CN112226422B - 一种活性提高的EstWY酶突变体 - Google Patents

一种活性提高的EstWY酶突变体 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种活性提高的EstWY酶突变体,属于酶工程技术领域。本发明利用无系统发育偏见的共识方法对EstWY酶序列进行分析得到筛选得到活性显著提升的单点突变体并对其进行定点突变,获得对活性提高的突变Y179E/V190D、T196R/L202H、V190D/A193H/T196R酶与野生型相比,这些突变酶的活力提升3倍。本发明所提供的EstWY酶突变体的活性更好,在较高的温度下催化肌酸生成脂酸和醇类时表现出优良的催化活性,同时构建的EstWY酶基因工程菌可以高效表达EstWY酶突变体,且培养条件简单,培养周期短,表达产物纯化方便等优点。

Description

一种活性提高的EstWY酶突变体
技术领域
本发明属于酶工程技术领域,具体涉及一种活性提高的EstWY酶突变体。
背景技术
酯酶(Esterase)是催化酯类化合物水解的酶系,其作用是水解脂肪族酯和芳香族酯。在水分子的参与下,经过水解作用,将酯类水解为酸类及醇类。反应式如下:R-COOR/(酯)+H2O(水)====RCOOH(脂酸)+R/OH(醇)。它广泛存在于动物、植物和微生物中。其中,动物胰脏酯酶和微生物酯酶是酯酶的主要来源。由于微生物资源丰富,同时利用微生物发酵产酶具有便于工业化生产等优点,使得酯酶广泛应用于农业、食品酿造、医药化学、污水处理和生物修复等领域,又由于酯酶的酶促反应具有较高的底物专一性、区域选择性/对映选择性,它是合成手性化合物的高效生物催化剂。然而,由于天然酶本身活力较低,在环境苛刻的工业应用过程中发挥应用,因此天然酶在应用中往往遇到活性较低等问题。为此必须选择活性较高的酶来满足工业生产的要求。通过蛋白质工程手段,提升Escherichia coli 酯酶(EstWY酶)的活性,是解决这一问题的关键。
发明内容
为了更好的将Escherichia coli 酯酶(简称:EstWY酶)应用于工业处理,提高其生理学活性,本发明采用定点突变,获得了活性显著提升的突变酶,解决了现有的EstWY酶活力较差的缺陷不能满足应用于试剂的需求,为拓宽EstWY酶的工业应用奠定了基础。
本发明第一个目的是提供一种Escherichia coli 酯酶(EstWY酶)的突变体,所述EstWY酶突变体为如下(a1)或(a2)所示:
(a1)将SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列经取代、缺失或添加一个或多个氨基酸且与SEQ ID NO.1的蛋白具有相同功能的衍生蛋白;
(a2)通过一个或多个氨基酸残基取代SEQ ID NO.1示的氨基酸序列的一个或多个位置且与SEQ ID NO.1示的蛋白表现出至少95%同源性的衍生蛋白。
进一步地,EstWY酶突变体如SEQ ID NO.1示的氨基酸序列的突变位点包括以下至少一个:第179位、第190位、第193位、第197位及第202位。
进一步, EstWY酶突变体包括在SEQ ID NO.1示的氨基酸序列上Y179E、V190D、A193H、T197R、L202H中任一单点突变位点的单点突变体。
进一步,EstWY酶突变体包括在SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列上V190D/A193H、A193H/T197R、Y179E/V190D、T197R/L202H、Y179E/V190D/L202H、V190D/A193H/T197R。
本发明的第二个目的是提供编码EstWY酶突变体的基因。
在本发明的一种实施方式中,所述基因含有SEQ ID NO.2所示的核苷酸序列。
本发明的第三个目的是提供含有所述基因的载体。
本发明的第四个目的是提供表达所述突变体的细胞。
在本发明的一种实施方式中,所述细胞包括真菌细胞或细菌细胞。
在本发明的一种实施方式中,所述细胞包括大肠杆菌、酵母或枯草芽孢杆菌。
本发明的第五个目的是提供一种提高EstWY酶活性的方法,包括以下步骤:
1、在NCBI数据库中搜索SEQ ID NO.1的氨基酸序列,删除重复出现的相同序列,选取与SEQ ID NO.1氨基酸序列一致性大于50%的氨基酸序列;
2、然后通过ClustalX2.1软件进行多序列比对,将剩余氨基酸质序列整理成fasta.文件导入到MEGA7.0软件,利用其Phylogenetic模块中NJ算法构建系统发育树;
3、根据系统发育树的分支距离引入权重,通过python脚本计算consensussequence,结合同源建模结构筛选出活性相关的突变位点为Y179E、V190D、A193H、T197R、L202H。
在本发明的一种实施方式中,突变体在EstWY酶的第179、190、193、197、202位氨基酸进行突变。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的EstWY酶突变体包括单点突变体和组合突变体,与野生型EstWY酶相比,其单点突变体和组合突变体在42 ºC及45 ºC下活力均有提升,最佳突变体活力大约是野生型EstWY酶的3倍。本发明所提供的EstWY酶突变体的活性更好,通过本发明所提供的构建方法得到的EstWY酶突变体在较高的温度下催化肌酸生成脂酸和醇类时表现出优良的催化活性。
