CN108976302A - 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂 - Google Patents

用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂 Download PDF

Info

Publication number
CN108976302A
CN108976302A CN201810939532.XA CN201810939532A CN108976302A CN 108976302 A CN108976302 A CN 108976302A CN 201810939532 A CN201810939532 A CN 201810939532A CN 108976302 A CN108976302 A CN 108976302A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cellulosome
fiber
asp
ala
gly
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
CN201810939532.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108976302B (zh
Inventor
崔球
刘亚君
李仁民
刘世岳
祁宽
冯银刚
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.)
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Original Assignee
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
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 Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS filed Critical Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority to CN201810939532.XA priority Critical patent/CN108976302B/zh
Publication of CN108976302A publication Critical patent/CN108976302A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108976302B publication Critical patent/CN108976302B/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
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2477Hemicellulases not provided in a preceding group
    • C12N9/248Xylanases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • 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
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405Glucanases
    • C12N9/2408Glucanases acting on alpha -1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2411Amylases
    • 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
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/48Hydrolases (3) acting on peptide bonds (3.4)
    • C12N9/50Proteinases, e.g. Endopeptidases (3.4.21-3.4.25)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y302/00Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01004Cellulase (3.2.1.4), i.e. endo-1,4-beta-glucanase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K2319/00Fusion polypeptide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

针对现有技术中纤维小体在木质纤维素糖化中所存在的问题,本发明提供了用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂。所述纤维小体酶制剂是通过非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分相互作用,将非纤维小体蛋白结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体;然后将其用于糖化,即糖化过程没有细菌细胞的参与。本发明所述的纤维小体酶制剂,不但实现了其稳定性和活性的维持,而且大大提升了其与体系中其他酶的协同作用,从而降低了酶的消耗量,降低了生产成本和工艺的繁琐性。

Description

用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂
技术领域
本发明属于生物技术领域,涉及一种酶制剂,具体涉及一种用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂。
背景技术
木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生物质,是唯一可大规模再生且全面替代化石能源的资源,大力发展木质纤维素原料在能源等领域的利用,是加快发展循环经济,保障国家能源安全和碳减排的一项重要战略任务。然而,木质纤维素转化的最大瓶颈莫过于纤维素结晶区难降解、导致酶解效率低,成本高。因此,要实现木质纤维素的高效利用,就必须首先实现该不溶性复杂底物的高效水解糖化。目前,木质纤维素糖化主要是通过依赖于真菌游离酶纤维素降解酶系的工艺来实现。这些工艺中酶的成本占木质纤维素生物转化过程总成本的50%左右,且经过几十年的努力仍不能有效降低其用酶成本。此外,木质纤维素的水解效率也是重要的限制因素。因此,需要转换思路,开发不同于游离纤维素酶系的新型酶制剂实现木质纤维素的高效利用。
已知纤维小体是热纤梭菌等厌氧细菌生产的一种具有复杂结构和组分的多酶复合体,是自然界中已知的最高效的纤维素降解体系之一。纤维小体包括脚架蛋白等非催化单元以及具有不同催化活性的酶单元,并通过多级脚架蛋白和不同纤维小体酶类具有的多类型组装模块间特异性的非共价相互作用,将不同的功能组分组装成为分子量超过兆道尔顿的超分子多酶复合体。纤维小体组分和结构还具有时空调控特性,以适应木质纤维素的复杂成分,从而保证了其高效降解活力。此外,纤维小体还通过脚架蛋白或纤维素酶上所具有的纤维素结合模块和挂壁模块与底物及细胞组成三元复合体,纤维小体和细胞间的协同作用可以进一步提高了木质纤维素的糖化效率(专利文件EP2013355)。
尽管纤维小体及其生产菌株在木质纤维素糖化应用中具有巨大潜力,但其工业化应用仍受到多种因素的限制。例如,纤维二糖对纤维小体酶有严重的反馈抑制作用。针对这一问题,前人主要通过向水解体系里额外添加β-1,4-葡萄糖苷酶等非纤维小体蛋白来提高纤维小体的活力和对底物的适应力。然而,由于外源添加的蛋白的活性及稳定性会随着糖化过程的进行而降低,因此,酶的消耗需要提高酶添加量或添加次数。此外,这些非纤维小体蛋白作为游离酶添加到糖化体系中,不能与纤维小体相互作用,会显著降低与体系中其他酶的协同作用,不可避免造成大于需求量的酶的额外添加,导致酶制剂成本的居高不下。不仅如此,这种依赖于外源添加游离酶的糖化策略,工艺复杂,对设备要求高,转化效率还不能满足工业化生产要求。
研究人员此前的工作发现,通过在热纤梭菌中表达β-1,4葡萄糖苷酶可以提高热纤梭菌降解微晶纤维素的能力(Zhang,J.,S.Liu,R.Li,W.Hong,Y.Xiao,Y.Feng,Q.Cui andY.-J.Liu(2017)."Efficient whole-cell-catalyzing cellulose saccharificationusing engineered Clostridium thermocellum."Biotechnol Biofuels 10(1):124.),这一工作解决了纤维二糖对纤维小体酶有严重的反馈抑制作用的问题,同时解决了将非纤维小体蛋白作为游离酶添加到糖化体系中存在的成本高等问题。但是,该工作是以微晶纤维素这一纯纤维素为底物,所提供的酶制剂以及添加β-1,4葡萄糖苷酶的方法并不能解决木质纤维素糖化中遇到的其他问题。例如,由于木质纤维素的成分复杂(包括纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、蛋白质、木质素等)非纤维素成分会与纤维素成分交联在一起,这一复杂结构会降低纤维素酶与纤维素底物的可及性,从而降低糖化效率。另外,纤维素酶会非特异性的吸附在木质纤维素的复杂成分中,从而大大降低糖化效率。此外,向纤维小体中加入其他酶仍然存在能否在细胞内表达,能否分泌到胞外,能否组装到纤维小体内,能否与纤维小体组分产生协同作用从而促进糖化等问题。
发明内容
针对现有技术中纤维小体在木质纤维素无菌糖化中所存在的问题,本发明提供了用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂。所述纤维小体酶制剂解决了糖化过程中酶的消耗而导致成本高、工艺繁琐等问题。
本发明的技术方案:
用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,所述纤维小体酶制剂是通过非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分相互作用,将非纤维小体蛋白结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体;然后将其用于糖化,即糖化过程没有细菌细胞的参与。
所述非纤维小体蛋白为木聚糖酶、纤维素内切酶、纤维素外切酶、膨胀因子、蛋白酶、淀粉酶或果胶酶。所述纤维小体为由厌氧细菌生产且分泌在胞外的具有木质纤维素降解活性的多酶复合体。所述的纤维小体中的组分为脚架蛋白、有催化功能的酶、组装模块。
所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的蛋白组分相互作用的方式为间接性连接或者直接性连接。所述间接性连接为:非纤维小体蛋白与纤维小体中的蛋白组分通过共价相互作用进行连接;所述直接性连接为:非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过串联表达进行连接。
优选的是,所述非纤维小体蛋白具有序列表SEQ ID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列;以及与如SEQ ID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列的一致性在95%以上,且与如SEQID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列具有相同功能的氨基酸序列。其中:SEQ ID NO:18:Genbank序列号CRZ35393.1;SEQ ID NO:19:由基因组CP001393.1中1968724至1973904核酸序列编码;SEQ ID NO:20:Genbank序列号为KC763474.1;SEQ ID NO:21:由基因组CP001393.1中2531445至2532785核酸序列编码。
