合成生物催化剂工程,摘译自:https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-020-01440-y

N-乙酰-D-氨基葡萄糖(N-acetyl-d-glucosamineGlcNAc)是一类是型生化药品,其常用于预防骨骼和关节疾病,促进伤口愈合,并作为抗菌和消炎剂。因此,该物质可广泛应用于医药、保健、食品、化妆品等行业。目前, GlcNAc主要是以甲壳素为原料通过化学方法制备的,但该方法存在严重的环境问题。通过生物酶解法水解甲壳素则能大幅度降低污染,常见的水解法分两步进行,甲壳素首先被几丁质酶裂解成几丁质低聚糖,然后再通过β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶裂解成GlcNAc。因此,选育几丁质酶高产菌株对降低几丁质水解成本具有重要意义。在早期人们尝试利用大肠杆菌表达地衣芽孢杆菌来源的ChiA基因,然而由于成本以及破碎问题,仍无法在工业中大幅度推广。利用毕赤酵母进行分泌表达解决了这一问题,但由于表达量较低,仍存在应用瓶颈。

近日,发表在《Microbial Cell Factories Multiple strategies to improve the yield of chitinase a from Bacillus licheniformis in Pichia pastoris to obtain plant growth enhancer and GlcNAc”一文中(通讯作者为湖北大学张桂敏教授和贺妮莎副教授),作者利用载体pHBM905M(拥有强启动子d1 + 2 × 201 AOX1以及MF4I-SS信号肽)插入了四拷贝的ChiA基因,同时共表达了了HAC1TRM1EVR29SEC16COG5等不同分子伴侣,从而探究对该酶活的影响。结果发现,几丁质酶与HAC1共表达时,其产量达20.69µU/mL(1.40µg/mL),而其他分子伴侣对酶活无明显提升。进一步通过对该菌株在5L发酵罐进行高密度发酵,产量达12.7 mg/mL,是之前报道的24倍。通过对该酶的活性探究发现,在底物浓度为30%时,其分解转化率可达74%,其中水解产物多为GlcNAc,其次是NN‘-二乙酰基壳二糖。进一步,作者在此基础上加入了β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶进行进一步水解,最终产物均为GlcNAc,转化率达88%。此外,作者还利用水解液对水稻和小麦进行浇灌,发现能明显促进水稻和小麦的萌发生长,10天内苗高和根长至少增加了1.6倍。该研究对生物界甲壳类物质的应用提供了更加高效的利用方式。

(张子旭 摘译)


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