CN112574933B - 一株产还原性脱卤素酶的菌株及其应用 - Google Patents

一株产还原性脱卤素酶的菌株及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一株产还原性脱卤素酶的菌株及其应用,属于生物技术领域,所述菌株为假单胞菌YtRDases‑55,分类命名为假单胞菌Pseudomonas sp.,保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏地址为中国北京,保藏编号为:CGMCC No.21296,保藏日期2020年12月4日。本发明所提供的假单胞菌YtRDases‑55遗传稳定性好,培养基成分简单原料成本低,产生的还原性脱卤素酶活力高,底物特异性强,对底物转化率高,可直接利用该菌株全细胞催化2,3,6‑三氯吡啶脱氯合成2,3‑二氯吡啶,具有工业应用前景。

Description

一株产还原性脱卤素酶的菌株及其应用
技术领域
本发明属于生物技术领域,特别涉及一株生产还原性脱卤素酶的菌株,以及利用该菌株生产的还原性脱卤素酶催化制备2,3-二氯吡啶的方法。
背景技术
2,3-二氯吡啶(2,3-dichloropyridine),白色粉状固体,微溶于水,是新型杀虫剂氯虫苯甲酰胺与氰虫酰胺的关键中间体,广泛应用于医药与农药研究领域。随着氯虫苯甲酰胺与氰虫酰胺市场的日益扩大,作为上述两个农药产品的关键中间体,2,3-二氯吡啶的需求必将显著增加,市场前景广阔。现阶段获得2,3-二氯吡啶的途径主要以化学合成法为主。化学合成面临反应时间长,高能耗、有毒副产品及环境污染的难题。如2,3,6-三氯吡啶氢气还原法,对设备和操作条件要求高,安全操作难度大,一般企业不宜采用。2-氯吡啶合成法,得到2,3-二氯吡啶和2,5-二氯吡啶的混合物,后处理困难,总收率不高。微生物转化法将是生产2,3-二氯吡啶最具前景的替代生产方法。
还原性脱卤素酶是一种依赖于VB12和铁硫团簇的酶,通过还原作用选择性剪切碳-卤键,可以用于催化2,3,6-三氯吡啶非氧化脱氯生产2,3-二氯吡啶。还原性脱卤素酶在Sulfurospirillum multivorans、Nitratireductor pacificus等微生物中发现,在环境中有机卤化污染物降解方面具有应用价值。尚未有关于应用还原性脱卤素酶催化合成2,3-二氯吡啶的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供从土壤中分离得到的一株高效生产还原性脱卤素酶的菌株,并应用该菌株产生的还原性脱卤素酶酶法制备2,3-二氯吡啶的方法。
本发明所提供的产还原性脱卤素酶的菌株是从潍坊地区土壤中分离得到,这是一株还原性脱卤素酶分泌能力较高的菌株,培养方法简单,生长速度快,不易变异,可以直接用于酶法制备2,3-二氯吡啶。将其编号为YtRDases-55,分类命名为假单胞菌Pseudomonassp.,保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,地址为:中国北京,保藏编号为:CGMCC No.21296,保藏日期2020年12月4日。
本发明还提供利用所述菌株产生的还原性脱卤素酶催化制备2,3-二氯吡啶的方法如下:
1)菌株活化:挑取菌种划线接种至斜面培养基,于恒温培养箱30℃培养16~24h;
2)液体发酵:挑取一环斜面活化菌株接种于装有发酵培养基的培养容器中,转速200r/min、温度30℃,得到还原性脱卤素酶的发酵液,培养72h,8000r/min离心20min收集菌体细胞;
3)全细胞催化2,3,6-三氯吡啶制备对2,3-二氯吡啶:将2,3,6-三氯吡啶加入体积比10%的甲醇水溶液中,2,3,6-三氯吡啶与甲醇水溶液的质量体积比为:2:1000-10:1000(g/ml),调pH至7.0,搅拌均匀,加入和甲醇水溶液等体积发酵液离心后收集的菌体进行反应,温度37~60℃,维持转速在50 r/min,反应3~10h。
进一步,所述的斜面培养基的成分及终浓度:葡萄糖 1g/L、酵母浸粉5 g/L,蛋白胨10 g/L、NaCl 5 g/L和琼脂 20 g/L,调节含有上述成分溶液的pH为 7.0,121℃高压蒸汽灭菌20min即得到所述斜面培养基。
进一步,所述的液体发酵培养基的成分及终浓度:葡萄糖5-20 g/L、2,3,6-二氯吡啶 0.5 g/L、(NH4)2SO4 1-5g/L、KH2PO4 0.5-2g/L、MgSO4 0.2-0.5g/L、维生素B1 1mg/L、生物素 50μg/L、 烟酰胺 1mg/L、泛酸钙 1mg/L、FeSO4 1.6 mg/L、CuSO4 94μg/L、ZnSO40.23mg/L、钼酸钠 0.17mg/L、硼酸 50μg/L和MnSO4 0.38 mg/L,调节含有上述成分溶液的pH 为7.0-7.2,121℃高压蒸汽灭菌20min即得到所述液体发酵培养基;
本发明与现有技术相比的有益效果:
本发明所提供的假单胞菌YtRDases-55遗传稳定性好,培养基成分简单原料成本低,产生的还原性脱卤素酶活力高,对10g/L底物摩尔转化率高达82.6%,对2,3,6-三氯吡啶底物特异性强,对2,3-二氯吡啶无活性,对2,6-二氯吡啶及2,5-二氯吡啶活性微弱。可直接利用该菌株全细胞催化2,3,6-三氯吡啶脱氯合成2,3-二氯吡啶,工业应用具有优势。反应工艺简洁,条件温和,绿色安全,避免了传统化学法面临反应时间长,高能耗、环境污染的难题,且副产物少,有利于提取分离操作。
附图说明
图1基于16S rRNA序列的系统发育树。
具体实施方式
为阐明对本项发明特征的理解,下面结合一些非限定性的实施实例对本发明做进一步阐述。
实施例1:假单胞菌菌株分类
1)菌种特性
在保藏培养基上菌落呈乳白色不透明,近圆形、表面光滑湿润、边缘规整;通过显微镜观察,菌体呈杆状,革兰氏阴性;生理生化指标如表1所示。
表1 菌株YtRDases-55生理生化特征
项目 YtRDases-55 项目 YtRDases-55
氧化酶 + VP 试验 +
H2S产生 - MR试验 -
硝酸盐还原 + 吲哚产生 -
脲酶 - 淀粉利用 -
明胶液化 + 过氧化氢酶 +
2)菌株鉴定
经DNA提取、PCR扩增和测序获得的16S rRNA 基因序列长度为1439 bp,在GenBank上进行BLAST比对并绘制系统进化树(图1),得出该菌株与Pseudomonas sp. strainLAM1902(MN007089)碱基相似性达99.51%,结合生理生化指标,将YtRDases-55菌株鉴定为假单胞菌属(Pseudomonassp.)。16S rRNA序列信息如下:
Gcggggcggcagctacacatgcagtcgagcggatgagtggagcttgctccatgattcagcggcggacgggtgagtaatgcctaggaatctgcctggtagtgggggacaacgtttcgaaaggaacgctaataccgcatacgtcctacgggagaaagcaggggaccttcgggccttgcgctatcagatgagcctaggtcggattagctagttggtggggtaaaggcctaccaaggcgacgatccgtaactggtctgagaggatgatcagtcacactggaactgagacacggtccagactcctacgggaggcagcagtggggaatattggacaatgggcgaaagcctgatccagccatgccgcgtgtgtgaagaaggtcttcggattgtaaagcactttaagttgggaggaagggcagtaagttaataccttgctgttttgacgttaccaacagaataagcaccggctaacttcgtgccagcagccgcggtaatacgaagggtgcaagcgttaatcggaattactgggcgtaaagcgcgcgtaggtggtttggtaagatggatgtgaaatccccgggctcaacctgggaactgcatccataactgcctgactagagtacggtagagggtggtggaatttcctgtgtagcggtgaaatgcgtagatataggaaggaacaccagtggcgaaggcgaccacgtggactgatactgacactgaggtgcgaaagcgtggggagcaaacaggattagataccctggtagtccacgccgtaaacgatgtcgactagccgttgggatccttgagatcttagtggcgcagctaacgcgataagtcgaccgcctggggagtacggccgcaaggttaaaactcaaatgaattgacgggggcccgcacaagcggtggagcatgtggtttaattcgaagcaacgcgaagaaccttacctggccttgacatgtccggaaccttgcagagatgcgagggtgccttcgggaatcggaacacaggtgctgcatggctgtcgtcagctcgtgtcgtgagatgttgggttaagtcccgtaacgagcgcaacccttgtccttagttaccagcacgttatggtgggcactctaaggagactgccggtgacaaaccggaggaaggtggggatgacgtcaagtcatcatggcccttacggccagggctacacacgtgctacaatggtcggtacagagggttgccaagccgcgaggtggagctaatcccataaaaccgatcgtagtccggatcgcagtctgcaactcgactgcgtgaagtcggaatcgctagtaatcgtgaatcagaatgtcacggtgaatacgttcccgggccttgtacacaccgcccgtcacaccatgggagtgggttgctccagaagtagctagtctaaccgcaaggggacggtaccacggagtatcttttcg。
3)假单胞菌YtRDases-55还原性脱卤素酶底物特异性
考察了假单胞菌YtRDases-55还原性脱卤素酶的底物特异性。由表2中可见,还原性脱卤素酶能够较好地催化2,3,6-三氯吡啶为底物的脱氯反应,对2,3-二氯吡啶无活性,对2,6-二氯吡啶及2,5-二氯吡啶活性微弱。
表2底物特异性
底物 相对酶活(%)
2,3,6-三氯吡啶 100%
2,3-二氯吡啶 0
2,6-二氯吡啶 2.1
2,5-二氯吡啶 0.4
4)遗传稳定性
采用划线法将假单胞菌YtRDases-55在固体培养基上连续传代50次,测定菌体形态、生长速度及转化2,3,6-三氯吡啶的速度和转化率,与原代菌株无明显差异,遗传稳定性良好。
实施例2
1、菌株活化:挑取菌种划线接种至斜面培养基:葡萄糖 1g/L,酵母浸粉5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 5 g/L,琼脂20 g/L,pH7.0,于恒温培养箱30℃培养16h;
2、液体发酵:挑取一环斜面活化菌株接种于装有50mL的发酵培养基的500mL三角瓶,转速200r/min、温度30℃,得到还原性脱卤素酶的发酵液,培养72h,8000r/min离心20min收集菌体细胞,所述发酵培养基的成分及终浓度为:葡萄糖5 g/L,2,3,6-二氯吡啶0.5 g/L,(NH4)2SO4 5g/L,KH2PO4 1g/L,MgSO4 0.2g/L,维生素B1 1mg/L,生物素50μg/L,烟酰胺1mg/L,泛酸钙1mg/L,FeSO4 1.6 mg/L,CuSO4 94μg/L,ZnSO4 0.23mg/L,钼酸钠0.17mg/L,硼酸50μg/L,MnSO4 0.38 mg/L,pH 7.0-7.2。
3、全细胞催化2,3,6-三氯吡啶制备对2,3-二氯吡啶:将2g的2,3,6-三氯吡啶加入约500mL 10%甲醇水溶液中,调pH至7.0,搅拌均匀,加入离心1000mL发酵液收集的菌体,并加10%甲醇水溶液定容1000mL,温度50℃,维持转速在50 r/min,反应3h。气相色谱测定2,3-二氯吡啶含量为1500mg/L,对2,3,6-三氯吡啶摩尔转化率为92.4%。
实施例3
1、菌株活化:挑取菌种划线接种至斜面培养基:葡萄糖1g/L,酵母浸粉5 g/L,蛋白胨10 g/L, NaCl 5 g/L,琼脂20 g/L,pH 7.0,于恒温培养箱30℃培养16h;
2、液体发酵:挑取一环斜面活化菌株接种于装有50mL的发酵培养基的500mL三角瓶,转速200r/min、温度30℃,得到还原性脱卤素酶的发酵液,培养72h,8000r/min离心20min收集菌体细胞,所述发酵培养基的成分及终浓度为:葡萄糖5 g/L,2,3,6-二氯吡啶0.5 g/L,(NH4)2SO4 5g/L,KH2PO4 1g/L,MgSO4 0.2g/L,维生素B1 1mg/L,生物素50μg/L, 烟酰胺1mg/L,泛酸钙1mg/L,FeSO4 1.6 mg/L,CuSO4 94μg/L,ZnSO4 0.23mg/L,钼酸钠0.17mg/L,硼酸 50μg/L,MnSO4 0.38 mg/L,pH 7.0-7.2。
3、全细胞催化2,3,6-三氯吡啶制备对2,3-二氯吡啶:将5g的2,3,6-三氯吡啶加入约500mL 10%甲醇水溶液中,调pH至7.0,搅拌均匀,加入离心1000mL发酵液收集的菌体,并加10%甲醇水溶液定容1000mL,温度45℃,维持转速在50 r/min,反应6h。气相色谱测定2,3-二氯吡啶含量为3550 mg/L,对2,3,6-三氯吡啶摩尔转化率为87.5%。
实施例4
1、菌株活化:挑取菌种划线接种至斜面培养基:葡萄糖 1g/L,酵母浸粉5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 5 g/L,琼脂20 g/L,pH 7.0,于恒温培养箱30℃培养16h;
2、液体发酵:挑取一环斜面活化菌株接种于装有50mL的发酵培养基的500mL三角瓶,转速200r/min、温度30℃,得到还原性脱卤素酶的发酵液,培养72h,8000r/min离心20min收集菌体细胞,所述发酵培养基的成分及终浓度为:葡萄糖5 g/L,2,3,6-二氯吡啶0.5 g/L,(NH4)2SO4 5g/L,KH2PO4 1g/L,MgSO4 0.2g/L,维生素B1 1mg/L,生物素50μg/L,烟酰胺1mg/L,泛酸钙1mg/L,FeSO4 1.6 mg/L,CuSO4 94μg/L,ZnSO4 0.23mg/L,钼酸钠0.17mg/L,硼酸50μg/L,MnSO4 0.38 mg/L,pH 7.0-7.2。
3、全细胞催化2,3,6-三氯吡啶制备对2,3-二氯吡啶:将10g的2,3,6-三氯吡啶加入约500mL 10%甲醇水溶液中,调pH至7.0,搅拌均匀,加入离心1000mL发酵液收集的菌体,并加10%甲醇水溶液定容1000mL,温度55℃,维持转速在50 r/min,反应10h。气相色谱测定2,3-二氯吡啶含量为6700mg/L,对2,3,6-三氯吡啶摩尔转化率为82.6%。
序列表
<110> 鲁东大学
<120> 一株产还原性脱卤素酶的菌株及其应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1439
<212> DNA
<213> 假单胞菌(Pseudomonas sp.)
<400> 1
gcggggcggc agctacacat gcagtcgagc ggatgagtgg agcttgctcc atgattcagc 60
ggcggacggg tgagtaatgc ctaggaatct gcctggtagt gggggacaac gtttcgaaag 120
gaacgctaat accgcatacg tcctacggga gaaagcaggg gaccttcggg ccttgcgcta 180
tcagatgagc ctaggtcgga ttagctagtt ggtggggtaa aggcctacca aggcgacgat 240
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taataccttg ctgttttgac gttaccaaca gaataagcac cggctaactt cgtgccagca 480
gccgcggtaa tacgaagggt gcaagcgtta atcggaatta ctgggcgtaa agcgcgcgta 540
ggtggtttgg taagatggat gtgaaatccc cgggctcaac ctgggaactg catccataac 600
tgcctgacta gagtacggta gagggtggtg gaatttcctg tgtagcggtg aaatgcgtag 660
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gtcagctcgt gtcgtgagat gttgggttaa gtcccgtaac gagcgcaacc cttgtcctta 1080
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tcggtacaga gggttgccaa gccgcgaggt ggagctaatc ccataaaacc gatcgtagtc 1260
cggatcgcag tctgcaactc gactgcgtga agtcggaatc gctagtaatc gtgaatcaga 1320
atgtcacggt gaatacgttc ccgggccttg tacacaccgc ccgtcacacc atgggagtgg 1380
gttgctccag aagtagctag tctaaccgca aggggacggt accacggagt atcttttcg 1439

Claims (4)

1.一株产还原性脱卤素酶的菌株YtRDases-55,其特征在于所述菌株分类命名为假单胞菌Pseudomonas sp.,保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为:CGMCC No.21296,保藏日期2020年12月4日。
2.利用权利要求1所述菌株催化制备2,3-二氯吡啶的方法,其特征在于所述方法具体如下:
1)菌株活化:挑取菌种划线接种至斜面培养基,于恒温培养箱30℃培养16~24h;
2)液体发酵:挑取一环斜面活化菌株接种于装有发酵培养基的培养容器中,转速200r/min、温度30℃,培养72h,8000r/min离心发酵液20min收集菌体细胞;
3)全细胞催化2,3,6-三氯吡啶制备2,3-二氯吡啶:将2,3,6-三氯吡啶加入体积比10%的甲醇水溶液中,2,3,6-三氯吡啶与甲醇水溶液的质量体积比为2g:1000ml-10g:1000ml,调pH至7.0,搅拌均匀,加入和甲醇水溶液等体积发酵液离心后收集的菌体进行反应,温度37~60℃,维持转速在50 r/min,反应3~10h。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述的斜面培养基的成分及终浓度:葡萄糖1g/L、酵母浸粉5 g/L,蛋白胨10 g/L、NaCl 5 g/L和琼脂 20 g/L,调节含有上述成分溶液的pH为7.0,121℃高压蒸汽灭菌20min即得到所述的斜面培养基。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述的发酵培养基的成分及终浓度:葡萄糖5-20 g/L、2,3,6-三氯吡啶0.5 g/L、(NH4)2SO4 1-5g/L、KH2PO4 0.5-2g/L、MgSO4 0.2-0.5g/L、维生素B1 1mg/L、生物素50μg/L、烟酰胺1mg/L、泛酸钙 1mg/L、FeSO4 1.6 mg/L、CuSO4 94μg/L、ZnSO4 0.23mg/L、钼酸钠0.17mg/L、硼酸50μg/L和MnSO4 0.38 mg/L,调节含有上述成分溶液的pH为7.0-7.2,121℃高压蒸汽灭菌20min即得到所述的发酵培养基。
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CN102153507A (zh) * 2011-03-13 2011-08-17 联化科技股份有限公司 一种2,3-二氯吡啶的制备方法

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