2.本发明构建的EstWY酶基因工程菌可以高效表达EstWY酶突变体,且培养条件简单,培养周期短,表达产物纯化方便等优点。
附图说明
图1,EstWY酶蛋白晶体结构示意图及突变位点示意图。
具体实施方式
突变体命名方式:
采用 “原始氨基酸 位置 替换的氨基酸”来表示突变体。如L8P,表示位置8的氨基酸由亲本EstWY酶的Leu替换成Pro,位置的编号对应于亲本EstWY酶的氨基酸序列。
实施例1:单点EstWY酶突变体的构建
野生型EstWY酶质粒pET-28a由实验室保藏,通过全质粒PCR方法构建单点EstWY酶突变体,EstWY酶ENND-TOP蛋白晶体结构示意图及突变位点示意图如图1所示。细节如下:以pET-28a为模板,各突变位点的上下游引物列于表1中,分别以“突变位点取代氨基酸”的格式命名。使用高保真DNA聚合酶PrimeSTAR HS DNA Polymerase试剂盒,进行一轮进行PCR扩增以期获得含有突变体的基因重组质粒。反应体系如表2所示,PCR条件:预变性:95 ℃ 3min;变性:98 ℃ 10 s;退火:58 ℃ 10 s;延伸:72 ℃ 5 min;循环35次;充分延伸:72 ℃8 min。
表1 引物表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
使用高保真DNA聚合酶PrimeSTAR HS DNA Polymerase试剂盒,进行一轮进行PCR扩增以期获得含有突变体的基因重组质粒。反应体系如表2所示,PCR条件:预变性:95 ℃ 3min;变性:98 ℃ 10 s;退火:58 ℃ 10 s;延伸:72 ℃ 5 min;循环35次;充分延伸:72 ℃8 min。
表2 第一轮PCR扩增的反应体系
试剂名称 体积 (μL)
上游引物 0.2
下游引物 0.2
模板 0.5
双蒸水 16.85
dNTP 2
5×PrimeSTAR buffer 5
PrimeSTAR HS DNA polymerase 0.25
实施例2:多点EstWY酶突变体的构建
为了进一步分析每个位点上不同氨基酸种类对酶催化特性的影响,参考定点突变的方法,仍然采用全质粒PCR技术以获得饱和突变文库基因,细节如下:使用高保真DNA聚合酶PrimeSTAR HS DNA Polymerase试剂盒,进行多轮进行PCR扩增以期获得含有突变体的基因重组质粒。反应体系、PCR条件和转化条件与定点突变条件相同。
实施例3:突变工程菌构建
参照超级感受态试剂盒说明书,构建工程菌,具体操作如下。首先,确认E. coliBL21(DE3) 不能在Kan抗性下生长;第二步,将所述E. coli BL21(DE3) 划线分离活化;第三,取单菌落加入不含抗性的LB培养基中培养至OD600在0.6到0.8之间,用试剂盒自带溶液制备感受态细胞;第四步,转化并涂于含Kan抗性的LB固体培养基平板上,培养16 h;最后,挑取3个单菌落,采用菌液PCR扩增其目的基因,琼脂糖凝胶电泳鉴定有目的条带后,选送苏州金唯智测序,确认工程菌。
实施例4:EstWY酶突变体突变体蛋白的表达和纯化
将甘油管中的工程菌按体积比1%接种到含100 mg/mL卡那霉素(Kan+)的5 mL LB液体培养基试管中,在37 ºC、250 rpm下培养10 h;然后将该5 mL 菌液转接至含100mg/mL卡那霉素(Kan+)的 LB液体培养基的1 L摇瓶中,在37℃、250rpm下培养约2h,使OD600达到0.8左右;再加入0.1 mM IPTG诱导剂,在25 ºC、220 rpm下诱导培养10-15 h,本实施例中诱导培养12 h。将诱导表达后收获的大肠杆菌菌体悬液离心,再经过一步Ni-NTA亲和层析处理,得到纯度>96%的EstWY酶蛋白。
实施例5:EstWY酶突变体的酶活测定
将优化的野生型EstWY酶以及实施例3提供的多种EstWY酶突变体进行活性测试,EstWY酶活力测定方法具体为:
以不同链长的对硝基苯基酯为反应底物,通过紫外分光光度计测反应后底物浓度随时间的变化所发生的改变,溶液在405 nm处的吸光值变化来计算酶活。因此,我们通过UV-2550 紫外可见光分光光度计(岛津)监测单个酶促反应体系在405 nm波长处紫外吸收变化量,来评估EstWY酶的活性变化,在此单位活性被定义为每分钟水解底物1μmol生成对硝基苯酚(胺)所需要的酶量。
酶反应体系为:体系:1mL; 960ul PBS,20ul 对硝基苯辛酸酯底物,20ul 酶液)缓冲条件:pH=7.4 。
本发明提供的EstWY酶突变体包括单点突变体和组合突变体(见表3),通过测定野生型EstWY酶、EstWY酶突变体在42 ºC时活性发现,与优化的野生型EstWY酶相比,EstWY酶突变体在42 ºC的活性得到了明显的提高。
表3.野生型EstWY酶及其突变体活性
突变体 比活力(U/mg)
WT 9
Y179E/V190D 16
T197R/L202H 22
V190D/A193H/T197R 28
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
序列表
<110> 上海绅道生物科技有限公司
<120> 一种活性提高的EstWY酶突变体
<130> 2020
<160> 12
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 393