优选的是,所述厌氧细菌为热纤梭菌(Ruminiclostridium thermocellum或Clostridium thermocellum),黄色溶纤梭菌(Clostridium clariflavum),嗜纤维梭菌(Clostridium cellulovorans),解纤维梭菌(Clostridium cellulolyticum),解纤维醋弧菌(Acetivibrio cellulolyticus),溶纤维假拟杆菌(Pseudobacteroidescellulosolvens),白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus),黄化瘤胃球菌(Ruminococcusflavefaciens)。其中,所述热纤梭菌为表达外泌的β1,4-葡萄糖苷酶的热纤梭菌。
其中,所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过共价相互作用进行连接,具体为:非纤维小体蛋白和纤维小体组分分别与具有共价相互作用的多肽片段连接,利用多肽片段间特异性共价相互作用实现纤维小体组分与非纤维小体蛋白的共价交联,利用纤维小体组分所带的组装模块,使非纤维小体蛋白结合在纤维小体复合体中。所述与非纤维小体蛋白和纤维小体组分共价相互作用的多肽片段为SEQ ID NO:7中所示的碱基序列或SEQID NO:8中所示的氨基酸序列。具体实现步骤包括:
1)通过基因克隆的方法,连接非纤维小体蛋白与共价相互作用的多肽片段对中的一个片段(多肽片段I或II,即SEQ ID NO:7或8)的编码基因;
2)根据1),通过基因克隆的方法,连接纤维小体组分蛋白与共价相互作用的多肽片段对中的另一个片段(多肽片段II或I,即SEQ ID NO:8或7)的编码基因。
3)根据1),将非纤维小体蛋白与多肽片段的重组基因序列连接到产纤维小体细菌表达质粒(图1);
4)根据2),将纤维小体组分蛋白与多肽片段的重组基因序列连接到产纤维小体细菌同源重组质粒(图2),并根据基因组序列设计同源臂。
5)将4)中获得的质粒转化到产纤维小体细菌胞内,并通过同源重组筛选(图3)实现重组基因序列对基因组上原始纤维小体组分蛋白序列的替换,从而构建重组菌株,实现纤维小体组分蛋白与多肽片段在产纤维小体细菌胞内的融合表达。
6)将3)中获得的质粒转化到5)中获得的重组菌株中,实现非纤维小体蛋白与多肽片段在产纤维小体细菌胞内的融合表达。
最终获得的重组菌株中,基因组表达的纤维小体组分蛋白与质粒表达的非纤维小体蛋白通过所融合的多肽片段I及II间的特异性共价相互作用实现共价交联,并组装在纤维小体复合体中。
其中,所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过串联表达进行连接,具体为:非纤维小体蛋白与纤维小体的组装模块或具有组装模块的蛋白组分进行融合表达,通过组装模块间的特异性的非共价相互作用,实现将非纤维小体蛋白组装在纤维小体复合体中。所述融合表达为:非纤维小体蛋白的编码基因插入到编码纤维小体组分蛋白的序列的N端、C端或结构域序列中间的基因组上。
所述各自呼应的模块为粘连模块(cohesin)与对接模块(dockerin)。所述对接模块为SEQ ID NO:9中所示的碱基序列,粘连模块为SEQ ID NO:10中所示的氨基酸序列。具体实现步骤包括:
1)通过基因克隆的方法,连接非纤维小体蛋白与I型对接模块(SEQ ID NO:9)的编码基因,或
2)通过基因克隆的方法,连接非纤维小体蛋白与II型粘连模块(SEQ ID NO:11)的编码基因
3)将1)或2)获得非纤维小体蛋白与组装模块的重组基因序列连接到产纤维小体细菌表达质粒(图1)
4)将3)中获得的质粒转化到产纤维小体细菌胞内,实现非纤维小体蛋白与I型对接模块或II型粘连模块在产纤维小体细菌胞内的融合表达。
最终获得的重组菌株中,质粒表达的非纤维小体蛋白通过所融合的I型对接模块或II型粘连模块实现与纤维小体脚架蛋白进行特异性非共价相互作用,从而组装在纤维小体复合体中。
所述直接融合表达的具体实现步骤包括:
1)通过基因克隆的方法,将非纤维小体蛋白的编码基因连接到产纤维小体细菌同源重组质粒(图2)中,并根据基因组序列设计同源臂。
2)将1)中获得的质粒转化到产纤维小体细菌胞内,并通过同源重组筛选(图3)实现非纤维小体蛋白的编码基因插入到基因组上纤维小体组分蛋白的序列的N端或C端或结构域序列中间,从而构建重组菌株,实现非纤维小体蛋白与纤维小体组分蛋白在产纤维小体细菌胞内的融合表达。
最终获得的重组菌株中,非纤维小体蛋白利用与其融合表达的纤维小体组分蛋白的组装模块结合到纤维小体复合体中。
本发明的有益效果:
(1)本发明所述的纤维小体酶制剂,通过非纤维小体蛋白(木聚糖酶、纤维素内切酶、纤维素外切酶、膨胀因子、蛋白酶、淀粉酶或果胶酶)与纤维小体中的组分相互作用,将非纤维小体蛋白结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体然后将加入了非纤维小体组分的纤维小体提纯得到;然后将其用于糖化,即糖化过程没有细菌细胞的参与。
(2)与现有技术中采用的不能与纤维小体相互作用的游离酶相比,本发明所述的纤维小体酶制剂,不但实现了其稳定性和活性的维持,而且大大提升了其与体系中其他酶的协同作用,从而降低了酶的消耗量,降低了生产成本和工艺的繁琐性。
附图说明
图1为本发明中产纤维小体细菌表达质粒pHK示意图。
图2为本发明中产纤维小体细菌同源重组质粒pHK-HR示意图。
图3为本发明中产纤维小体细菌中进行同源重组筛选的过程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1:构建表达外泌的β-1,4葡萄糖苷酶的热纤梭菌
选择热纤梭菌纤维小体中的纤维素酶Cel9K(外切纤维素酶,由基因组CP002416.1中2113813至2111293核酸序列编码)的酶催化结构域和对接模块之间作为靶向敲入位点。首先,将β-1,4-葡萄糖苷酶BglA(GENBANK序列号为AFO70070.1)编码基因作为目标序列,利用MluI和EagI的酶切位点克隆到同源重组质粒pHK-HR(图2)中,构建同源重组质粒pHK-HR-BglA。上游同源臂HR-up序列为热纤梭菌DSM1313基因组(NCBI数据库中序列号为CP002416.1)中2111347到2112870核酸序列,下游同源臂HR-down为DSM1313基因组中2109848到2111354核酸序列,中间同源臂HR-short为DSM1313基因组中2111347到2111659核酸序列。其次,将构建好的质粒转化到ΔpyrF中,并按照三步筛选(图3)获得同源重组菌株1。具体步骤为:
1)将同源重组质粒pHK-HR(图2)转化进入pyrF缺失的菌株中,利用含甲砜氯霉素的GS-2半固体培养基(KH2PO4 1.5g/L,K2HPO4·3H2O 3.8g/L,尿素2.1g/L,MgCl2·6H2O1.0g/L,CaCl2·2H2O 150mg/L,FeSO4·6H2O 1.25mg/L,半胱氨酸盐酸1.0g/L,MOPS钠盐10g/L,酵母提取物6.0g/L,纤维二糖5.0g/L,二水柠檬酸三钠3.0g/L,刃天青0.1mg/L,pH7.4)平板进行筛选,以获得质粒转化子。
2)获得的转化子在MJ液体培养基(KH2PO4 1.5g/L,K2HPO4·3H2O 3.8g/L,尿素2.1g/L,MgCl2·6H2O 1.0g/L,CaCl2·2H2O 150mg/L,FeSO4·6H2O 1.25mg/L,半胱氨酸盐酸1.0g/L,MOPS钠盐10g/L,纤维二糖5.0g/L,二水柠檬酸三钠3.0g/L,刃天青0.1mg/L,盐酸吡哆胺2mg/L,生物素0.2mg/L,对氨基苯甲酸0.4mg/L,维生素B12 0.2mg/L,pH 7.4)中转接三代后,涂布含10μg/mL 5-氟脱氧尿苷(FUDR)的MJ半固体培养基进行第一次同源重组筛选。在这一步骤中,由于Tdk可以将FUDR转化为对细胞有毒的F-dUMP,同时底盘细胞在MJ培养基中必须依靠质粒上的pyrF基因合成尿嘧啶核苷酸才能生存,因此,这一筛选策略保证了质粒上的同源重组模块与基因组发生同源重组的同时,重组后的质粒也发生丢失。根据长同源臂优先发生同源重组的原理,前后两个长同源臂首先与基因组发生同源重组,此时获得的重组子由出发菌株的尿嘧啶营养缺陷型回复成原养型。
3)经第一次同源重组后获得的重组子先在GS-2液体培养基中传代3次,并用相同的培养基对菌液进行梯度稀释后涂布含有500μg/mL 5-氟乳清酸(FOA)的GS-2半固体培养基进行筛选,获得目的无疤基因敲除/敲入菌株。在这一步骤中,PyrF的反向筛选作用会促使上游长同源臂和短同源臂发生第二次同源重组将pyrF表达框从基因组中去除。第二次同源重组后的突变株又从原养型突变成尿嘧啶营养缺陷型。从而实现基因组上目标位点基因的敲除、敲入或者替换。
通过提取重组菌株1的纤维小体发现,表达的β-1,4-葡萄糖苷酶与Cel9K的融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。
实施例2:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
利用重叠延伸聚合酶链式反应的方法,将木聚糖酶XynC(SEQ ID NO:1)与热纤梭菌的II型粘连模块CohIIct的序列(SEQ ID NO:10)或I型对接模块DocIct的序列(SEQ IDNO:9)直接连接起来,其中CohIIct或DocIct的序列连接至XynC序列的3’端,从而获得XynC-CohIIct和XynC-DocIct序列。再利用BamHI和XbaI酶切位点,将连接起来的重组序列作为目标序列克隆到表达质粒pHK(图1)上。由于pHK上带有来源于热纤梭菌的纤维素酶Cel48S的启动子及信号肽序列(SEQ ID NO:11),表达的目标基因可以外泌到细胞胞外。将构建好的质粒转化到实施例1构建的同源重组菌株1中,从而获得表达具有II型粘连模块或I型对接模块的木聚糖酶的热纤梭菌重组菌株2或3。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIct和CohIIct的XynC都可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例3:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
将木聚糖酶XynB(SEQ ID NO:2)编码基因作为目标序列,选择热纤梭菌纤维小体的纤维素外切酶Cel48S(由基因组CP002416.1中3228088至3230229核酸序列编码)的5’端作为靶向敲入位点,利用MluI和EagI的酶切位点克隆到同源重组质粒pHK-HR(图2)中,构建同源重组质粒pHK-HR-xynB。上游同源臂HR-up为热纤梭菌DSM1313基因组(NCBI数据库中序列号为CP002416.1)中3230200到3230700核酸序列,下游同源臂HR-down为DSM1313基因组中3229699到3230199核酸序列,中间同源臂HR-short为DSM1313基因组中3230200到3230500核酸序列。将构建好的质粒再分别转化到实施例1构建的重组菌株1中,并按照实施例1及图3所示的三步筛选方法获得同源重组菌株4。通过提取重组菌株的纤维小体发现,XynB与Cel48S的融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例4:通过间接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
选择热纤梭菌纤维小体的纤维素外切酶Cel48S的5’端作为靶向敲入位点,将多肽片段I(SEQ ID NO:8)或多肽片段II(SEQ ID NO:9)两个片段的编码序列作为目标序列,利用MluI和EagI的酶切位点分别克隆到同源重组质粒pHK-HR(图2)中,分别构建获得同源重组质粒pHK-HR-I或pHK-HR-II。同源臂核酸序列、转化及筛选方法与实施例1相同,分别获得同源重组菌株ΔpyrF::BglA-I或ΔpyrF::BglA-II,分别表达Cel48S与多肽片段I(SEQ IDNO:8)或多肽片段II的融合蛋白。
