:氯霉素的总离子流图谱;B:保留时间为4.976min的物质一级质谱图;C:保留时间为4.976min的物质二级质谱图;
图9氯霉素硝基还原酶CnrB降解氯霉素的途径。
具体实施方式
以下结合附图和实施例作进一步说明。
实施例中使用的微生物来源如下:
NcoI、XhoI购自宝生物工程(南京)有限公司;
大肠杆菌感受态TOP10购自宝生物工程(南京)有限公司;
大肠杆菌高表达载体pET-28a(+)购自Novegen公司;
表达宿主菌大肠杆菌Rosetta(DE3)购自上海英骏生物技术有限公司。
实施例1菌株LMS-CY的培养以及氯霉素硝基还原酶基因cnrB的克隆
菌株LMS-CY,经鉴定为类诺卡氏菌属(Nocardioides sp.),已保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC),保藏时间为2016年10月24日,保藏编号为CCTCC NO:M2016591,该菌株在专利(CN106754578A)中已经保藏。
1、细菌基因组总DNA的提取
LB培养基配方(1L)为:NaCl 10g,蛋白胨10g,酵母膏5g,pH7.2-7.5。
将菌株LMS-CY(CCTCC NO:M 2016591)在LB培养基中大量培养后,采用CTAB法提取高纯度、大片段的LMS-CY的基因组总DNA,溶于TE缓冲液(pH8.0)中,置于-20℃保藏,具体方法参考F·奥斯伯等编的《精编分子生物学实验指南》。
2、基因组草图测序及结果分析
细菌基因组测序要求样品OD值在1.8-2.0之间,将准备好的足量的菌株LMS-CY基因组总DNA,于干冰保温下寄送至北京奥维森生物科技公司测序。样品检测采用:1、琼脂糖凝胶电泳分析DNA降解程度以及是否有RNA污染;2、NanoDrop检测DNA的纯度(OD260/280比值);3.Qubit对DNA浓度进行精确定量。其中OD值在1.8-2.0之间,含量在1.5μg以上的DNA样品被用来建库。
3、基因组草图测序结果分析
菌株LMS-CY基因组测序结果:菌株基因组草图大小为5,377,688bp,最后选取大于500的scaffold序列进行分析,共45个scaffold,其中大于1000的有41个,G+C%含量为71.94%。
根据细菌全基因组草图扫描结果,结合已经报道的硝基还原酶,运用生物学软件OMIGA3.0与LMS-CY全基因组序列进行本地比对,在基因组预测分析结果中,以nitroreductase(硝基还原酶)为关键词进行检索,找到注释为氯霉素硝基还原酶的orf,在NCBI上比较分析orf,从而筛选出目的基因cnrB。在NCBI上进行blastx比对,从序列中分析编码氯霉素硝基还原酶的基因cnrB序列,其编码的氨基酸序列与来源于Rhodococcusopacus的nitroreductase(登录号为WP005242866.1),序列相似度为53%,与来源于Rhodococcus jostii的nitroreductase(登录号为WP 073360756.1),序列相似度为49%。
实施例2基因cnrB序列验证
将获得的氯霉素硝基还原酶的基因cnrB定向克隆到广宿主载体Rosetta(pET-28a(+))上,以氯霉素为底物,验证序列是否有功能。
1、序列的PCR扩增
设计引物扩增目的基因:
正向引物SEQ3:catgccatggggatctcctacgacatcacg;
反向引物SEQ4:ccgctcgaggtcgtcgtcgtcccataaga。
从菌株LMS-CY总DNA基因组中扩增出氯霉素硝基还原酶基因片段。
PCR扩增体系(50μL):
加灭菌ddH2O至50μL
PCR扩增程序:
98℃变性3min;98℃变性10s;58℃退火10s;72℃延伸15s;进行再延伸10min,冷却至室温。
氯霉素硝基还原酶基因cnrB的PCR扩增产物的琼脂糖凝胶电泳图如图1所示。
2、PCR产物回收
步骤1中PCR扩增片段通过胶回收试剂盒纯化后,采用双酶切获得目的片段,以下体系放入37℃恒温水浴锅中反应2h后,胶回收获得目的基因片段。载体pET-28a(+)采用NcoI/XhoI双酶切线性化后通过胶回收获得载体片段。
酶切反应体系(50μL)如下:
载体的酶切体系(50μL):
将上述回收纯化好的目的DNA片段和载体片段,进行酶连,按下述反应体系22℃PCR仪反应1h后得到重组表达载体pET28a-cnrB。
酶连体系(20μL):