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
His Met Thr Asp Pro Thr Phe Asp Ala Leu His Ser Ala Met Arg Ala
1 5 10 15
Gln Val Asp Gln Gln Phe Leu Pro Gly Val Thr Thr Ala Leu Leu Arg
20 25 30
Gly Arg Lys Val Val Asp Arg Phe Cys Tyr Gly His Ala Asp Arg Glu
35 40 45
Ala Gly Ile Ala Leu Arg Glu Asp His Leu Phe Arg Met Phe Ser Ser
50 55 60
Thr Lys Leu Ile Thr Ser Cys Ala Val Met Leu Leu Val Glu Glu Gly
65 70 75 80
Arg Val Arg Leu Ser Asp Pro Val Asp Ala Tyr Ile Pro Glu Leu Ala
85 90 95
Asn Arg Gln Val Leu Arg Ala Asp Ala Lys Thr Leu Ala Asp Thr Glu
100 105 110
Pro Ala Arg Ser Pro Ile Thr Leu Gln His Leu Met Thr His Thr Ser
115 120 125
Gly Leu Ser Tyr Gly Val Phe Asp Pro Gly Ser Leu Leu Tyr Arg Ala
130 135 140
Tyr Asn Glu Ala Gly Val Leu Asn Pro Leu Gln Asp Leu Ala Gly Met
145 150 155 160
Thr Arg Val Leu Ala Thr Leu Pro Leu Ala Phe His Pro Gly Thr Gln
165 170 175
Trp Glu Tyr Ser Val Ala Thr Asp Val Leu Gly Arg Val Val Glu Val
180 185 190
Ala Ser Gly Glu Thr Phe Gly Asn Phe Leu Ala Arg Arg Ile Phe Gly
195 200 205
Pro Leu Glu Met Val Asp Thr Asp Phe Trp Val Pro Pro Ala Lys Gln
210 215 220
Asp Arg Leu Cys Ala Leu Tyr Val Gly Val Asp Leu Leu Asp Pro Thr
225 230 235 240
Lys Pro Gly Leu Leu Arg Ala Asp Asn Lys Pro Phe Pro Gly Ala Tyr
245 250 255
Arg Ser Lys Phe Ala Arg Glu Ser Gly Gly Gly Gly Leu Val Ser Thr
260 265 270
Leu Asp Asp Ser Ile Arg Leu Ile Gln Ser Leu Ile Pro Gly Gly Pro
275 280 285
Thr Leu Leu Lys Pro Ala Thr Leu Glu His Met Phe Ala Asn His Leu
290 295 300
Pro Ala Gly Met His Val Arg Phe Pro Asn Val Pro Ala Gln Pro Gly
305 310 315 320
Trp Arg Phe Gly Leu Gly Ser Ser Val Arg Glu Ser Ala Gly Leu Gly
325 330 335
Glu Pro Ser Glu Val Val Gly Glu Ala Ser Trp Gly Gly Leu Ala Gly
340 345 350
Thr Leu Trp Trp Ile Asn Pro Arg Leu Gly Ile Ala Ala Val Leu Leu
355 360 365
Thr Gln Arg Tyr Phe Gly Phe Gly Asn Pro Tyr Ala Val His Phe Lys
370 375 380
Asn His Ala Tyr Lys Ala Leu Gly His
385 390
<210> 2
<211> 1182
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
catatgaccg atccgacctt tgatgcactg catagcgcaa tgcgtgcaca ggttgatcag 60
cagtttctgc ctggtgttac caccgcactg ctgcgtggtc gtaaagttgt tgatcgtttt 120
tgttatggtc atgcagatcg tgaagcaggt attgcactgc gtgaagatca cctgtttcgt 180
atgtttagca gcaccaaact gattaccagc tgtgcagtta tgctgctggt tgaagaaggt 240
cgcgttcgtc tgagcgatcc ggttgatgca tatattccgg aactggcaaa tcgtcaggtt 300