利用重叠延伸聚合酶链式反应的方法,将多肽片段II或多肽片段I连接到木聚糖酶XynA(SEQ ID NO:3)的3’端。利用BamHI和XbaI酶切位点,将连接起来的重组序列作为目标序列克隆到表达质粒pHK(图1)上。将含有XynA与多肽片段I的重组序列的表达质粒转化到ΔpyrF::BglA-II,得到重组菌株5;将含有XynA与多肽片段II的重组序列的表达质粒转化到ΔpyrF::BglA-I,,得到重组菌株6,从而实现Cel48S和XynA能够通过多肽片段I和II间特异性共价相互作用进行结合。通过提取获得热纤梭菌重组菌株的纤维小体发现,表达的具有共价结合模块的XynA可以外泌到胞外,并与具有共价结合模块的Cel48S相互作用,组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例5:通过间接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例4不同的是,将多肽片段II或多肽片段I连接到纤维小体内切酶CelZ(SEQIDNO:18)的3’端。
实施例6:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
利用重叠延伸聚合酶链式反应的方法,将纤维素外切酶Cel9-48(SEQ ID NO:19)与热纤梭菌的II型粘连模块CohIIct的序列(SEQ ID NO:10)或I型对接模块DocIct的序列(SEQ ID NO:9)连接起来,其中CohIIct或DocIct的序列连接至Cel9-48序列的3’端,获得Cel9-48-DocIct或Cel9-48-CohIIct序列。
以Cel9-48-DocIct或Cel9-48-CohIIct序列为目标序列,利用MluI和EagI的酶切位点克隆到图2所示同源重组质粒pHK-HR中,以乳酸脱氢酶基因clo1313_1160为靶向替换序列,构建同源重组质粒pHK-HR-cel9-48。上游同源臂HR-up为热纤梭菌DSM1313基因组(NCBI数据库中序列号为CP002416.1)中1380180到1380679核酸序列,下游同源臂HR-down为DSM1313基因组中1380634到1381133核酸序列,中间同源臂HR-short为DSM1313基因组中1380833到1381133核酸序列。转化及筛选方法与实施例3相同获得获得表达具有I型对接模块或II型粘连模块的纤维素内切酶的热纤梭菌重组菌株8或9。通过提取重组菌株的纤维小体发现,Cel9-48与组装模块的融合蛋白可以外泌到胞外,并通过非共价相互作用方式组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例7:通过直接性连接的方法,构建基于黄色溶纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例2不同的是,将纤维素外切酶Cel48S与黄色溶纤梭菌的I型对接模块序列DocIccl(SEQ ID NO:12)连接起来,从而获得Cel48S-DocIccl序列。构建好的质粒转化到黄色溶纤梭菌(Clostridium clariflavum DSM 19732)中进行表达。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIccl的Cel48S可以外泌到胞外,并组装到黄色溶纤梭菌纤维小体复合体中。
实施例8:通过直接性连接的方法,构建基于白色瘤胃球菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例7不同的是,将纤维素外切酶Cel48S与白色瘤胃球菌的I型对接模块序列DocIra(SEQ ID NO:13)连接起来,从而获得Cel48S-DocIra序列。构建好的质粒转化到白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus SY3)中进行表达。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIra的Cel48S可以外泌到胞外,并组装到白色瘤胃球菌纤维小体复合体中。
实施例9:通过直接性连接的方法,构建基于黄化瘤胃球菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例7不同的是,将纤维素外切酶Cel48S与黄化瘤胃球菌的I型对接模块序列DocIrf(SEQ ID NO:14)连接起来,从而获得Cel48S-DocIrf序列。构建好的质粒转化到黄化瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)中进行表达。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIrf的Cel48S可以外泌到胞外,并组装到黄化瘤胃球菌纤维小体复合体中。
实施例10:通过直接性连接的方法,构建基于解纤维梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例7不同的是,将纤维素外切酶Cel48S与解纤维梭菌的I型对接模块序列DocIcce(SEQ ID NO:15)连接起来,从而获得Cel48S-DocIcce序列。构建好的质粒转化到解纤维梭菌(Clostridium cellulolyticum H10)中。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIcce的Cel48S可以外泌到胞外,并组装到解纤维梭菌(纤维小体复合体中。
实施例11:通过直接性连接的方法,构建基于溶纤维假拟杆菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例7不同的是,将纤维素外切酶Cel48S与溶纤维假拟杆菌的I型对接模块序列DocIpc(SEQ ID NO:16)连接起来,从而获得Cel48S-DocIpc序列。构建好的质粒转化到溶纤维假拟杆菌(Pseudobacteroides cellulosolvens DSM 2933)中。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIpc的Cel48S可以外泌到胞外,并组装到溶纤维假拟杆菌纤维小体复合体中。
实施例12:通过直接性连接的方法,构建基于溶纤维假拟杆菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例11不同的是,将木聚糖酶XynC(SEQ ID NO:1)与溶纤维假拟杆菌的I型对接模块序列DocIpc(SEQ ID NO:16)连接起来,从而获得XynC-DocIpc序列构建表达质粒,并转化溶纤维假拟杆菌(Pseudobacteroides cellulosolvens DSM 2933)。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIpc的XynC可以外泌到胞外,并组装到溶纤维假拟杆菌纤维小体复合体中。
实施例13:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的的纤维小体酶制剂
利用重叠延伸聚合酶链式反应的方法,将木聚糖酶XynA(SEQ ID NO:3)与II型粘连模块CohII的序列(SEQ ID NO:10)连接起来,其中CohII的序列连接至XynA序列的3’端,从而获得XynA-CohII的序列。以XynA-CohII序列为目标序列,利用MluI和EagI的酶切位点克隆到图2所示同源重组质粒pHK-HR中,以乳酸脱氢酶基因clo1313_1878为靶向替换序列,构建同源重组质粒pHK-HR-xynA。上游同源臂HR-up为热纤梭菌DSM1313基因组(NCBI数据库中序列号为CP002416.1)中2194853到2195353核酸序列,下游同源臂HR-down为DSM1313基因组中2196312到2196811核酸序列,中间同源臂HR-short为DSM1313基因组中2195053到2195353核酸序列。将构建好的质粒再转化到实施例6构建的重组菌株8中,并按照实施例1所述筛选方法获得同源重组菌株10。通过提取重组菌株的纤维小体发现,XynA与Cel9-48都可以外泌到胞外,并通过各自携带的组装模块以非共价相互作用方式组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例14:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
将膨胀因子Epn(SEQ ID NO:4或5)编码基因作为目标序列,选择热纤梭菌纤维小体的脚架蛋白SdbA(由基因组CP002416.1中1108113至1109912核酸序列编码)的5’端作为靶向敲入位点构建同源重组质粒。上游同源臂HR-up为热纤梭菌DSM1313基因组(NCBI数据库中序列号为CP002416.1)中1107610到1108109核酸序列,下游同源臂HR-down为DSM1313基因组中1109916到1110415核酸序列,中间同源臂HR-short为DSM1313基因组中1107809到1108109核酸序列。同实施例1筛选方法,获得同源重组菌株11。通过提取重组菌株的纤维小体发现,Epn与SdbA的融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中,形成具有非纤维小体木聚糖酶的纤维小体酶制剂。
实施例15:通过直接性连接方法,构建基于嗜纤维梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例3不同的是,将蛋白酶ProL(SEQ ID NO:6)编码基因作为目标序列,选择嗜纤维梭菌纤维小体的纤维素酶Clocel_2823(由基因组CP002160.1中3464080至3466140核酸序列编码)的5’端作为靶向敲入位点。同源臂HR-up、HR-down和HR-short分别为Clostridium cellulovorans 743B基因组中(NCBI数据库中序列号为CP002160.1)中3466141到3466640、3465641到3466140以及3466141到3466441核酸序列。将构建好的质粒再分别转化到pyrF缺失的743B突变株中,筛选获得蛋白酶ProL与纤维素酶Clocel_2823融合表达的同源重组菌。通过提取重组菌株的纤维小体发现,该融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。
实施例16:通过直接性连接的方法,构建基于解纤维梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例3不同的是,将淀粉酶AmyA(SEQ ID NO:20)编码基因作为目标序列,选择解纤维梭菌纤维小体的纤维素酶Ccel_0729(由基因组CP001348.1中843122至845197核酸序列编码)的5’端作为靶向敲入位点。同源臂HR-up、HR-down和HR-short分别为Clostridium cellulolyticum H10基因组中(NCBI数据库中序列号为NC_011898)中842441到842941、842942到843441以及842641到842941核酸序列。将构建好的质粒再分别转化到pyrF缺失的H10突变株中,筛选获得淀粉酶AmyA与纤维素酶Ccel_0729融合表达的同源重组菌。通过提取重组菌株的纤维小体发现,该融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。
实施例17:通过直接性连接的方法,构建基于解纤维醋弧菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例7不同的是,将果胶酶PelA(SEQ ID NO:21)编码基因与解纤维醋弧菌的I型对接模块序列DocIac(SEQ ID NO:17)连接起来,从而获得PelA-DocIac序列。构建好的质粒转化到解纤维醋弧菌(Acetivibrio cellulolyticus)中。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的PelA可以外泌到胞外,并通过具有的DocIac组装到解纤维醋弧菌纤维小体复合体中。
实施例18:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例2不同的是,将果胶酶PelA(SEQ ID NO:21)编码基因与热纤梭菌的I型对接模块DocIct的序列(SEQ ID NO:9)直接连接起来,获得PelA-DocIct目标序列用于构建表达质粒pHK(图1)。将构建好的质粒转化到在实施例13构建的热纤梭菌重组菌株10中,获得同时表达具有II型粘连模块的木聚糖酶和具有I型对接模块的纤维素外切酶Cel9-48和果胶酶PelA的热纤梭菌重组菌株12。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIct或CohIIct的XynA、Cel9-48、PelA都可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。