采用42℃热激法进行转化,感受态菌株为TOP10,转化取10μL酶连产物转化200μL感受态细胞,具体方法参照F.奥斯伯等编的《精编分子生物学实验指南》P 23,涂布于含50μg/mL卡那霉素的LB平板上,37℃培养箱,倒置过夜培养。挑选上述过夜培养的单菌落在含50μg/mL卡那霉素的3mL LB试管中培养到对数期,提取质粒,含有pET28a-cnrB重组表达载体的阳性克隆子质粒PCR鉴定琼脂糖凝胶电泳图如图2所示,证明重组载体构建成功。
3、基因核苷酸序列测定
将步骤2获得的的阳性克隆子提取质粒委托上海英骏生物技术有限公司进行序列测定,测得氯霉素硝基还原酶基因cnrB的核苷酸序列为SEQ ID NO.1,全长为744bp;根据氯霉素硝基还原酶基因cnrB核苷酸序列所推断的247个氨基酸序列为SEQ ID NO.2,理论大小为27.3kda。
SEQ1:gtgagctcgaccgcgcccgaggacgtggcccggcctctgctcgctctgcccgcgatcgaagccttcgacgcgatcgtaaggggtcgacgcagtgtgcgctcatacgctgacgtccaggtcccgcgacggactgtccgggacgtccttgagttggccgcccgcgcgcccagcaactcgaacgtgcaaccctggcatacctacgtcttgaccggtcggcacaagcgggcactgacggacagcgtgctgcgttactacgacacgatcggtaggacggtgcgtgagttcgactaccagcccggccctgatgggtgggaggagccgtacaaggagcgccgcgagagcttcggtgagggactctacggacgagctctcggattgagcctcgcggacgtggatgatcgcgagttctaccaccggcgcaactatgacttcttcgccgccccggtcggcttgatcgttactgttgcaaggaacccacggttgagcgctctaatcgacgcgggcgcctacatccagacgattctgctcagcgcccgcagccgcggcctgtccacgtgtgcgcaggcatcgttcctggacttccacccagccgtgcgggaatgtctggcgatccccacccaccgaaccatcgtctgcggcatctcgcttggatacgaagacgctcagcatcccatcgcctccaatgccacgacgcgagagccagtcgaccgccacgtgacgttcttatgggacgacgacgactga
SEQ2:ValSerSerThrAlaProGluAspValAlaArgProLeuLeuAlaLeuProAlaIleGluAlaPheAspAlaIleValArgGlyArgArgSerValArgSerTyrAlaAspValGlnValProArgArgThrValArgAspValLeuGluLeuAlaAlaArgAlaProSerAsnSerAsnValGlnProTrpHisThrTyrValLeuThrGlyArgHisLysArgAlaLeuThrAspSerValLeuArgTyrTyrAspThrIleGlyArgThrValArgGluPheAspTyrGlnProGlyProAspGlyTrpGluGluProTyrLysGluArgArgGluSerPheGlyGluGlyLeuTyrGlyArgAlaLeuGlyLeuSerLeuAlaAspValAspAspArgGluPheTyrHisArgArgAsnTyrAspPhePheAlaAlaProValGlyLeuIleValThrValAlaArgAsnProArgLeuSerAlaLeuIleAspAlaGlyAlaTyrIleGlnThrIleLeuLeuSerAlaArgSerArgGlyLeuSerThrCysAlaGlnAlaSerPheLeuAspPheHisProAlaValArgGluCysLeuAlaIleProThrHisArgThrIleValCysGlyIleSerLeuGlyTyrGluAspAlaGlnHisProIleAlaSerAsnAlaThrThrArgGluProValAspArgHisValThrPheLeuTrpAspAspAspAsp
实施例3氯霉素硝基还原酶基因cnrB在Rosetta(DE3)(pET-28a(+))中的高效表达
