微生物酶分子改造研究进展-生物通.PDFVIP

中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，３０（１）：９８１０３ 微生物酶分子改造研究进展 １，２ １ １ 郜赵伟 　张宇宏 　张　伟 （１中国农业科学院生物技术研究所　北京　１０００８１　２西南大学生命科学学院　重庆　４００７１５） 摘要　近年来，越来越多的酶蛋白已经采用重组微生物反应器进行高效生产。为了改善酶蛋白 的催化性能，提高其环境适应性，同时提高酶蛋白的表达量，降低生产成本，各种针对酶蛋白分子 改造的基因工程技术已经得到大量的应用。综述了用于酶分子改造和进化的主要分子生物学方 法，如定点突变、易错ＰＣＲ、基因改组、密码子优化等技术及其应用成就。 关键词　酶制剂　分子改造　定向进化　基因工程 中图分类号　Ｑ７８ 　　目前生物酶制剂在各个领域都得到广泛应用，微 重影响其实现工业化生产和利用。研究人员也在通过 生物由于其易培养，来源丰富，性质多样等优点，成为 各种基因工程的方法，希望能够提高酶蛋白的表达量。 酶制剂的主要来源。通常，应用于工业的微生物酶制 本文就目前微生物酶基因工程领域两个重要问题——— 剂主要是通过从自然环境中分离筛选获取。但是由于 通过分子改造改善酶蛋白应用性能和提高异源表达产 自然环境中微生物太多，大部分的微生物资源还没有 量的方法，做一简要综述。 得到成功的分离培养和筛选，因此，到目前为止人类获 １　旨在改善酶蛋白应用性能的分子改造方法 得的微生物酶的种类和数量是非常有限的。由于工业 生产中常常伴随着高温、强酸、强碱、高盐、有毒介质等 　　利用生物信息学对现有的大量的酶进行统计分 特殊反应体系，这就要求应用于生产的酶制剂能够适 析，结合定点突变、定向进化、融合表达等分子生物学 应这些相对极端的环境。而普通的酶制剂在极端环境 技术，对现有的酶进行设计改造，可以使其具有预期优 中很容易失活，目前主要的解决办法是从极端环境中 良性质，以达到更好、更广泛的利用目的。 筛选微生物，以期获得能够适应极端环境的酶蛋白，但 １．１　定点突变 是这种方法最大的缺点就是取样困难，由于人类活动 　　定点突变是对酶基因进行改造的重要手段，通过 范围的限制，很多极端环境还不能够到达，而且由于微 在特定位点引入有益突变，经实验验证后得到具有优 生物本身的特殊生长环境，现有的常规微生物分离培 良性质的酶蛋白，突变位点可以是单一的，也可以是多 养方法不一定适用。当然，采用工程手段如酶固定化、 个位点。定点突变的成功实施需要建立在对酶蛋白结 包埋等能够在一定程度上改善酶制剂的应用性能，但 构与功能、催化机理及活性位点充分了解的基础上，属 这些方法得到的效果离现实要求还有一定的差距。在 于理性设计的范畴，所以对目标酶蛋白的分析工作就 此背景下，利用分子生物学技术对现有的微生物酶资 非常重要，往往需要生物信息学手段的辅助才能实现。 ［１］ 源进行改造，以得到更多具有优良性质的工业用酶成 ＫｏｒＫｅｇｉｏｎ等 通过计算酶的热稳定性，对酵母胞嘧啶 为微生物酶研究热点。 脱氨酶（ｙｅａｓｔｃｙｔｏｓｉｎｅｄｅａｍｉｎａｓｅ，ｙＣＤ）引入 Ａ２３Ｌ， 　　随着基因工程技术的应用，很多酶蛋白都已经实 Ｉ１４０Ｌ和Ｖ１０８Ｉ三个点突变，突变后酶催化效率不变， 现了在毕赤酵母和大肠杆菌等工业生产菌株中的表 热稳定性大大提高，Ｔｍ值提高１０℃，并且在５０℃时的