实施例19:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
将实施例14构建的含有膨胀因子Epn序列SEQ ID NO:4的同源重组质粒,转化到实施例13构建的同源重组菌株10中,按照实施例3的筛选方法(图3),获得实现膨胀因子与脚架蛋白SdbA融合表达的重组菌株13。随后,将实施例18中构建的表达果胶酶PelA(SEQ IDNO:21)的pHK质粒转化到该重组菌株中,从而获得同时表达具有II型粘连模块的XynA、具有I型对接模块的Cel9-48和PelA以及融合蛋白Epn-SdbA的热纤梭菌重组菌株14。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的木聚糖酶XynA、纤维素外切酶Cel9-48、果胶酶PelA都通过直接性连接的方式结合在热纤梭菌纤维小体上、膨胀因子Epn通过与脚架蛋白SdbA的融合表达也可以外泌并组装到纤维小体复合体中。
实施例20:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例3不同的是,将纤维素内切酶CelZ(SEQ ID NO:18)编码基因作为目标序列构建同源重组质粒。采用实施例3的质粒转化及菌株筛选方法获得同源重组菌株15。通过提取重组菌株的纤维小体发现,CelZ与Cel48S的融合蛋白可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。
与实施例5相比,该纤维小体酶制剂所具有的非纤维小体组分是通过与纤维小体组分的直接融合表达实现与纤维小体的结合的。
实施例21:通过直接性连接的方法,构建基于热纤梭菌纤维小体的纤维小体酶制剂
与实施例2不同的是,将纤维素内切酶CelZ(SEQ ID NO:18)与热纤梭菌的I型对接模块DocIct的序列(SEQ ID NO:9)直接连接起来,从而获得CelZ-DocIct序列。采用实施例3的质粒转化及菌株筛选方法获得表达具有I型对接模块的纤维小体内切酶CelZ的热纤梭菌重组菌株16。通过提取重组菌株的纤维小体发现,表达的具有DocIct的CelZ都可以外泌到胞外,并组装到纤维小体复合体中。因此该重组菌株可以作为具有非纤维小体纤维素内切酶的全菌酶制剂。
与实施例5相比,该全菌催化剂所具有的非纤维小体组分是通过直接结合纤维小体组装模块以及组装模块间的非共价相互作用,实现与纤维小体的结合的。
实施例22:制备游离酶制剂
将膨胀因子Epn(SEQ ID NO:4)、果胶酶PelA(SEQ ID NO:21)、纤维素外切酶Cel9-48(SEQ ID NO:19)、木聚糖酶XynA(SEQ ID NO:3)序列分别克隆到表达质粒pET28a中,并转化到大肠杆菌菌株BL21(DE3),获得转化子后,经过测序验证后,在LB培养基中在37摄氏度条件下进行培养,当细胞生长到对数生长中期时,通过添加0.5mM IPTG诱导蛋白的表达。随后通过基于组氨酸标签的亲和层析法纯化,分别获得游离的膨胀因子Epn、果胶酶PelA、纤维素外切酶Cel9-48、木聚糖酶XynA。通过蛋白浓度测定,将四种游离酶按照1:1:1:1的蛋白摩尔数比例进行混合从而得到游离酶制剂。在60摄氏度条件下,每毫克该酶制剂具有400酶活单位的木聚糖酶活力。
实施例23:纤维小体酶制剂用于微晶纤维素糖化
将实施例5-11、13-14、19构建的重组菌株在以5克每升微晶纤维素为碳源的GS-2培养基中培养至对数后期或平台前期,然后通过低速离心去除沉淀细胞,将上清液作为纤维小体酶制剂,并向上清液中直接添加20克每升微晶纤维素作为底物,在相应反应温度(表1),10-40r/min的旋转混匀器中进行进行糖化反应,所有操作都在厌氧条件下进行。每12小时取样检测发酵液中还原糖的含量,计算底物中纤维素到可溶性糖的转化率,用于分析不同酶制剂对纤维素底物水解的有益效果。转化率达到90%(质量比)的时间定义为木质纤维素底物的水解周期(天)。
与对照酶制剂(实施例1构建的热纤梭菌重组菌株或未经过改造的相应出发菌株的发酵上清液)相比,水解周期大大缩短,说明纤维小体酶制剂在糖化微晶纤维素中具有有益效果(详见表1)。
实施例24:纤维小体酶制剂用于预处理底物糖化
与实施例23不同的是,将实施例2-19构建的重组菌株在以20克每升微晶纤维素为碳源的GS-2培养基中培养至对数后期或平台前期的上清液作为纤维小体酶制剂进行糖化反应。同时,向对照酶制剂(未经过改造的相应出发菌株的发酵上清液)中添加实施例21所构建的游离酶制剂。游离酶制剂是根据其所包含的木聚糖酶的酶活单位进行添加,即,每克预处理底物添加包含有50个酶活单位木聚糖酶的游离酶制剂。以100克每升干重的预处理秸秆作为底物。预处理秸秆采用文献(Bin Li,et al.Recent progress on thepretreatment and fractionation of lignocelluloses for Biorefinery atQIBEBT.Journal of Bioresources and Bioproducts,2017,2(1),4-9)中的预处理技术获得,并采用木聚糖酶处理。处理后纤维素含量不小于45%(质量分数),半纤维素含量不大于15%(质量分数),木质素含量不大于12%(质量分数)。转化率达到80%(质量比)的时间定义为木质纤维素底物的水解周期(天)。
与对照酶制剂(实施例1构建的热纤梭菌重组菌株或未经过改造的相应出发菌株)相比,实施例2-19构建的纤维小体酶制剂水解周期大大缩短,说明纤维小体酶制剂在糖化微晶纤维素中具有有益效果(详见表1)。
同时,与添加了实施例22所构建的游离酶制剂的对照酶制剂(未经过改造的相应出发菌株)相比,实施例19构建的纤维小体酶制剂水解周期更短,且不同非纤维小体组分之间的协同效应更加显著。
实施例25:纤维小体酶制剂用于预处理底物糖化
与实施例24不同的是,采用实施例2-6、11-12、18-19构建的重组菌株的发酵上清液作为酶制剂进行糖化反应,预处理秸秆未经过木聚糖酶处理。处理后纤维素含量不小于35%(质量分数),半纤维素含量不大于21%(质量分数),木质素含量不大于15%(质量分数)。
与对照酶制剂(实施例1构建的热纤梭菌重组菌株1或未经过改造的相应出发菌株的发酵上清液)相比,实施例2-6、11-12、18-19构建的纤维小体酶制剂水解周期大大缩短,说明纤维小体酶制剂在糖化微晶纤维素中具有有益效果(详见表1)。
实施例26:纤维小体酶制剂用于预处理底物糖化
与实施例24不同的是,将实施例19构建的重组菌株在以5克每升纤维二糖以及20克每升干重的预处理秸秆作为碳源的GS-2培养基中培养至对数后期或平台前期的上清液作为纤维小体酶制剂进行糖化反应,采用向上清液中直接添加250克每升干重的预处理秸秆作为底物,在旋转混匀器中进行培养。
与对照酶制剂(实施例1构建的热纤梭菌重组菌株或未经过改造的相应出发菌株的发酵上清液)相比,实施例19构建的纤维小体酶制剂水解周期大大缩短,说明纤维小体酶制剂在糖化微晶纤维素中具有有益效果(详见表1)。
表1实施例23-26纤维素底物糖化的周期
由表1可知,
(1)来源于热纤梭菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为3.0-6.5天;与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了6.7-56.7%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(40克每升干重)糖化时,其反应周期为4.5-12.5天;与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了3.8-65.4%;根据实施例25可知,用于未经预处理的秸秆糖化时,其反应周期为6.5-16.5天;与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了2.5-61.8%;根据实施例26可知,用于高固含量的预处理秸秆(250克每升干重)糖化时,其反应周期为7.5天;与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了73.2%。
来自黄色溶纤梭菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为7.5天;与对照相比,缩短了16.7%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为16天;与对照相比,缩短了22%。
来自白色瘤胃球菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为12.5天;与对照相比,缩短了16.7%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为18天;与对照相比,缩短了18.2%。
来自黄化瘤胃球菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为11.5天;与对照相比,缩短了23.3%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为18天;与对照相比,缩短了28%。
来自解纤维梭菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为21.5天;与对照相比,缩短了14%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为20-25天;与对照相比,缩短7.4-25.9%。
来自溶纤维假拟杆菌的纤维小体酶制剂,根据实施例23可知,用于微晶纤维素糖化时,其反应周期为14天;与对照相比,缩短了20%;根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为15.5-18天;与对照相比,缩短了5.3-18.4%;根据实施例22可知,用于未经预处理的秸秆糖化时,其反应周期为13.5-18天;与对照相比,缩短了21.7-41.3%。
来自嗜纤维梭菌的纤维小体酶制剂,根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为22天;与对照相比,缩短了8.3%。
来自解纤维醋弧菌的纤维小体酶制剂,根据实施例24可知,用于预处理的秸秆(100克每升干重)糖化时,其反应周期为21.5天;与对照相比,缩短了8.5%。
综上可知,实施例1-18制备的纤维小体酶制剂——将非纤维小体蛋白结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体,与对照组(未经过改造的相应出发菌株的发酵上清液)相比,均显著缩短了糖化周期,说明所述纤维小体酶制剂大大提高了糖化效率,从而降低了生产成本,具备广阔的市场应用前景和巨大的经济价值。
(2)由实施例22可知,实施例2-19所制备的纤维小体酶制剂都是通过向纤维小体中添加CelZ这一非纤维小体组分获得的。其中,采用实施例4制备的纤维小体酶制剂时反应周期为4.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了35.7%;采用实施例20制备的纤维小体酶制剂时反应周期为6天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比相比,缩短了14.3%;采用实施例21制备的纤维小体酶制剂时反应周期为5.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比相比,缩短了21.4%。而上述三个实施例制备的纤维小体酶制剂的区别在于,实施例5是基于共价交联的间接连接的方式添加非纤维小体组分,实施例20是通过与纤维小体组分的直接融合表达方式添加非纤维小体组分,实施例21是通过纤维小体组装模块间的非共价相互作用方式添加非纤维小体组分。
由此可见,采用共价交联的间接连接方式或基于纤维小体组装模块间非共价相互作用的直接连接方式,相较于融合表达的直接连接方式更有利于糖化效率的提高。这主要是由于,融合表达的方式会降低所融合的纤维小体组分的表达量。