挑取实施例2中的阳性克隆子提取的质粒转化到表达宿主菌Rosetta(DE3)(转化方法参考实施例2),将重组载体pET28a-cnrB导入大肠杆菌Rosetta(DE3)中,获得重组的基因工程菌株,涂布于含有50mg/L卡那霉素的平板,37℃培养箱,倒置过夜培养,挑取阳性转化子(即过夜培养出的单菌落Rosetta(DE3)/pET28a-cnrB),硝基还原酶基因cnrB在Rosetta(DE3)中表达过程如图3所示。
挑取阳性转化子接种至新鲜的LB液体培养基(含50mg/L卡那霉素)37℃培养约4小时,OD600为0.6左右,加入终浓度为0.6mM的IPTG,37℃诱导2小时后收集菌体,100mL菌液离心,用15mL(50mM,pH 7.4)PBS缓冲液重悬菌体,全菌表达鉴定SDS-PAGE蛋白电泳图如图4所示;将菌体继续超声破碎(Auto Science,UH-650BμL Trasonic processor,30%intensity),5min,离心,处理后的菌体蛋白样品进行13%SDS-PAGE电泳,电泳图如图5所示,图5表明Rosetta(DE3)/pET28a-cnrB菌株可以大量表达产生CnrB蛋白。
cnrB蛋白纯化具体步骤:挑取阳性转化子接种至新鲜的2升LB液体培养基(含50mg/L卡那霉素)37℃培养至OD600为0.6左右,加入终浓度为0.6mM的IPTG,15℃诱导12小时,收集细胞,并用35mL冰浴的Buffer A(50mM PBS,300mM NaCl,1%Triton-100,pH7.4)重悬,超声裂解细胞,离心取上清过Ni-IDA柱。用100mL Buffer E(50mM PBS pH7.4,2M NaCl,0.1%TritonX-100)洗涤Ni-IDA柱;50mL Buffer F(50mM PBS pH7.4,50mM NaCl,0.1%TritonX-100,10mM咪唑)洗涤Ni-IDA柱;50mL Buffer G(50mM PBS pH7.4,50mM NaCl,0.1%TritonX-100,250mM咪唑)洗涤Ni-IDA柱,纯化得到的氯霉素硝基还原酶CnrB,CnrB电泳图谱见图5,图5表明处理后的菌体蛋白样品进行SDS-PAGE电泳,在IPTG诱导后,出现了一条约为29kD的蛋白条带。
实施例4硝基还原酶CnrB活力测定
3mL酶活反应体系:50mM PBS缓冲液(pH 7.4),100mg/L底物氯霉素、CnrB反应酶量(实施例3中纯化所得)30μL,还原力NADPH 30μL,30℃反应1h。每个反应以加入酶开始计时,用3mL乙酸乙酯终止反应,分层后有机相经无水硫酸钠脱水,吸取2mL有机相吹干,用400μL甲醇溶解,氯霉素含量用反向HPLC测定。一个酶活力单位(U)定义为:在pH 7.4,温度30℃条件下,每分钟催化减少1μmol氯霉素所需的酶量。降解试验表明纯化后的硝基还原酶CnrB对氯霉素还原的比酶活为34.2U/mg protein。
实施例5硝基还原酶CnrB对氯霉素的降解和转化以及代谢产物的确定
3mL氯霉素的酶反应体系:50mM PBS缓冲液(pH 7.4),100mg/L底物氯霉素、CnrB反应酶量(实施例3中纯化所得)30μL,还原力NADPH 30μL,30℃反应1h,用3mL乙酸乙酯终止反应,分层后有机相经无水硫酸钠脱水,吸取2mL有机相吹干,用400μL甲醇溶解,用滤膜(孔径0.22μm)过滤。
采用紫外和高效液相色谱测定提取液中氯霉素的含量,液相色谱条件:流动相乙腈:水(50:50,V/V),加入0.5%乙酸,Zorbax c218ODS Spherex反相柱(5μm,4.6mm×250mm,agilent,USA),柱温为30℃,紫外检测器,测定波长254nm、272nm,进样量20μL,流速为1.0mL·min-1。外标法按峰面积定量。硝基还原酶CnrB对氯霉素的转化和降解如图6所示,由图6可知,硝基还原酶CnrB在1h对100mg/L氯霉素降解率为83.5%。