ctgcgtgcag atgcaaaaac cctggcagat accgaaccgg cacgtagccc gattacactg 360
cagcatctga tgacccatac cagcggtctg agctatggtg tttttgatcc gggtagcctg 420
ctgtatcgtg catataatga agccggtgtt ctgaatccgc tgcaggatct ggcaggtatg 480
acccgtgttc tggcaaccct gccgctggca tttcatccgg gtacacagtg ggaatatagc 540
gttgcaaccg atgttctggg tcgtgttgtt gaagttgcaa gcggtgaaac ctttggtaat 600
tttctggcac gtcgtatttt tggtccgctg gaaatggttg ataccgattt ttgggttccg 660
cctgcaaaac aggatcgtct gtgtgcactg tatgttggtg ttgatctgct ggatccgacc 720
aaaccgggtc tgttacgtgc agataataaa ccgtttccgg gtgcatatcg tagtaaattt 780
gcacgtgaaa gcggtggtgg tggtctggtt agcaccctgg atgatagcat tcgtctgatt 840
cagagcctga ttcctggtgg tccgacactg ctgaaaccgg caacactgga acacatgttt 900
gcaaatcatc tgcctgcagg tatgcatgtt cgttttccga atgttccggc acagcctggt 960
tggcgttttg gtctgggtag ctcagttcgt gaaagtgcag gtctgggtga accgagcgaa 1020
gttgttggtg aagcaagctg gggtggcctg gcaggcaccc tgtggtggat caatccgcgt 1080
ctgggtattg cagcagttct gctgacccag cgttattttg gttttggtaa tccgtatgcc 1140
gtgcacttta aaaaccatgc atataaagca ctgggccatt aa 1182
<210> 3
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
agtgggaaga aagcgttgca accgatgtt 29
<210> 4
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
gcaacgcttt cttcccactg tgtacccgg 29
<210> 5
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 5
gtcgtgttga tgaagttgca agcggtgaa 29
<210> 6
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 6
gcaacttcat caacacgacc cagaacatc 29
<210> 7
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 7
ttgaagttct aagcggtgaa acctttggt 29
<210> 8
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 8
tcaccgctat gaacttcaac aacacgacc 29
<210> 9
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 9
caagcggtcg tacctttggt aattttctg 29
<210> 10
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 10
ccaaaggtac gaccgcttgc aacttcaac 29
<210> 11
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 11
ttgaagttga cagcggtgaa acctttggt 29
<210> 12
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 12
tcaccgctct gaacttcaac aacacgacc 29

Claims (5)

1.一种EstWY酶突变体,其特征在于,所述EstWY酶突变体为SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列的V190D/A193H/T197R组合突变体。
2.一种编码如权利要求1所述的EstWY酶突变体的基因。
3.一种包含如权利要求2所述的基因的重组质粒。
4.一种表达如权利要求1所述的EstWY酶突变体的细胞。
5.如权利要求4所述表达EstWY酶突变体的细胞,其特征在于,所述细胞包括大肠杆菌、酵母或枯草芽孢杆菌。
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