(3)由实施例24可知,单独使用实施例4将纤维素外切酶9-48-DocI结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为10天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了16.7%。单独使用实施例6将木聚糖酶xynA-CohII结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为9天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了25%。单独使用实施例14将膨胀因子结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为11.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了4.2%。单独使用实施例17将果胶酶PelA-DocIac结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为20天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了9.1%。
而使用将纤维素外切酶9-48-DocI和木聚糖酶xynA-CohII结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为6天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了50%。采用将纤维素外切酶、木聚糖酶和果胶酶结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为4.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了62.5%。采用将纤维素外切酶、木聚糖酶、果胶酶和膨胀因子结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体时,反应周期为3.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了70.8%。
从而说明,不同非纤维小体组分之间、以及非纤维小体组分与纤维小体之间存在协同效应,因此不同非纤维小体组分同时组装到纤维小体中可以进一步缩短水解周期,这在产业上具有非常大的意义,将极大的推动木质纤维素糖化的产业化进程。
(4)由实施例24可知,通过向实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂中添加实施例22所构建的游离酶制剂时,反应周期为10天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了2301%。而采用实施例18构建的纤维小体酶制剂,反应周期为4.5天,与实施例1构建的只外泌表达β-1,4葡萄糖苷酶的对照酶制剂相比,缩短了65.4%。
这说明,与添加游离酶制剂相比,所述纤维小体酶制剂显著缩短了水解周期;进一步说明,所述纤维小体酶制剂通过增强非纤维小体组分之间以及非纤维小体组分与纤维小体之间的协同作用关系,提高了糖化效率,降低了糖化过程中酶的消耗量,简化了工艺流程,降低了生产成本。
(5)与现有技术相比,本发明所述的纤维小体酶制剂,在纤维素糖化体系以及具有低固(10%质量比)和高固含量(25%质量比)的复杂底物(预处理底物)糖化体系中,其糖化周期的缩短和糖化效率的提高,具有更加明显的优势。
序列表
<110> 中国科学院青岛生物能源与过程研究所
<120> 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂
<160> 17
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 394
<212> PRT
<213> 热纤梭菌(Clostridium thermocellum)
<400> 1
Glu Phe Lys Asn Ser Pro Ser Pro Gln Asp Leu Met Asp Phe Tyr Ile
1 5 10 15
Asp Asp Phe Thr Ala Thr Pro Ala Asn Leu Pro Glu Ile Glu Lys Asp
20 25 30
Ile Pro Ser Leu Lys Asp Val Phe Ala Gly Tyr Phe Lys Val Gly Gly
35 40 45
Ala Ala Thr Val Ala Glu Leu Ala Pro Lys Pro Ala Lys Glu Leu Phe
50 55 60
Leu Lys His Tyr Asn Ser Leu Thr Phe Gly Asn Glu Leu Lys Pro Glu
65 70 75 80
Ser Val Leu Asp Tyr Asp Ala Thr Ile Ala Tyr Met Glu Ala Asn Gly
85 90 95
Gly Asp Gln Val Asn Pro Gln Ile Thr Leu Arg Ala Ala Arg Pro Leu
100 105 110
Leu Glu Phe Ala Lys Glu His Asn Ile Pro Val Arg Gly His Thr Leu
115 120 125
Val Trp His Ser Gln Thr Pro Asp Trp Phe Phe Arg Glu Asn Tyr Ser
130 135 140
Gln Asp Glu Asn Ala Pro Trp Ala Ser Lys Glu Val Met Leu Gln Arg
145 150 155 160
Leu Glu Asn Tyr Ile Lys Asn Leu Met Glu Ala Leu Ala Thr Glu Tyr
165 170 175
Pro Thr Val Lys Phe Tyr Ala Trp Asp Val Val Asn Glu Ala Val Asp
180 185 190
Pro Asn Thr Ser Asp Gly Met Arg Thr Pro Gly Ser Asn Asn Lys Asn
195 200 205
Pro Gly Ser Ser Leu Trp Met Gln Thr Val Gly Arg Asp Phe Ile Val
210 215 220
Lys Ala Phe Glu Tyr Ala Arg Lys Tyr Ala Pro Ala Asp Cys Lys Leu
225 230 235 240
Phe Tyr Asn Asp Tyr Asn Glu Tyr Glu Asp Arg Lys Cys Asp Phe Ile
245 250 255
Ile Glu Ile Leu Thr Glu Leu Lys Ala Lys Gly Leu Val Asp Gly Met
260 265 270
Gly Met Gln Ser His Trp Val Met Asp Tyr Pro Ser Ile Ser Met Phe
275 280 285
Glu Lys Ser Ile Arg Arg Tyr Ala Ala Leu Gly Leu Glu Ile Gln Leu
290 295 300
Thr Glu Leu Asp Ile Arg Asn Pro Asp Asn Ser Gln Trp Ala Leu Glu
305 310 315 320
Arg Gln Ala Asn Arg Tyr Lys Glu Leu Val Thr Lys Leu Val Asp Leu
325 330 335
Lys Lys Glu Gly Ile Asn Ile Thr Ala Leu Val Phe Trp Gly Ile Thr
340 345 350
Asp Ala Thr Ser Trp Leu Gly Gly Tyr Pro Leu Leu Phe Asp Ala Glu
355 360 365
Tyr Lys Ala Lys Pro Ala Phe Tyr Ala Ile Val Asn Ser Val Pro Pro
370 375 380
Leu Pro Thr Glu Pro Pro Val Gln Val Ile
385 390
<210> 2
<211> 356
<212> PRT
<213> 粪堆梭菌(Clostridium stercorarium)
<400> 2
Lys Lys Ala Phe Asn Asp Gln Thr Ser Ala Glu Asp Ile Pro Ser Leu
1 5 10 15
Ala Glu Ala Phe Arg Asp Tyr Phe Pro Ile Gly Ala Ala Ile Glu Pro
20 25 30
Gly Tyr Thr Thr Gly Gln Ile Ala Glu Leu Tyr Lys Lys His Val Asn
35 40 45
Met Leu Val Ala Glu Asn Ala Met Lys Pro Ala Ser Leu Gln Pro Thr
50 55 60
Glu Gly Asn Phe Gln Trp Ala Asp Ala Asp Arg Ile Val Gln Phe Ala
65 70 75 80
Lys Glu Asn Gly Met Glu Leu Arg Phe His Thr Leu Val Trp His Asn
85 90 95
Gln Thr Pro Thr Gly Phe Ser Leu Asp Lys Glu Gly Lys Pro Met Val
100 105 110
Glu Glu Thr Asp Pro Gln Lys Arg Glu Glu Asn Arg Lys Leu Leu Leu
115 120 125
Gln Arg Leu Glu Asn Tyr Ile Arg Ala Val Val Leu Arg Tyr Lys Asp
130 135 140
Asp Ile Lys Ser Trp Asp Val Val Asn Glu Val Ile Glu Pro Asn Asp
145 150 155 160
Pro Gly Gly Met Arg Asn Ser Pro Trp Tyr Gln Ile Thr Gly Thr Glu
165 170 175
Tyr Ile Glu Val Ala Phe Arg Ala Ala Arg Glu Ala Gly Gly Ser Asp
180 185 190
Ile Lys Leu Tyr Ile Asn Asp Tyr Asn Thr Asp Asp Pro Val Lys Arg
195 200 205
Asp Ile Leu Tyr Glu Leu Val Lys Asn Leu Leu Glu Lys Gly Val Pro
210 215 220
Ile Asp Gly Val Gly His Gln Thr His Ile Asp Ile Tyr Asn Pro Pro
225 230 235 240
Val Glu Arg Ile Ile Glu Ser Ile Lys Lys Phe Ala Gly Leu Gly Leu
245 250 255
Asp Asn Ile Ile Thr Glu Leu Asp Met Ser Ile Tyr Ser Trp Asn Asp
260 265 270
Arg Ser Asp Tyr Gly Asp Ser Ile Pro Asp Tyr Ile Leu Thr Leu Gln
275 280 285
Ala Lys Arg Tyr Gln Glu Leu Phe Asp Ala Leu Lys Glu Asn Lys Asp
290 295 300
Ile Val Ser Ala Val Val Phe Trp Gly Ile Ser Asp Lys Tyr Ser Trp
305 310 315 320
Leu Asn Gly Phe Pro Val Lys Arg Thr Asn Ala Pro Leu Leu Phe Asp
325 330 335
Arg Asn Phe Met Pro Lys Pro Ala Phe Trp Ala Ile Val Asp Pro Ser
340 345 350
Arg Leu Arg Glu
355
<210> 3
<211> 212
<212> PRT
<213> 热解纤维素果汁杆菌(Caldicellulosiruptor sp.)