采用液质联用仪(LC/MS/MS)测定降解产物,方法如下:首先吸取上述2mL有机相吹干,然后加入1mL甲醇溶解(色谱纯),用滤膜(孔径0.22μm)过滤。液相色谱条件:流动相为乙腈,色谱柱为phenomenex Kinete C18(2.6μm,2.1mm×100mm),进样量2μL,流速为0.3mL·min-1,程序为梯度洗脱(0.5-12min10%乙腈,12-15min 90%乙腈,15-15.1min 90%乙腈,15.1-18min 10%乙腈)。质谱检测选用:AB Sciex高分辨串联质谱仪,Triple TOF 5600+LC/MS/MS系统,离子源为ESI,正离子检测模式,质量扫描范围(m/z):100—550;氯霉素硝基还原酶CnrB催化降解氯霉素的LC/MS/MS检测结果如图7所示。对照为氯霉素原药(99%纯度),加入灭活的CnrB。采用上述相同的处理条件和液质条件进行检测,氯霉素原药的LC/MS/MS检测结果如图8所示。
由图7和图8的图谱数据分析得出氯霉素分别经氯霉素硝基还原酶CnrB水解断裂硝基还原键后生成氨基氯霉素,生化反应途径见图9。
实施例6硝基还原酶CnrB对水体中氯霉素的转化和降解
通过实施例3的方法大量纯化出硝基还原酶CnrB,采用酶固定化,选用常规的海藻酸钠为包埋剂,通过正交试验,确定最佳的包埋方法为:3%海藻酸钠水溶液(g/mL)包埋硝基还原酶,海藻酸钠水溶液和酶液的体积比为6∶1混合形成混合液。将混合液用注射器一滴一滴的滴入2%氯化钙水溶液(g/mL)中,交联时间4h,制成固定化小球,即固定化酶。
取多份100mL氯霉素制药厂废水,过滤后,调整氯霉素含量,使水体中氯霉素浓度为50mg/L(处理),加入固定化酶,对照组为加入相同量的灭活酶,30℃摇培,反应1h后测定氯霉素的残留浓度,计算降解率。利用高效液相色谱测定残留量,计算多次平均降解率,结果见表1。
表1硝基还原酶CnrB固定化酶对水体中对氯霉素残留的降解效果
由表1可见,水体中氯霉素浓度为50mg/kg时硝基还原酶CnrB固定化酶对氯霉素的降解率达到80.2%,同时对照中的氯霉素没有被降解。结果表明,硝基还原酶CnrB固定化酶可有效降解水体中的氯霉素残留。同时,与实施例7类似,硝基还原酶CnrB还可有效降解或转化土壤中的氯霉素残留。
序列表
<110> 南京农业大学
<120> 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 744
<212> DNA
<213> 类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)
<400> 1
gtgagctcga ccgcgcccga ggacgtggcc cggcctctgc tcgctctgcc cgcgatcgaa 60
gccttcgacg cgatcgtaag gggtcgacgc agtgtgcgct catacgctga cgtccaggtc 120
ccgcgacgga ctgtccggga cgtccttgag ttggccgccc gcgcgcccag caactcgaac 180
gtgcaaccct ggcataccta cgtcttgacc ggtcggcaca agcgggcact gacggacagc 240
gtgctgcgtt actacgacac gatcggtagg acggtgcgtg agttcgacta ccagcccggc 300
cctgatgggt gggaggagcc gtacaaggag cgccgcgaga gcttcggtga gggactctac 360
ggacgagctc tcggattgag cctcgcggac gtggatgatc gcgagttcta ccaccggcgc 420
aactatgact tcttcgccgc cccggtcggc ttgatcgtta ctgttgcaag gaacccacgg 480
ttgagcgctc taatcgacgc gggcgcctac atccagacga ttctgctcag cgcccgcagc 540
cgcggcctgt ccacgtgtgc gcaggcatcg ttcctggact tccacccagc cgtgcgggaa 600
tgtctggcga tccccaccca ccgaaccatc gtctgcggca tctcgcttgg atacgaagac 660
gctcagcatc ccatcgcctc caatgccacg acgcgagagc cagtcgaccg ccacgtgacg 720
ttcttatggg acgacgacga ctga 744
<210> 3
<211> 247
<212> PRT
<213> 类诺卡氏菌(Nocardioides sp.)
