Aspergillus terreus来源α-L-鼠李糖苷酶在毕赤酵母细胞表面的高效展示及应用

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α-L-鼠李糖苷酶(α-L-rhamnosidase(EC 3.2.1.40))能够水解多种天然产物如柚皮苷、芦丁、槲皮苷、橙皮苷、萜类糖苷以及含有α-L-鼠李糖末端的糖苷类物质,广泛应用于柑橘脱苦、饮品增香、类黄酮苷类化合物转化等生物转化领域。Aspergillus terreus CCF 3059来源的α-L-鼠李糖苷酶At Rha被认为是一种耐热耐碱的糖苷水解酶,能够特异性催化芦丁水解生成异槲皮苷。毕赤酵母表面展示系统是微生物表面展示系统之一,利用毕赤酵母表面展示技术固定化酶,可以有效提高酶的稳定性以及回收利用效率,降低生产和纯化成本。本课题利用GPI型锚定蛋白将At Rha展示在毕赤酵母细胞表面,成功构建三株重组毕赤酵母表面展示菌株。在此基础上,探究了不同表达策略对重组菌株展示表达At Rha的影响。最后,探究了展示酶作为全细胞催化剂的酶学性质及催化芦丁水解生成异槲皮苷的初步应用,为工业大规模生物转化提供理论基础。本文的主要研究内容和结果如下:(1)利用GPI型细胞壁蛋白Gcw21、Gcw51、Gcw61与鼠李糖苷酶At Rha的编码基因融合表达,构建表面展示At Rha的重组毕赤酵母菌株。免疫荧光分析结果表明At Rha成功展示到毕赤酵母细胞表面。测定了不同锚定蛋白展示表达At Rha的摇瓶生长及产酶状况,Gcw21融合表达At Rha的重组菌株生长略微受损,而Gcw51和Gcw61融合表达At Rha的重组菌株生长不受影响。以p NPR为底物的酶活分析表明,Gcw61融合表达At Rha的重组菌株酶活力最高,摇瓶发酵120 h酶活可达72.56±4.54 U/m L,比酶活为7961±415 U/g,是目前已报道的最高固定化鼠李糖苷酶酶活。表明通过与锚定蛋白Gcw61融合表达的方式,At Rha能够高效展示在毕赤酵母细胞表面。(2)通过不同的表达策略诱导展示酶At Rha的表达,结果表明过表达调控因子Fhl1p以及Hac1可促进展示酶的表达,相较于出发菌株酶活分别提高了25.05%、24.21%,达到了13494±831 U/g、13403±576 U/g。而替换启动子、过表达P180以及提高基因剂量并不能促进展示酶的表达,相反酶活力有所下降。另外,控制产酶温度为25℃时,相较于30℃重组菌株的酶活提高了15.08%。同时,优化产酶p H的实验结果表明,重组菌株在p H 5.0-7.0的范围内具有良好的产酶稳定性,有利于工业大规模发酵生产。(3)以重组毕赤酵母展示菌株作为全细胞催化剂,展示酶的最适温度、最适p H、热稳定性以及p H稳定性较游离酶无明显差异。在催化芦丁水解生成异槲皮苷的生物转化体系中,该酶可以特异性的催化芦丁水解。当全细胞催化剂的添加量为20 U/m L,100-200g/L的芦丁可以在20 h内完全转化成异槲皮素,250 g/L的芦丁反应20 h最终转化率为88.06%,300 g/L的芦丁反应20 h最终转化率为74.73%。另外,在重复使用5轮后,全细胞催化剂维持着74.84%的催化活性。表明该全细胞催化剂具有工业大规模生物转化应用潜力。
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