<400> 3
Ala Ile Thr Leu Thr Ser Asn Ala Ser Gly Thr Tyr Asp Gly Tyr Tyr
1 5 10 15
Tyr Glu Leu Trp Lys Asp Ser Gly Asn Thr Thr Met Thr Val Asp Thr
20 25 30
Gly Gly Arg Phe Ser Cys Gln Trp Ser Asn Ile Asn Asn Ala Leu Phe
35 40 45
Arg Thr Gly Lys Lys Phe Asn Thr Ala Trp Asn Gln Leu Gly Thr Val
50 55 60
Lys Ile Thr Tyr Ser Ala Thr Tyr Asn Pro Asn Gly Asn Ser Tyr Leu
65 70 75 80
Cys Ile Tyr Gly Trp Ser Lys Asn Pro Leu Val Glu Phe Tyr Ile Val
85 90 95
Glu Ser Trp Gly Ser Trp Arg Pro Pro Gly Ala Thr Ser Leu Gly Thr
100 105 110
Val Thr Ile Asp Gly Gly Thr Tyr Asp Ile Tyr Lys Thr Thr Arg Val
115 120 125
Asn Gln Pro Ser Ile Glu Gly Thr Thr Thr Phe Asp Gln Tyr Trp Ser
130 135 140
Val Arg Thr Ser Lys Arg Thr Ser Gly Thr Val Thr Val Thr Asp His
145 150 155 160
Phe Lys Ala Trp Ala Ala Lys Gly Leu Asn Leu Gly Thr Ile Asp Gln
165 170 175
Ile Thr Leu Cys Val Glu Gly Tyr Gln Ser Ser Gly Ser Ala Asn Ile
180 185 190
Thr Gln Asn Thr Phe Ser Ile Thr Ser Asp Ser Ser Gly Ser Thr Thr
195 200 205
Pro Thr Thr Thr
210
<210> 4
<211> 327
<212> PRT
<213> 黄色溶纤梭菌(Clostridium clariflavum)
<400> 4
Met Asn Phe Lys Lys Ile Arg Leu Phe Thr Ala Ile Leu Ile Ile Ala
1 5 10 15
Ala Gln Val Leu Ser Tyr Asn Phe Ile Ser Ser Ala Gln Leu Gln Val
20 25 30
Gly Asp Val Asn Gly Asp Asn Asn Val Asp Ser Ile Asp Phe Ala Leu
35 40 45
Met Lys Ser Phe Ile Leu Lys Ile Ile Asn Thr Leu Pro Ala Glu Asp
50 55 60
Ser Leu Leu Ala Gly Asp Leu Asp Gly Asp Gly Ser Ile Asn Ser Ile
65 70 75 80
Asp Cys Ala Leu Met Lys Gln Tyr Leu Leu Gly Met Ile Lys Val Phe
85 90 95
Pro Lys Thr Gln Ser Pro Ala Pro Thr Pro Thr Asn Thr Pro Leu Pro
100 105 110
Glu Tyr Ser Glu Pro Tyr Pro Gly Trp Asp Lys Ile Arg Ser Gly Tyr
115 120 125
Ala Thr Tyr Thr Gly Ser Gly Tyr Val Gly Gly Ile Ala Leu Leu Asp
130 135 140
Pro Ile Pro Glu Asp Met Glu Ile Val Ala Val Asn Lys Pro Asp Phe
145 150 155 160
Asn Cys Tyr Gly Val Gln Ala Ala Leu Ala Gly Ala Tyr Leu Glu Val
165 170 175
Thr Gly Pro Lys Gly Thr Thr Val Val Tyr Val Thr Asp Cys Tyr Thr
180 185 190
Glu Ala Pro Glu Gly Ala Leu Asp Leu Cys Gly Ile Ser Cys Asp Lys
195 200 205
Ile Gly Asp Thr Asn Val Pro Gly Gly Lys Ile Asp Val Thr Trp Arg
210 215 220
Ile Ile Pro Ala Pro Ile Thr Gly Asn Phe Ile Tyr Arg Ile Leu Pro
225 230 235 240
Ala Ser Ser Lys Trp Trp Phe Ala Ile Gln Val Arg Asn His Lys Tyr
245 250 255
Pro Val Met Lys Met Glu Tyr Phe Lys Asp Gly Glu Trp Val Asp Ile
260 265 270
Pro Lys Asp Arg Cys Asn Tyr Phe Val Ile Asn Asn Leu Asp Thr Ser
275 280 285
Asn Leu Lys Ile Arg Ile Thr Asp Ile Arg Gly Lys Val Val Thr Asp
290 295 300
Ile Ile Asp Pro Ile Pro Asp Asn Leu Met Asn Gly Cys Phe Ile Gln
305 310 315 320
Gly Asn Val Gln Phe Pro Asp
325
<210> 5
<211> 335
<212> PRT
<213> 黄色溶纤梭菌(Clostridium clariflavum)
<400> 5
Met Lys Arg Lys Ile Ile Phe Cys Cys Ala Ile Leu Met Thr Leu Leu
1 5 10 15
Gln Phe Ser Phe Leu Asn Ser Phe Ser Leu Glu Gly Gln Val Thr Val
20 25 30
Gly Asp Ile Asn Gly Asp Gly Tyr Val Asp Ser Ile Asp Tyr Ala Asn
35 40 45
Leu Lys Met Tyr Val Leu Gly Leu Ile Lys Asp Phe Pro Thr Ala Glu
50 55 60
Gly Ser Trp Ala Ala Asp Val Asp Gly Asn Asn Ser Ile Asp Ser Ile
65 70 75 80
Asp Cys Ala Leu Met Lys Ser Tyr Leu Leu Gly Ile Ile Lys Lys Phe
85 90 95
Pro Lys Ser Asp Ser Leu Pro Ala Asn Thr Ser Ala Val Thr Pro Thr
100 105 110
Pro Gln Ile Thr Pro Lys Pro Ile Pro Ser Tyr Ser Pro Tyr Pro Asp
115 120 125
Trp Asp Lys Glu His Ser Gly Tyr Ala Thr Phe Thr Gly Ser Gly Tyr
130 135 140
Ser Gly Gly Ala Ala Leu Leu Asp Pro Ile Asp Pro Asp Met Glu Ile
145 150 155 160
Thr Ala Leu Asn Pro Tyr Asp Tyr Asn Ser Tyr Gly Ile Asp Ala Ala
165 170 175
Leu Ala Gly Ala Tyr Leu Glu Val Thr Gly Glu Lys Gly Ser Thr Ile
180 185 190
Val Tyr Val Thr Asp Leu Tyr Pro Glu Gly Ala Pro Gly Ala Leu Asp
195 200 205
Leu Cys Pro Lys Ser Phe Ala Lys Ile Asp Asp Ile Ser Lys Gly Lys
210 215 220
Ile Asp Ile Lys Trp Arg Val Val Ala Ala Pro Val Thr Gly Asn Val
225 230 235 240
Ser Tyr Arg Ile Lys Glu Gly Ser Thr Thr Ser Trp Leu Ala Val Gln
245 250 255
Val Arg Asn His Arg Tyr Pro Val Leu Lys Met Glu Cys Tyr Ile Asn
260 265 270
Asn Thr Trp Val Asp Met Lys Lys Met Phe Trp Asn His Phe Val Ile
275 280 285
Asp Asn Val Asp Thr Thr Thr Pro Arg Ile Arg Met Thr Asp Ile Arg
290 295 300
Gly Tyr Val Leu Glu Asp Val Leu Asp Ser Ile Pro Val Ser Gly Asp
305 310 315 320
Thr Arg Pro Ala Tyr Ile Ile Asp Gly Asn Val Gln Phe Pro Glu
325 330 335
<210> 6
<211> 440
<212> PRT
<213> 溶蛋白杆菌(Coprothermobacter proteolyticus)
<400> 6
Met Lys Lys Ile Leu Leu Thr Leu Val Ile Ala Val Leu Leu Leu Ser
1 5 10 15
Gly Phe Ala Gly Val Lys Ser Ala Glu Leu Leu Phe Val Ser Asn Ser
20 25 30
Thr Thr Thr Asn Gln Glu Asp Pro Glu Asn Glu Ile Ile Val Gly Tyr
35 40 45
Lys Glu Asn Thr Asp Val Ala Val Leu Ser Lys Gln Val Glu Lys Thr
50 55 60
Thr Gly Ala Lys Leu Ser Arg Lys Gly Leu Lys Asn Phe Ala Val Phe
65 70 75 80
Lys Leu Pro Gln Gly Lys Ala Ala Asp Val Val Met Asn Gln Leu Lys
85 90 95
Asn Asp Pro Asn Val Glu Tyr Val Glu Pro Asn Tyr Ile Ala His Ala
100 105 110
Phe Asp Val Pro Asn Asp Thr Phe Phe Asn Pro Tyr Gln Trp Asn Phe
115 120 125
Tyr Asp Tyr Gly Met Thr Ser Asn Gly Tyr Val Ser Asn Tyr Gly Ile
130 135 140
Gln Ala Val Ser Ala Trp Asn Ile Thr Lys Gly Ala Gly Val Lys Val
145 150 155 160
Ala Ile Ile Asp Thr Gly Val Ala Tyr Glu Asn Tyr Gly Ala Tyr Thr
165 170 175
Lys Ala Pro Asp Leu Ala Asn Thr Leu Phe Asp Thr Ala Asn Ala Tyr
180 185 190
Asp Phe Val Asn Asn Asp Thr His Ala Asn Asp Asp Asn Ser His Gly
195 200 205
Thr His Val Ala Gly Thr Ile Ala Gln Ser Thr Asn Asn Gly Met Gly
210 215 220
Ala Ala Gly Ile Ala Tyr Gln Ala Thr Ile Leu Pro Ile Lys Val Leu
225 230 235 240
Asp Ser Glu Gly Ser Gly Thr Tyr Asp Ala Ile Ala Asn Gly Ile Ile
245 250 255
Trp Ala Ala Asp Lys Gly Ala Arg Val Ile Asn Met Ser Leu Gly Gly
260 265 270
Ser Ser Gly Ser Thr Thr Leu Gln Asn Ala Ile Gln Tyr Ala Tyr Asn
275 280 285
Lys Gly Val Val Ile Val Cys Ala Ser Gly Asn Asp Arg Arg Ser Thr
290 295 300
Val Ser Tyr Pro Ala Ala Tyr Thr Gln Cys Ile Ala Val Gly Ser Thr
305 310 315 320
Arg Phe Asp Gly Thr Arg Ala Arg Tyr Ser Asn Tyr Gly Ser Ala Leu
325 330 335
Asp Ile Val Ala Pro Gly Gly Asp Thr Ser Val Asp Gln Asn His Asp
340 345 350
Gly Tyr Gly Asp Gly Ile Leu Gln Gln Thr Phe Ala Glu Gly Ser Pro
355 360 365
Thr Asp Phe Ala Tyr Tyr Phe Phe Gln Gly Thr Ser Met Ala Ser Pro
370 375 380
His Val Ala Gly Val Ala Ala Leu Val Leu Ser Ala His Pro Thr Tyr