<400> 3
Val Ser Ser Thr Ala Pro Glu Asp Val Ala Arg Pro Leu Leu Ala Leu
1 5 10 15
Pro Ala Ile Glu Ala Phe Asp Ala Ile Val Arg Gly Arg Arg Ser Val
20 25 30
Arg Ser Tyr Ala Asp Val Gln Val Pro Arg Arg Thr Val Arg Asp Val
35 40 45
Leu Glu Leu Ala Ala Arg Ala Pro Ser Asn Ser Asn Val Gln Pro Trp
50 55 60
His Thr Tyr Val Leu Thr Gly Arg His Lys Arg Ala Leu Thr Asp Ser
65 70 75 80
Val Leu Arg Tyr Tyr Asp Thr Ile Gly Arg Thr Val Arg Glu Phe Asp
85 90 95
Tyr Gln Pro Gly Pro Asp Gly Trp Glu Glu Pro Tyr Lys Glu Arg Arg
100 105 110
Glu Ser Phe Gly Glu Gly Leu Tyr Gly Arg Ala Leu Gly Leu Ser Leu
115 120 125
Ala Asp Val Asp Asp Arg Glu Phe Tyr His Arg Arg Asn Tyr Asp Phe
130 135 140
Phe Ala Ala Pro Val Gly Leu Ile Val Thr Val Ala Arg Asn Pro Arg
145 150 155 160
Leu Ser Ala Leu Ile Asp Ala Gly Ala Tyr Ile Gln Thr Ile Leu Leu
165 170 175
Ser Ala Arg Ser Arg Gly Leu Ser Thr Cys Ala Gln Ala Ser Phe Leu
180 185 190
Asp Phe His Pro Ala Val Arg Glu Cys Leu Ala Ile Pro Thr His Arg
195 200 205
Thr Ile Val Cys Gly Ile Ser Leu Gly Tyr Glu Asp Ala Gln His Pro
210 215 220
Ile Ala Ser Asn Ala Thr Thr Arg Glu Pro Val Asp Arg His Val Thr
225 230 235 240
Phe Leu Trp Asp Asp Asp Asp
245
<210> 3
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
catgccatgg ggatctccta cgacatcacg 30
<210> 4
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
ccgctcgagg tcgtcgtcgt cccataaga 29

Claims (10)

1.一种硝基还原酶基因cnrB,其特征在于,所述基因cnrB的核苷酸序列为SEQ IDNO.1。
2.一种权利要求1所述的硝基还原酶基因cnrB编码的硝基还原酶CnrB,其特征在于,所述硝基还原酶CnrB的氨基酸序列为SEQ ID NO.2。
3.一种含有权利要求1所述的硝基还原酶基因cnrB的重组表达载体pET28a-cnrB。
4.根据权利要求1所述的重组表达载体pET28a-cnrB,其特征在于,所述重组表达载体pET28a-cnrB由硝基还原酶基因cnrB插入载体pET-28a(+)的NcoI和XhoI位点之间所得。
5.一种含有权利要求1所述的硝基还原酶基因cnrB的基因工程菌。
6.根据权利要求5所述的基因工程菌,其特征在于,所述的基因工程菌是将权利要求3所述的重组载体pET28a-cnrB导入大肠杆菌Rosetta(DE3)获得。
7.一种权利要求1所述的硝基还原酶基因cnrB在降解和转化氯霉素中的应用。
8.一种权利要求2所述的硝基还原酶CnrB在降解和转化氯霉素中的应用。
9.一种权利要求1所述硝基还原酶基因cnrB在构建降解氯霉素残留的转基因作物中的应用。
10.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述硝基还原酶CnrB在降解和转化土壤、水体中氯霉素的应用。
CN201810171093.2A 2018-03-01 2018-03-01 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用 Active CN108795955B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810171093.2A CN108795955B (zh) 2018-03-01 2018-03-01 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810171093.2A CN108795955B (zh) 2018-03-01 2018-03-01 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108795955A true CN108795955A (zh) 2018-11-13
CN108795955B CN108795955B (zh) 2021-06-08

Family

ID=64095115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810171093.2A Active CN108795955B (zh) 2018-03-01 2018-03-01 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108795955B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111826359A (zh) * 2019-04-22 2020-10-27 哈尔滨工业大学(威海) 一种适冷耐盐硝基还原酶及其编码基因与应用
