异源GGT酶在乳酸乳球菌中的分泌表达及磁性固定化酶的研究

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乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)是符合GRAS标准的革兰氏阳性菌,由于其生长快速、新陈代谢简单、遗传背景清晰等特点,在食品工业、临床医药等领域受到了极高的关注度。L.lactis的表达系统有很多种,其中,以Nisin诱导的NICE表达系统应用最为广泛。借助NICE表达系统,越来越多的异源食品酶实现了在L.lactis中的发酵生产。γ-谷氨酰转移酶(GGT)由于其催化谷胱甘肽或其衍生物的水解/将γ-谷氨酰基转移至各种受体的能力而被广泛应用于食品工业和制药领域。为了提高GGT的产量并简化其纯化的过程,本实验将解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens BH072)来源的ggt基因和Usp45信号肽基因融合并构建了GGT在L.lactis中分泌表达的重组菌株。又由于游离酶在生物催化中的不稳定性及不可重复使用性,我们通过共价结合的方法将L.lactis中表达的异源GGT酶和MTG酶固定在磁性纳米粒子上,得到了高酶活性、高稳定性和可重复使用的固定化酶。最后,在最佳固定条件下对固定化酶的性质进行探究。主要实验结果如下:(1)提取B.amyloliquefaciens BH072的基因组DNA并以它为模板,扩增ggtΔsp基因,再与信号肽SPusp45融合。将融合片段导入到L.lactis中构建诱导型和组成型表达载体,对这两种表达载体的最佳表达条件进行探究。在最佳表达条件下通过固定化金属亲和色谱对Ba GGT进行纯化,测得组成型表达系统中Ba GGT的浓度和比酶活分别为95.0±0.4 mg/L和58.9±1.3 U/mg,诱导型表达系统中Ba GGT的浓度和比酶活分别为90.2±0.7 mg/L和57.3±0.9 U/mg。活化后的Ba GGT可以催化L-Gln和乙胺盐酸盐合成L-茶氨酸。(2)制备了具有核-壳结构的四氧化三铁磁性纳米粒子(Fe3O4MNPs),该纳米粒子具有良好的磁性以及分散性,经偶联剂EDC-NHS修饰后可更好的与生物酶共价结合。我们将L.lactis中的分泌的Ba GGT和MTG分别固定在Fe3O4MNPs上并对固定化的条件进行了优化。制备的固定化酶比酶活均比游离酶比酶活高,其中Ba GGT@Fe3O4MNPs的比酶活为77.8±1.7 U/mg,MTG@Fe3O4MNPs的比酶活为29.1±0.4 U/mg。对两种固定化酶与各游离酶的性质进行比较,发现固定化酶的催化效率、稳定性以及重复使用性均明显提高,但底物的亲和力(Km)有所降低。(3)制备了壳聚糖包裹的磁性纳米粒子,对该纳米粒子的性质及微观形貌进行了观察。该CS-Fe3O4MNPs的表面光滑且具有良好的磁性及生物相容性。通过3-APTES对磁性纳米粒子的官能团进行修饰,获得含丰富氨基基团的磁性纳米粒子。将Ba GGT通过共价结合的方式固定在CS-Fe3O4MNPs上,在最适固定条件下测得其比酶活为68.2±1.2 U/mg。与Ba GGT@Fe3O4MNPs相比,催化效率更高。
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