385 390 395 400
Thr Asn Glu Gln Val Arg Thr Ala Leu Gln Ser Thr Ala Lys Asp Leu
405 410 415
Gly Thr Ala Gly Trp Asp Lys Tyr Tyr Gly Tyr Gly Leu Val Asn Ala
420 425 430
Tyr Ala Ala Val Asn Trp Thr Pro
435 440
<210> 7
<211> 13
<212> PRT
<213> 酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)
<400> 7
Ala His Ile Val Met Val Asp Ala Tyr Lys Pro Thr Lys
1 5 10
<210> 8
<211> 97
<212> PRT
<213> 酿脓链球菌(Streptococcus pyogenes)
<400> 8
Ser Ser Glu Gln Gly Gln Ser Gly Asp Met Thr Ile Glu Glu Asp Ser
1 5 10 15
Ala Thr His Ile Lys Phe Ser Lys Arg Asp Glu Asp Gly Lys Glu Leu
20 25 30
Ala Gly Ala Thr Met Glu Leu Arg Asp Ser Ser Gly Lys Thr Ile Ser
35 40 45
Thr Trp Ile Ser Asp Gly Gln Val Lys Asp Phe Tyr Leu Tyr Pro Gly
50 55 60
Lys Tyr Thr Phe Val Glu Thr Ala Ala Pro Asp Gly Tyr Glu Val Ala
65 70 75 80
Thr Ala Ile Thr Phe Thr Val Asn Glu Gln Gly Gln Val Thr Val Asn
85 90 95
Gly
<210> 9
<211> 55
<212> PRT
<213> 热纤梭菌(Clostridium thermocellum)
<400> 9
Tyr Gly Asp Val Asn Asp Asp Gly Lys Val Asn Ser Thr Asp Ala Val
1 5 10 15
Ala Leu Lys Arg Tyr Val Leu Arg Ser Gly Ile Ser Ile Asn Thr Asp
20 25 30
Asn Ala Asp Leu Asn Glu Asp Gly Arg Val Asn Ser Thr Asp Leu Gly
35 40 45
Ile Leu Lys Arg Tyr Ile Leu
50 55
<210> 10
<211> 160
<212> PRT
<213> 热纤梭菌(Clostridium thermocellum)
<400> 10
Ser Ser Ile Glu Leu Lys Phe Asp Arg Asn Lys Gly Glu Val Gly Asp
1 5 10 15
Ile Leu Ile Gly Thr Val Arg Ile Asn Asn Ile Lys Asn Phe Ala Gly
20 25 30
Phe Gln Val Asn Ile Val Tyr Asp Pro Lys Val Leu Met Ala Val Asp
35 40 45
Pro Glu Thr Gly Lys Glu Phe Thr Ser Ser Thr Phe Pro Pro Gly Arg
50 55 60
Thr Val Leu Lys Asn Asn Ala Tyr Gly Pro Ile Gln Ile Ala Asp Asn
65 70 75 80
Asp Pro Glu Lys Gly Ile Leu Asn Phe Ala Leu Ala Tyr Ser Tyr Ile
85 90 95
Ala Gly Tyr Lys Glu Thr Gly Val Thr Glu Glu Ser Gly Ile Ile Ala
100 105 110
Lys Ile Gly Phe Lys Ile Leu Gln Lys Lys Ser Thr Ala Val Lys Phe
115 120 125
Gln Asp Thr Leu Ser Met Pro Gly Ala Ile Leu Gly Thr Gln Leu Phe
130 135 140
Asp Trp Asp Gly Glu Val Ile Thr Gly Tyr Glu Val Ile Gln Pro Asp
145 150 155 160
<210> 11
<211> 891
<212> DNA
<213> 热纤梭菌(Clostridium thermocellum)
<400> 11
tagtactatt aaagtcagac ttggttaaat ataaatttta tgacttgcat acaaacttga 60
tgtgtattat aataaaaata caaaacaaaa tagcaataat ttactcagtt atttttgaaa 120
tgggggtagt attaatatcg tataatgggg ttgcatatct gctgtctttc gaaaaaagca 180
caagaacttc aaatgtttcc atagtgaaat ttaaaaattg gagatttctt tgttgccccc 240
tcaaaaagta tatttttttc gaagatatat atatggaatt tattgattaa tttaagttat 300
taattttggc cttttagggt cgttgaaaac tgaatatgtt aagttgtttt gcgtgattca 360
gctgcatttg acgtaagact tcgccggtct gtttaaattc ccataataag atgtatttat 420
tgtagtaata atctggcatc tacaaatttc agtatttgca atagtctctg ttcaaaaaag 480
caattgtctt ttaaaccttt cagtattgtc ttcgtggcag tttcttttgt tatacgtcgt 540
tccgacaaaa aaatgtaaat ttatgtcaaa tgcgcggctg atttgataaa aaagtttgtt 600
aacacaaatt tattatgtta acacaagtat tttttgggtc cagcttagtt ttatgatgaa 660
aataatgcgt aaaatttatc cgcaaaaagg gggaatgaat ttattgcggg taggttgcat 720
tatttcatca tataacttaa aaagaataaa aaagtatatt tgaaagggga agatggagag 780
atggtaaaaa gcagaaagat ttctattctg ttggcagttg caatgctggt atccataatg 840
atacccacaa ctgcattcgc aggtcctaca aaggcaccta caaaagatgg g 891
<210> 12
<211> 59
<212> PRT
<213> 黄色溶纤梭菌(Clostridium clariflavum)
<400> 12
Tyr Gly Asp Leu Asn Gly Asp Lys Leu Val Asn Ser Ile Asp Phe Ala
1 5 10 15
Leu Leu Lys Ile Tyr Leu Leu Gly Tyr Ser Lys Glu Phe Pro Tyr Glu
20 25 30
Tyr Gly Ile Lys Ser Ala Asp Leu Asn Arg Asn Gly Glu Val Asp Ser
35 40 45
Ile Asp Phe Ala Ile Leu Arg Ser Phe Leu Leu
50 55
<210> 13
<211> 57
<212> PRT
<213> 白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)
<400> 13
Arg Gly Asp Val Asn Gly Asp Gly Val Val Asn Val Thr Asp Val Ala
1 5 10 15
Lys Ile Ala Ala His Val Lys Gly Lys Lys Ile Leu Thr Gly Asp Ser
20 25 30
Leu Lys Asn Ala Asp Val Asn Phe Asp Gly Ser Val Asn Ile Thr Asp
35 40 45
Ile Thr Arg Ile Ala Ala Phe Val Lys
50 55
<210> 14
<211> 56
<212> PRT
<213> 黄化瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)
<400> 14
Tyr Gly Asp Ala Asn Cys Asp Gly Asn Val Ser Ile Ala Asp Ala Thr
1 5 10 15
Ala Ile Leu Gln His Leu Gly Asn Arg Asp Lys Tyr Gly Leu Arg Ala
20 25 30
Gln Gly Met Leu Asn Ala Asp Val Asp Gly Gln Ser Gly Val Thr Ala
35 40 45
Asn Asp Ala Leu Val Leu Gln Lys
50 55
<210> 15
<211> 54
<212> PRT
<213> 解纤维梭菌(Clostridium cellulolyticum)
<400> 15
Tyr Gly Asp Tyr Asn Asn Asp Gly Ser Ile Asp Ala Leu Asp Phe Ser
1 5 10 15
Ser Phe Lys Met Tyr Leu Met Asn Pro Val Arg Thr Tyr Thr Glu Val
20 25 30
Leu Asp Leu Asn Ser Asp Asn Thr Val Asp Ala Ile Asp Phe Ala Ile
35 40 45
Met Lys Gln Tyr Leu Leu
50
<210> 16
<211> 57
<212> PRT
<213> 溶纤维假拟杆菌(Pseudobacteroides cellulosolvens)
<400> 16
Tyr Gly Asp Val Thr Gly Asp Gln Leu Val Thr Asp Ala Asp Lys Thr
1 5 10 15
Lys Val Ser Asn Tyr Ile Leu Gly Ser Val Tyr Leu Thr Ser Arg Glu
20 25 30
Phe Ala Ala Ala Asp Val Asn Gly Asp Gln Val Val Asn Ser Gly Asp
35 40 45
Leu Thr Leu Ile Asn Arg His Ile Leu
50 55
<210> 17
<211> 58
<212> PRT
<213> 解纤维醋弧菌(Acetivibrio cellulolyticus)
<400> 17
Lys Gly Asp Val Asp Leu Asp Gly Ala Ala Asn Ser Ile Asp Phe Gly
1 5 10 15
Lys Met Arg Leu Cys Leu Leu Gly Lys Ser Pro Ala Phe Thr Gly Gln
20 25 30
Ala Leu Asp Asn Ala Asp Leu Asn Asp Asp Gly Ala Phe Asn Ser Ile
35 40 45
Asp Phe Gly Tyr Met Arg Lys Lys Leu Leu
50 55

Claims (10)

1.用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述纤维小体酶制剂是通过非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分相互作用,将非纤维小体蛋白结合在纤维小体中而获得的蛋白复合体;所述非纤维小体蛋白为木聚糖酶、纤维素内切酶、纤维素外切酶、膨胀因子、蛋白酶、淀粉酶或果胶酶;所述纤维小体为由厌氧细菌生产且分泌在胞外的具有木质纤维素降解活性的多酶复合体。
2.根据权利要求1所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述厌氧细菌为热纤梭菌、黄色溶纤梭菌、嗜纤维梭菌、解纤维梭菌、解纤维醋弧菌、溶纤维假拟杆菌、白色瘤胃球菌或黄化瘤胃球菌。
3.根据权利要求2所述的用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂,其特征在于:所述热纤梭菌为表达外泌的β1,4-葡萄糖苷酶的热纤梭菌。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述非纤维小体蛋白具有序列表SEQ ID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列,以及与如SEQ ID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列的一致性在95%以上,且与如SEQ ID NO:1-6,18-21所示的氨基酸序列具有相同功能的氨基酸序列。
5.根据权利要求4所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的蛋白组分相互作用的方式为间接性连接或者直接性连接。
6.根据权利要求5所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述间接性连接为:非纤维小体蛋白与纤维小体中的蛋白组分通过共价相互作用进行连接。
7.根据权利要求6所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过共价相互作用进行连接为:非纤维小体蛋白和纤维小体组分分别与具有共价相互作用的多肽片段连接,利用多肽片段间特异性共价相互作用实现纤维小体组分与非纤维小体蛋白的共价交联,利用纤维小体组分所带的组装模块,使非纤维小体蛋白结合在纤维小体复合体中。