CN115851525A (zh) * 2022-11-16 2023-03-28 安徽农业大学 一种氯霉素降解菌、氯霉素脱氢酶、编码基因及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8071340B1 (en) * 2005-11-10 2011-12-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Biocatalytic process for the production of ortho-aminophenols from chloramphenicol and analogs
CN106754578A (zh) * 2017-03-15 2017-05-31 南京农业大学 一株氯霉素降解菌株lms‑cy及其生产的菌剂和应用
CN106995815A (zh) * 2016-01-22 2017-08-01 南京农业大学 硝基还原酶基因pnr及其编码的蛋白和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8071340B1 (en) * 2005-11-10 2011-12-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Biocatalytic process for the production of ortho-aminophenols from chloramphenicol and analogs
CN106995815A (zh) * 2016-01-22 2017-08-01 南京农业大学 硝基还原酶基因pnr及其编码的蛋白和应用
CN106754578A (zh) * 2017-03-15 2017-05-31 南京农业大学 一株氯霉素降解菌株lms‑cy及其生产的菌剂和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NCBI: "NCBI Reference Sequence: WP_028652184.1", 《NCBI》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111826359A (zh) * 2019-04-22 2020-10-27 哈尔滨工业大学(威海) 一种适冷耐盐硝基还原酶及其编码基因与应用
CN111826359B (zh) * 2019-04-22 2022-08-12 哈尔滨工业大学(威海) 一种适冷耐盐硝基还原酶及其编码基因与应用
CN115851525A (zh) * 2022-11-16 2023-03-28 安徽农业大学 一种氯霉素降解菌、氯霉素脱氢酶、编码基因及其应用
CN115851525B (zh) * 2022-11-16 2023-10-13 安徽农业大学 一种氯霉素降解菌、氯霉素脱氢酶、编码基因及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN108795955B (zh) 2021-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104560927B (zh) 一种突变的精氨酸脱亚胺酶及其制备方法和应用
CN107502585A (zh) 一株高效合成聚‑γ‑谷氨酸的地衣芽孢杆菌工程菌
CN109055327A (zh) 醛酮还原酶突变体及其应用
CN109517833A (zh) 邻苯二酚降解相关四个基因的优化重组与应用
CN112725319B (zh) polyG底物特异性的褐藻胶裂解酶FaAly7及其应用
CN104878024A (zh) 一株重组大肠杆菌的构建及其合成(s)-2-羟基-3-苯基丙酸的方法
CN107828806A (zh) 一种新型耐葡萄糖的β‑葡萄糖苷酶基因及其应用
CN107217046A (zh) 一种玉米赤霉烯酮毒素降解酶ZENdease‑N1及其编码基因与应用
CN107760621A (zh) 异菌脲降解菌、降解酶IpaH与其编码基因ipaH及其应用
CN107287179A (zh) 一种褐藻胶裂解酶及其应用
CN112626056A (zh) 一种腈水合活性专一性提高的腈水解酶突变体及其应用
CN103509816A (zh) 生产辅酶q10工程菌的构建方法、工程菌及其应用
Yang et al. Stenotrophomonas koreensis sp. nov., isolated from compost in South Korea
CN108795955A (zh) 一种硝基还原酶基因cnrB及其编码的蛋白和应用
CN102174557A (zh) 一种表面展示家蚕乙醇脱氢酶重组芽孢及其制备方法
CN104673814B (zh) 一种来自于阴沟肠杆菌的l‑苏氨酸醛缩酶及其应用
CN109929822A (zh) 一种米曲霉脂肪酶突变体及其应用
CN111334488B (zh) 昆布多糖酶ouc-l1及其编码基因与应用
CN106916797B (zh) 一种高活性漆酶突变体蛋白及其制备方法
CN114350630B (zh) L-泛解酸内酯脱氢酶、突变体及其应用
CN110055268A (zh) 水解酶基因ameH及其编码的蛋白和应用
CN113832117B (zh) 一种降解氧四环素的酶及其编码基因和应用
CN105238769B (zh) 一种脂肪酶lipase7及其编码基因和应用
CN101177686B (zh) 一种丙酮酸氧化酶基因、其重组表达质粒及转化的菌株
CN107619832A (zh) 一种氯代硝基苯酚类化合物氧化还原酶基因簇cnpAB及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant