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菊糖果糖基转移酶偶联催化制备双果糖酐III中的关键问题研究

批准号:
31870784
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
安迎锋
依托单位:
学科分类:
蛋白质、多肽与酶生物化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚硕、Darren J Hart、于晓丹、高嵩、王虹玲、高何瑞、许淑敏、刘霞、刘一菲

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
双果糖酐III是一种新型天然甜味食品,而采用双酶偶联催化法比传统的单酶催化法在降低双果糖酐III生产成本方面具有明显的优势。但现有菊糖果糖基转移酶活力低,而且对低聚果糖底物的催化效率很低,严重影响了该偶联催化反应的效率。因此,本研究将首先通过构建宏基因组库,并利用基于RecA蛋白结合磁珠亲和纯化法对宏基因组库中的目的基因进行特异性钓取,进而筛选获得高效催化低聚果糖底物的菊糖果糖基转移酶。然后构建DNA shuffling库和随机突变库,再采用基于蛋白内含子intein的读码框选择和新设计的功能筛选策略,进一步提高该酶对低聚果糖底物的催化效率。然后采用新型的介孔CLEAs-可得然胶-二氧化硅复合微粒固定化酶,并通过偶联催化实现高产双果糖酐III的目标。本研究还将对新菊糖果糖基转移酶进行晶体结构解析,定点突变和生物信息学分析,深入研究酶的催化机理和底物特异性机制,并为酶的进一步改造奠定基础。
英文摘要
Difructose anhydride III is a novel natural sweet food. The cost of producing difructose anhydride III should be much lower if coupled enzyme reaction is performed instead of single enzyme reactions. However, the activities of the current inulin fructotransferases are all very low, and inefficient in catalyzing oligofructose substrates, which has seriously affected the efficiency of the coupled enzyme reaction. Therefore, in this study, metagenomic libraries should be constructed, and the target genes which can encode inulin fructotransferases with higher activity for catalyzing oligofructose substrates should be fished by Rec A protein and magnetic beads-based affinity purification strategies. Then libraries should be constructed by DNA shuffling and random mutagenesis, which should be screened by reading frame selection and a newly designed specific screening strategy to isolate genes encoding inulin fructotransferases with higher activities towards oligofructose substrates. Then the enzymes should be immobilized by novel mesoporous CLEAs-Curdlan-SiO2 microspheres, followed by coupled enzyme reaction to efficiently produce difructose anhydride III. In this study, the novel inulin fructotransferases should be solved spatial structures, followed by site-directed mutagenesis and bioinformatic analysis to reveal their catalytic mechanism and mechanism of substrate specificity. These studies will lay the foundation for further modification of the enzymes.
本项目按照研究计划书实施研究计划,并达到预期研究目标。具体而言,首先构建高质量的宏基因组库,然后利用Rec A蛋白结合磁珠亲和纯化法专一的富集钓取菊糖果糖基转移酶基因,结合pH切换结合DNS还原糖测定法进行进一步筛选和功能验证。对于其中有潜力的菊糖果糖基转移酶,通过分子定向进化的方式进一步改造。在酶的筛选与定向改造过程中,综合运用基于intein的读码框选择法和pH切换结合DNS还原糖测定法提高酶活筛选效率。对于催化活性高而且对低聚果糖底物特异性强的酶,进行酶学性质分析,从而为实现酶的进一步改造奠定基础。在此基础上,选择对低聚果糖催化效率最高的菊糖果糖基转移酶与来自黑曲霉的β-蔗糖果糖基转移酶进行纯化,采用新的介孔CLEAs-可得然胶-二氧化硅复合微粒(CLEAs-Curdlan-SiO2)以及基于ELP标签和磷酸钙的纳米花方法进行固定化,并用固定化酶以蔗糖为底物进行偶联催化。同时本项目实施过程中建立的一系列新方法,包括基于宏基因组区段改组库的构建方法,基于ELP标签建立了新型蛋白表达和纯化系统,对于提高突变文库建库质量,提升重组蛋白的表达水平,提高不溶性蛋白纯化效率等方面,具有重要的参考价值。此外,针对分子克隆和突变库构建过程中存在的问题,本研究建立了一系列高效的质粒载体。这些质粒载体具备更加高效、容易、假阳性少等优点,在国内外多家实验室中已获得应用,并展示出比经典载体更出色的特征。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Functional Metagenomic Technologies for the Discovery of Novel Enzymes for Biomass Degradation and Biofuel Production
用于发现生物质降解和生物燃料生产新型酶的功能宏基因组技术
DOI: 10.1007/s12155-019-10005-w
发表时间: 2019-07
期刊: BioEnergy Research
影响因子: 3.6
作者: [Hongling Wang, Darren J.Hart, Yingfeng An]
通讯作者: Yingfeng An
Modification of DNA regions with metagenomic DNA fragments (MDRMDF): A convenient strategy for efficient protein engineering
使用宏基因组 DNA 片段 (MDRMDF) 修饰 DNA 区域:高效蛋白质工程的便捷策略
DOI: 10.1016/j.biochi.2021.05.010
发表时间: 2021-06-01
期刊: BIOCHIMIE
影响因子: 3.9
作者: [Xu,Shumin, Qi,Xianghui, An,Yingfeng]
通讯作者: An,Yingfeng
Efficient Molecular Biological Manipulations with Improved Strategies Based on Novel Escherichia coli Vectors
基于新型大肠杆菌载体的改进策略的高效分子生物操作
DOI: 10.1021/acs.jafc.1c00109
发表时间: 2021
期刊: JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
影响因子: 6.1
作者: [Zhang Yifeng, Gao Herui, Qi Xianghui, Gao Song, Xu Shumin, Wang Hongling, An Yingfeng]
通讯作者: An Yingfeng
Construction of novel curdlan-based and Ca2+-chelated magnetic microspheres (CCMM) for efficient protein purification and oriented immobilization
构建新型基于凝胶多糖和 Ca2 螯合磁性微球 (CCMM),用于高效蛋白质纯化和定向固定
DOI: 10.1016/j.enzmictec.2021.109802
发表时间: 2021
期刊: Enzyme and Microbial Technology
影响因子: 3.4
作者: [Yifeng Zhang, Xianghui Qi, Shuo Yao, Song Gao, Shumin Xu, Hongling Wang, Xia Liu, Yingfeng An]
通讯作者: Yingfeng An
共 9 条
    菌果聚糖合成酶温度依赖性酶活分化的分子机制及其对偶联催化产双果糖苷IV影响的研究
    • 批准号:
      32571457
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      51.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      安迎锋
    • 依托单位:
    宏基因组库中新双功能木聚糖酶的富集后筛选及其定向改造
    • 批准号:
      31270114
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      78.0万元
    • 批准年份:
      2012
    • 负责人:
      安迎锋
    • 依托单位:
    定向改造菌果聚糖合成酶提高催化产物聚合度专一性的研究
    • 批准号:
      31100045
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      安迎锋
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金