CN114277013A - 一种nad激酶突变体及其应用 - Google Patents

一种nad激酶突变体及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NAD激酶突变体,该NAD激酶突变体能够将NAD转化为NADP。相对于野生型NAD激酶,该NAD激酶突变体提高了催化效能,转化率有大幅度提高,降低了底物残留,方便了后处理的纯化工艺,降低了生产成本,更适于工业化生产应用。

Description

一种NAD激酶突变体及其应用
技术领域:
本发明属于蛋白质工程技术领域,具体涉及一种能够将NAD转化为NADP的NAD激酶突变体。
背景技术:
氧化型β-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(简称:辅酶Ⅱ,英文名:Nicotinamideadenine dinucleotide phosphate,NADP),是一种极为重要的核苷酸类辅酶。氧化型辅酶II在氧化还原反应中传递质子、电子及能量,并且参与到很多细胞代谢反应中。辅酶II在生命科学、酶催化不对称合成、医疗保健领域具有广泛的应用。
辅酶II在生物中广泛存在,但含量极低。目前合成NADP的方法主要分为化学法和生物法。其中,化学法以烟酰胺为原料,经多步反应合成出NADP,但化学法存在反应路线长、反应条件苛刻、选择性差、容易生成副产物、收率低等问题,而且生产成本较高,需要使用有机溶剂,会造成环境污染问题。
生物法又分为传统的发酵法和酶法,其中发酵法是采用发酵或其它微生物培养技术,通过对酵母或其它微生物的分离、提取,得到NADP,比如罗氏公司就是使用发酵法制备NADP。但是该路线的原料耗费、能源消耗都非常大,原子利用率低、产量有限,生产成本高,限制了NADP的广泛应用。而酶催化合成NADP是一种更为高效的反应,具有反应条件温和、立体选择性强、相比于发酵法转化率高等优点。
目前,天然微生物来源的NAD激酶存在着转化率不彻底的问题,而且由于NAD和NADP结构类似,反应结束后存在显著的底物残留,需要后处理才能够去除未完全转化的NAD,因此使得后处理工艺变复杂,工业化生产成本居高不下。
因此,获得具有更高转化率的NAD激酶是降低NADP的生物催化合成成本、提高NAD激酶的工业应用价值、促进生物催化技术在NADP产业化生产中应用的关键因素。
发明内容:
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种新的NAD激酶突变体。
一方面,本发明提供的NAD激酶突变体的氨基酸序列是以SEQ ID NO.2所示的NAD激酶为参考序列发生突变的氨基酸序列,突变位点为第127位的甲硫氨酸突变为丝氨酸,第182位的苯丙氨酸突变为丙氨酸,第211位的谷氨酰胺突变为组氨酸。
进一步,所述NAD激酶突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。
进一步,所述NAD激酶突变体的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。
进一步,所述NAD激酶突变体的野生型基因序列来源于闪烁古生球菌(Archaeoglobus fulgidus),野生型模板NCBI的登录号为WP_048096396.1。
更进一步,NAD激酶突变体表达于基因工程菌,优选大肠杆菌或酵母菌。
另一方面,本发明提供的NAD激酶突变体可以将NAD在ATP存在下转化为NADP。
进一步,所述NAD激酶突变体为NAD激酶酶粉或含有该NAD激酶的全细胞或细胞破碎液。
进一步,所述NAD激酶酶粉浓度为1~10g/L。
进一步,所述NAD激酶细胞浓度为5~50g/L。
进一步,所述NAD浓度为2~20g/L。
进一步,该反应在缓冲溶液中进行,其中缓冲溶液为磷酸盐缓冲液或三乙醇胺缓冲液,优选磷酸盐缓冲液,缓冲液的浓度为50~100mmol/L。
进一步,该反应在pH=5~8、温度为20~45℃下进行。
本发明的有益效果在于,本发明公开的NAD激酶突变体能够将NAD转化为NADP,转化率能够从80%提高至99%,提高了催化效能,降低了底物残留,方便了后处理的纯化工艺,降低了生产成本,具有重大的工业化应用价值。
附图说明
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术内容作进一步的阐述,其目的是为了更好的理解本发明的内容,但本发明的保护范围不限于此。
实施例1构建NAD激酶的定点饱和突变体库
对SEQ ID No.2(对应的核苷酸序列为SEQ ID No.1)的NAD激酶通过计算机模拟结构,与底物进行对接,推测活性中心附近的127位点、182位点、211位点在与催化作用密切相关,对这些位点构建饱和突变体库,具体序列信息见表1。
表1饱和突变的引物序列
Figure BDA0002703928100000041
表1中带下划线的序列为突变位点,利用全质粒PCR扩增反应,扩增出带有突变基因的载体。接着利用DpnI限制性内切酶对PCR产物进行重组质粒模板消化,再经过纯化之后,转化入大肠杆菌BL21(DE3)感受态,之后将其涂布于含有50ug/L Kan的LB平板上,在37℃的培养箱中倒置培养18小时长出单克隆。
实施例2阳性克隆的高通量筛选
对每个突变体随机挑选188个单克隆进行96孔板振荡培养,每个96孔板接种两个未突变的菌种为对照组,共计6块96孔板。具体操作为:在无菌的96孔板中加入400uL的LB培养基,37℃培养16小时,按照10%的接种量,转接于含有2YT培养基的第二个96孔板中培养,培养基中加入抗生素和终浓度为0.1mM的IPTG,于25℃诱导表达24小时。培养结束后离心弃上清,冻存于-20℃冰箱中待用。
按照表2配制转化体系,用排枪吸取600uL转入上述离心后的96孔板中,在42℃的恒温振荡器中,300rpm的转速下反应18小时。然后对所有转化反应液进行HPLC检测,选取转化率高于对照组的作为候选,再复测确认。
表2筛选饱和突变体库的反应液体系
原料 浓度
NAD 20g/L
ATP 20g/L
MgCl<sub>2</sub> 10mM
pH7.0磷酸钾Buffer 100mM
实施例3阳性候选突变体的测序
在每个饱和突变体文库中,选取转化率最高(大于WT)的突变体进行测序,根据序列比对发现突变体分别为F182A,M128S,Q211H。表3为测序获得的序列突变信息,将其命名为Mu01-Mu03。
表3测序后的密码子和氨基酸突变信息
Name Site Sample Codon Mutation
Mu01 M128 2C9 ATG->AGT M128S
Mu02 F182 1D10 TTC->GCG F182A
Mu03 Q211 1F4 CAG->CAT Q211H
实施例4组合突变体的构建
在Q211H突变体(Mu03)的基础上,对M128S、F182A设计定点突变引物,顺次构建三个位点的组合突变体,即Seq ID NO.4所示氨基酸序列,将其命名为Mu04。对Mu04和未突变的WT同时接种5mL含卡那霉素的LB试管培养基,37℃培养12小时,按1%接种量转接活化培养物至100mL含卡那霉素的2YT液体培养基中,37℃培养OD至0.6~0.8,加入IPTG(终浓度0.1mM)于25℃诱导培养16小时,离心收集菌体。
实施例5组合突变体的反应测试
按照表4的体系配制反应体系,反应体积为10mL。所有物料加完后,在42℃的恒温振荡器中,300rpm的转速下反应18小时,取样HPLC检测,结果显示,Mu04在18小时后几乎可转化完底物,转化率99.1%,而WT对照组转化率为80.7%。
表4比较突变体催化效果的反应液体系
原料 浓度
NAD 20g/L
ATP 20g/L
MgCl<sub>2</sub> 10mM
pH7.0磷酸钾Buffer 100mM
细胞 50g/L
实施例6 NAD激酶Mu04突变体细胞/酶粉的制备
将Mu04突变体接种至5mL含卡那霉素的LB试管培养基中活化培养(37℃培养12小时),按1%接种量转接活化培养物至400mL含卡那霉素的2YT液体培养基中,37℃培养OD至0.6~0.8,加入IPTG(终浓度0.1mM)于25℃诱导培养16小时。离心收集菌体得到Mu04突变体细胞。用40mL磷酸盐缓冲液(10mM,pH 7.5)重悬20g菌体后,于均质机中均质破碎,离心收集上清,-20℃预冻后真空冷冻干燥48小时后碾碎,即得NAD激酶Mu04突变体的酶粉。
实施例7 NADP的制备
向200ml圆底烧瓶中加入50mL事先配好的pH 7.0的200mM的磷酸盐缓冲液、1mL事先配好的1M MgCl2,2g NAD,2g ATP,用水补足100mL,加入Mu04细胞5g,42℃水浴锅中,搅拌反应18小时。取样HPLC检测,结果显示转化率99.2%。
实施例8 NADP的制备
向1L圆底烧瓶中加入500mL事先配好的pH 7.0的200mM的磷酸盐缓冲液、10mL事先配好的1M MgCl2,20g NAD,20g ATP,用水补足1L体积,加入Mu04酶粉10g,42℃水浴锅中,搅拌反应18小时。取样HPLC检测,结果显示转化率99.1%。
序列表
<110> 尚科生物医药(上海)有限公司
<120> 一种NAD激酶突变体及其应用
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 750
<212> DNA/RNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
atgagggccg cagtggttta caaaaccgat ggtcacgtga agaggattga ggaagctttg 60
aaaaggctgg aggttgaggt tgagctcttc aaccagcctt cagaagagct tgagaatttt 120
gacttcattg tgagtgttgg gggagacggg acaattctga gaatactgca gaagctgaag 180
cgctgcccgc ccattttcgg gataaacacc ggaagagtcg gtctgcttac ccacgccagc 240
cctgaaaact ttgaggttga gcttaaaaag gcggtggaga agtttgaggt tgagaggttt 300
ccgagagtaa gctgctccgc aatgcccgat gttcttgccc tcaacgagat tgccgttttg 360
agcagaaaac cggcgaagat gatagacgtc gctttgaggg tcgatggcgt ggaggtggac 420
agaataaggt gcgacggctt tattgttgca actcaaattg gctcaacggg ctacgccttc 480
tctgctgggg ggcctgtggt tgagccctac ctcgaatgct tcgtcctcat tcccattgcc 540
cctttccgct tcggctggaa gccctacgta gtcaatatgg agaggaaaat tgaggttact 600
gctgaaaaag ctgtcgtggt ggctgatggg cagaagagcg tggattttga gggagagatg 660
accataaaaa agtcggaatt tcctgcagtt ttcttcaaaa acgagaaaag attcagaaac 720
ctttttgaga aggtcaggag cataggttaa 750
<210> 2
<211> 249
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
Met Ala Ala Ala Val Val Thr Leu Thr Ala Gly His Val Leu Ala Ile
1 5 10 15
Gly Gly Ala Leu Leu Ala Leu Gly Val Gly Val Gly Leu Pro Ala Gly
20 25 30
Pro Ser Gly Gly Leu Gly Ala Pro Ala Pro Ile Val Ser Val Gly Gly
35 40 45
Ala Gly Thr Ile Leu Ala Ile Leu Gly Leu Leu Leu Ala Cys Pro Pro
50 55 60
Ile Pro Gly Ile Ala Thr Gly Ala Val Gly Leu Leu Thr His Ala Ser
65 70 75 80
Pro Gly Ala Pro Gly Val Gly Leu Leu Leu Ala Val Gly Leu Pro Gly
85 90 95
Val Gly Ala Pro Pro Ala Val Ser Cys Ser Ala Met Pro Ala Val Leu
100 105 110
Ala Leu Ala Gly Ile Ala Val Leu Ser Ala Leu Pro Ala Leu Met Ile
115 120 125
Ala Val Ala Leu Ala Val Ala Gly Val Gly Val Ala Ala Ile Ala Cys
130 135 140
Ala Gly Pro Ile Val Ala Thr Gly Ile Gly Ser Thr Gly Thr Ala Pro
145 150 155 160
Ser Ala Gly Gly Pro Val Val Gly Pro Thr Leu Gly Cys Pro Val Leu
165 170 175
Ile Pro Ile Ala Pro Pro Ala Pro Gly Thr Leu Pro Thr Val Val Ala
180 185 190
Met Gly Ala Leu Ile Gly Val Thr Ala Gly Leu Ala Val Val Val Ala
195 200 205
Ala Gly Gly Leu Ser Val Ala Pro Gly Gly Gly Met Thr Ile Leu Leu
210 215 220
Ser Gly Pro Pro Ala Val Pro Pro Leu Ala Gly Leu Ala Pro Ala Ala
225 230 235 240
Leu Pro Gly Leu Val Ala Ser Ile Gly
245
<210> 3
<211> 750
<212> DNA/RNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
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aaaaggctgg aggttgaggt tgagctcttc aaccagcctt cagaagagct tgagaatttt 120
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cctgaaaact ttgaggttga gcttaaaaag gcggtggaga agtttgaggt tgagaggttt 300
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agaataaggt gcgacggctt tattgttgca actcaaattg gctcaacggg ctacgccttc 480
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<210> 4
<211> 249
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
Met Ala Ala Ala Val Val Thr Leu Thr Ala Gly His Val Leu Ala Ile
1 5 10 15
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20 25 30
Pro Ser Gly Gly Leu Gly Ala Pro Ala Pro Ile Val Ser Val Gly Gly
35 40 45
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50 55 60
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65 70 75 80
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85 90 95
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100 105 110
Ala Leu Ala Gly Ile Ala Val Leu Ser Ala Leu Pro Ala Leu Ser Ile
115 120 125
Ala Val Ala Leu Ala Val Ala Gly Val Gly Val Ala Ala Ile Ala Cys
130 135 140
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145 150 155 160
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165 170 175
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180 185 190
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195 200 205
Ala Gly His Leu Ser Val Ala Pro Gly Gly Gly Met Thr Ile Leu Leu
210 215 220
Ser Gly Pro Pro Ala Val Pro Pro Leu Ala Gly Leu Ala Pro Ala Ala
225 230 235 240
Leu Pro Gly Leu Val Ala Ser Ile Gly
245

Claims (5)

1.一种NAD激酶突变体,其特征在于,以SEQ ID NO.2所示的野生型NAD激酶的氨基酸序列为参考序列,第127位的甲硫氨酸突变为丝氨酸,第182位的苯丙氨酸突变为丙氨酸,第211位的谷氨酰胺突变为组氨酸。
2.如权利要求1所述的NAD激酶突变体,其特征在于,所述NAD激酶突变体氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。
3.如权利要求1所述的NAD激酶突变体,其特征在于,所述NAD激酶突变体的基因核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。
4.如权利要求1所述的NAD激酶突变体,其特征在于,所述NAD激酶突变体表达于基因工程菌。
5.如权利要求1所述的NAD激酶突变体,其特征在于,所述NAD激酶突变体能够将NAD转化为NADP。
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