8.根据权利要求5所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述直接性连接为:非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过串联表达进行连接。
9.根据权利要求8所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述非纤维小体蛋白与纤维小体中的组分通过串联表达进行连接为:非纤维小体蛋白与纤维小体的组装模块或具有组装模块的蛋白组分进行融合表达,通过组装模块间的特异性的非共价相互作用,实现将非纤维小体蛋白组装在纤维小体复合体中。
10.根据权利要求9所述的用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂,其特征在于:所述融合表达为:非纤维小体蛋白的编码基因插入到编码纤维小体组分蛋白的序列的N端、C端或结构域序列中间的基因组上。
CN201810939532.XA 2018-08-17 2018-08-17 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂 Active CN108976302B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810939532.XA CN108976302B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810939532.XA CN108976302B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108976302A true CN108976302A (zh) 2018-12-11
CN108976302B CN108976302B (zh) 2021-04-13

Family

ID=64553949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810939532.XA Active CN108976302B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108976302B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111100835A (zh) * 2020-01-07 2020-05-05 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 Pet降解生物催化剂及其应用
CN111850005A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种适用于低钙离子浓度的纤维小体对接蛋白组合突变体36863及应用
CN111848758A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种适用于低钙离子浓度的纤维小体对接蛋白突变体及应用
CN111850004A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36740及应用
CN111848759A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36741及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003093420A2 (en) * 2002-04-30 2003-11-13 Athenix Corporation Methods for enzymatic hydrolysis of lignocellulose
US20040053373A1 (en) * 2000-09-25 2004-03-18 Brian Foody Method for glucose production with improved recovery and reuse of enzyme
CN101384713A (zh) * 2005-12-22 2009-03-11 罗尔公司 纤维素材料的处理和用于其中的酶
CN102712917A (zh) * 2009-12-30 2012-10-03 罗尔公司 用于处理纤维素材料的方法和适用于该方法的cbhii/cel6a酶
CN105861469A (zh) * 2012-10-08 2016-08-17 诺维信公司 具有纤维素分解增强活性的多肽以及编码它们的多核苷酸

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040053373A1 (en) * 2000-09-25 2004-03-18 Brian Foody Method for glucose production with improved recovery and reuse of enzyme
WO2003093420A2 (en) * 2002-04-30 2003-11-13 Athenix Corporation Methods for enzymatic hydrolysis of lignocellulose
CN101384713A (zh) * 2005-12-22 2009-03-11 罗尔公司 纤维素材料的处理和用于其中的酶
CN102712917A (zh) * 2009-12-30 2012-10-03 罗尔公司 用于处理纤维素材料的方法和适用于该方法的cbhii/cel6a酶
CN105861469A (zh) * 2012-10-08 2016-08-17 诺维信公司 具有纤维素分解增强活性的多肽以及编码它们的多核苷酸

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAD48313.1: "endoxylanase XynB [Thermoclostridium stercorarium]", 《GENBANK》 *
CHAO CHEN等: "Integration of bacterial expansin-like proteins into cellulosome promotes the cellulose degradation", 《APPL MICROBIOL BIOTECHNOL》 *
LONG LI等: "Structural Analysis and Optimization of the Covalent Association between SpyCatcher and a Peptide Tag", 《JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY》 *
MORAIS,S等: "Contribution of a Xylan-Binding Module to the Degradation of a Complex Cellulosic Substrate by Designer Cellulosomes", 《APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY》 *
WP_014254564.1: "peptidase S8 [Coprothermobacter proteolyticus]", 《NCBI REFERENCE SEQUENCE》 *
WP_023062582.1: "glycoside hydrolase [Hungateiclostridium thermocellum]", 《NCBI REFERENCE SEQUENCE》 *
WP_039766986.1: "1,4-beta-xylanase [Caldicellulosiruptor sp. F32]", 《NCBI REFERENCE SEQUENCE》 *
XIAOYI LI等: "The spatial proximity effect of beta-glucosidase and cellulosomes on cellulose degradation", 《ENZYME AND MICROBIAL TECHNOLOGY》 *
ZHANG,J等: "Efficient whole-cell-catalyzing cellulose saccharification using engineered Clostridium thermocellum", 《BIOTECHNOLOGY FOR BIOFUELS》 *
杨明明等: "纤维素酶及纤维素酶多酶复合体的研究进展", 《家畜生态学报》 *
陈必强等: "多酶催化剂的制备及其应用", 《北京化工大学学报( 自然科学版)》 *
马诗淳等: "厌氧分解纤维素细菌P4-3的产酶特性及其纤维小体组分的定位", 《中国沼气》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111100835A (zh) * 2020-01-07 2020-05-05 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 Pet降解生物催化剂及其应用
CN111850005A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种适用于低钙离子浓度的纤维小体对接蛋白组合突变体36863及应用
CN111848758A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种适用于低钙离子浓度的纤维小体对接蛋白突变体及应用
CN111850004A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36740及应用
CN111848759A (zh) * 2020-07-27 2020-10-30 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36741及应用
CN111848759B (zh) * 2020-07-27 2022-03-29 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36741及应用
CN111850004B (zh) * 2020-07-27 2022-04-22 齐鲁工业大学 一种活性提高的纤维小体对接蛋白突变体36740及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN108976302B (zh) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108976302A (zh) 用于催化木质纤维素糖化的纤维小体酶制剂
Bala et al. Cellulolytic and xylanolytic enzymes of thermophiles for the production of renewable biofuels
CN108977421A (zh) 用于催化木质纤维素糖化的全菌酶制剂
CN102686736B (zh) 提高同步糖化发酵反应效率的方法
JP2010536391A (ja) 補助酵素を使用するリグノセルロース系原料の酵素的加水分解
CN108866025A (zh) 一种纤维素酶制剂及其应用
AU2008291598A1 (en) Method for cellulase production
CN104011214B (zh) C.bescii耐热酶
US20190153482A1 (en) Lactic acid bacteria for the production of ethanol from biomass material
Li et al. The spatial proximity effect of beta-glucosidase and cellulosomes on cellulose degradation
Grieco et al. Evaluation of the enzymatic arsenal secreted by Myceliophthora thermophila during growth on sugarcane bagasse with a focus on LPMOs
US9109235B2 (en) Methods and compositions for degrading pectin
CN108977401B (zh) 采用木质纤维素培养微藻的方法
CN108977470A (zh) 采用木质纤维素生产富含多不饱和脂肪酸油脂的方法
CN109957571A (zh) 一种多糖裂解单加氧酶编码基因及酶和制备与应用
US20130177959A1 (en) Novel cbh1-eg1 fusion proteins and use thereof
CN108893501B (zh) 采用木质纤维素制备dha的方法
CN108866112B (zh) 采用木质纤维素制备角鲨烯的方法
CN108977493B (zh) 采用木质纤维素制备虾青素的方法
CN109055439B (zh) 采用木质纤维素制备乙醇的方法
CN109022506A (zh) 采用木质纤维素制备葡萄糖酸钠的方法
CN102888417B (zh) 编码糖基水解酶家族5的内切葡聚糖酶基因Cel5A及其应用
JP2017175958A (ja) 耐熱性セロビオハイドロラーゼ
RU2646136C2 (ru) Рекомбинантный штамм мицелиального гриба penicillium verruculosum ( варианты) и способ получения ферментного препарата с его использованием (варианты)
CN108841810A (zh) 一种多功能纤维素酶基因及其应用

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