枯草芽孢杆菌黄曲霉毒素降解酶的分离纯化、基因克隆及表达

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试验一目的是通过高效液相色谱法对我国不同年份、季节和地区饲料及饲料原料中黄曲霉毒素(AF)的分布规律及玉米生长和贮存过程中AF含量变化规律进行研究,为饲料生产企业及养殖企业提供数据参考。调查结果显示,1)2013-2015年北京地区12种饲料原料和6种饲料中AF污染普遍存在,2013年饲料与饲料原料中AF污染率和平均含量最高,2014年次之,2015年最低。三年内,DDGS和青贮中AF平均含量和超标率均高于其他饲料原料,污染严重。2)季节和地区不同,饲料原料中AF含量不同。冬夏两季玉米相比,夏季玉米更容易受AF污染;同期调研我国东北、华北、西南和南方地区玉米受AF污染情况发现:我国西南和南方地区玉米中AF的含量高于东北和华北地区。3)调研玉米中AF含量受生长环境和贮存条件的影响时发现:玉米在生长过程中更易受到AF的污染。试验二运用蛋白分离纯化技术和LC-MS技术对枯草芽孢杆菌(Bacillus subitilis)ANSB060分泌的枯草芽孢杆菌黄曲霉毒素降解酶(Bacillus subtilis aflatoxin degradation enzyme,BADE)进行粗提、分离、纯化和鉴定。ANSB060发酵上清液乙醇沉淀粗酶经两次阴离子层析和疏水层析后,在SDS-PAGE电泳上显示单一蛋白条带,其表观分子量约为32.0 kDa。BADE经多步分离纯化后被纯化了约193倍,产率为35.4%,比活为75.25 ×103 U/mg。经过胶内酶解和LC-MS检测后,得到了 BADE的21段特征氨基酸序列。试验三目的是对产自枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的黄曲霉毒素降解酶(B.subtilis aflatoxin degradation enzyme,BADE)进行基因克隆和原核外源表达。本试验通过试验二中特征氨基酸序列的信息设计引物,通过PCR扩增,进行同源基因的克隆。最终得到一条870 bp大小的全长序列,870 bp全长序列中含终止密码子TAA,共编码289个氨基酸,且此氨基酸序列与试验二中特征肽段的已知氨基酸序列比对,相似度为100%,认为基因克隆结果正确。将289个氨基酸编码的蛋白质经过生物信息学分析预测,推测BADE蛋白分子量为33.3 kDa,理论等电点为5.29,N端含有一段信号肽,剪切位点在第29位和30位氨基酸残基之间,无糖基化位点,有3个丝氨酸(Ser)和1个苏氨酸(Thr)磷酸化位点,二级结构中以a螺旋和随机卷曲为主。同时,将降解酶BADE基因在大肠杆菌中进行外源表达。首先将BADE基因和大肠杆菌表达载体pET30a经BamH I和Xho I双酶切后,体外连接,构建了重组原核表达载体pET30a-BADE,然后将重组载体转化入大肠杆菌E.coli Rosseta(DE3)中。通过加入IPTG诱导,重组蛋白被成功表达,主要以包涵体形式存在。最佳诱导表达条件为:IPTG浓度为0.3 mM,诱导时间2 h。1L重组大肠杆菌工程菌发酵能获得1 370 mg rBADE蛋白,降解AFB1的总活性为450 000 U,rBADE的酶比活为 328.5 U/mg。试验四对重组大肠杆菌黄曲霉毒素降解酶(rBADE)酶学特性进行了初步研究,同时分析了该重组酶与AFB1作用108 h后,降解产物的毒性。研究发现rBADE在温度为25~35℃,pH为6.0~8.5之间有较高的酶活,其中最佳酶活反应条件是温度30℃,pH为6.5;Km为 1.55×10-5 mol/L,具有良好的酶动力学特性。AFB1经rBADE降解生成的产物为致突变阴性,属低毒或无毒性物质。证明:rBADE是一种安全的AF降解剂。试验五目的是研究枯草芽孢杆菌ANSB060和ANSB01G制成的霉毒素生物降解剂,对采食AF和玉米赤霉烯酮(ZEA)污染日粮蛋鸡产蛋性能、蛋品质及鸡蛋中毒素残留量的影响。试验选用18周龄的“京红1号”蛋鸡336只,随机分为7个处理,每个处理8个重复,每个重复6只鸡。试验分为两个阶段,第一阶段(18-23周)为攻毒期,第二阶段为恢复期(24-29周)。在攻毒期,将18周龄蛋鸡随机分为7个处理,分别饲喂7种不同的试验组日粮,C组(正对照组)为正常玉米-花生粕型基础日粮:AF组是用21%的霉变花生粕等量替代C日粮中的正常花生粕;ZEA组是57.7%的霉变玉米等量替代C日粮中的正常玉米;AF+ZEA组是分别用21%霉变花生粕和57.7%霉变玉米等量替代C日粮中的正常花生粕和玉米;AH 000、ZEA1 000和AF+ZEA1 000组分别在AF、ZEA和AF+ZEA组中添加1 000 g/t的毒素降解剂。在恢复期,所有组都换成无毒的对照组日粮。结果表明:1)攻毒期,蛋鸡采食被AF或AF+ZEA同时污染的自然霉变日粮后,其产蛋率、采食量、饲料转化效率、蛋壳厚度显著(P<0.05)低于对照组,鸡蛋中毒素残留量显著(P<0.05)高于对照组;添加降解剂改善了蛋鸡产蛋性能和蛋品质,降低蛋中毒素残留量,使其与正常对照组差异不显著(P>0.05)2)AF和ZEA具有协同毒害作用,可协同降低蛋鸡生产性能、蛋品质,增加蛋中毒素的残留量。3)停止饲喂毒素日粮6周后,AF+ZEA同时污染组中,蛋鸡产蛋率和饲料转化率仍显著(P<0.05)低于对照组。
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