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自然界中首例 [6+4] 環加成反應的酶
鑒定首個高階環加成酶，拓展了環加成酶的認知
一、項目分類
重大科學前沿創新
二、成果簡介
南京大學化學化工學院梁勇教授，生命科學學院譚仁祥教授和戈惠明教授的科研團隊，發現了抗幽門螺旋桿菌的潛在藥物-漢城霉素并對其生物合成途徑進行深入研究。通過多菌株基因組序列比對，對漢城霉素類生物合成基因簇進行了鑒定，利用微生物學，分子生物學、底物化學衍生化、體外酶促反應等手段從該基因簇中鑒定出一個新穎、可催化高階環加成反應的酶。團隊基于蛋白質晶體數據，量子化學計算和蛋白質定點突變技術，對該酶促動力學過程進行了深入解析，最終確定該酶通過“雙過渡態”來同時催化產生6+4和4+2環加成產物。該特殊高階環加成酶的發現，解答了“自然界中是否存在酶催化的高階環加成反應”，這一持續五十余年的謎題。這類酶的發現將進一步拓展人們對周環反應酶的認識，啟發科學家們將來利用和改造周環反應酶來實現有價值的分子轉化。
成果于2019年4月以Letter形式發表于Nature。F1000評述該研究“鑒定首個高階環加成酶，拓展了環加成酶的認知”，諾貝獎得主霍夫曼評述“這是在酶促反應中直接觀察到的[6+4]環加成產物的首個例子……，該研究對酶促高階環加成研究具有深遠影響”。
南京大學
2022-08-12
重組大腸桿菌生產磷脂酶D及轉酯化產品開發
磷脂酶D（PLD,EC 3.1.4.4）是一類廣泛存在于各種生物體的酶，具有水解作用和磷酰基轉移作用（見圖1）。作為一種酶制劑，PLD的轉磷脂酰活性尤為重要，被用于制備具有生物活性的稀有磷脂。其中，以大豆磷脂酰膽堿（PC）為底物，PLD酶法制備磷脂酰絲氨酸（PS），受到廣泛關注。PS作為腦健康營養補充劑，相繼被美國FDA、日本HBM和中國國家衛生計生委所認證，列為新資源食品。相較于提取自牛腦和植物的PS，生物酶法制備的PS，避免了食品安全和植物源含量低的問題。進一步，一些新的結構和功能磷脂，通過PLD轉磷脂酰反應被合成出來，例如，磷脂酰鯊肝醇、磷脂酰葡萄糖、心磷脂類似物、磷脂酰酪醇、磷脂酰萜烯和磷脂酰絲氨醇，它們中一些具有抗癌和抗氧化活性。
直到現在，受限于磷脂酶D來源不足和價格高（鏈霉菌屬PLD，≥150 units/mg，6516.9¥/1000 U，Sigma公司），其工業上的廣泛應用受到限制。例如，文獻報道的PLD最高產量在104-105U·L-1，而制備轉化得到每公斤PS，需要2.6×106U的PLD。這一障礙的主要原因是高水平表達的PLD對宿主的嚴重細胞毒性，導致細胞死亡。
歷經5年時間，從上游到下游整體設計，我們解決了毒性蛋白（磷脂酶D，PLD）異源表達難的問題（質粒不穩定、蛋白合成時間短、細胞生長抑制和裂解），PLD生產達到目前世界最高水平106U·L-1(748 mg·L-1)（提高20倍）；同時發展一種簡單有效提取重組磷脂酶D的方法（無需破碎、無需添加溶菌酶和有機溶劑、室溫進行），PLD生產成本有望降低20倍以上。按照實驗室規模的一臺5 L發酵罐，年產量可以提供3.5×108U的磷脂酶D，滿足100 kg的PS轉化需求計算（不計算PLD重復利用率），擴大反應器體積至100-1000 L，PLD產量可滿足制備2-20噸PS的需求。
廈門大學
2021-01-12
一種巴斯德畢赤酵母、產生的耐高溫酶及應用
本發明提供一種巴斯德畢赤酵母、產生的耐高溫蛋白酶及應用，屬于微生物技術領域；本發明通過選育一種可產生耐高溫酶的巴斯德畢赤酵母(pichia pastoris)AN?PK?9K?GS115，然后將其進行培養，從發酵液中提取耐高溫蛋白酶，將其用于羽毛粉的水解，可以有效水解羽毛粉，將其中蛋白質組分高效降解為小肽成分或者氨基酸成分，從而提高蛋白質的消化率，增加采食量，提高動物健康水平。
（注：本項目發布于2019年）
華中農業大學
2021-01-12
固定化磷脂酶A1在制備磷脂DHA中的應用
本發明提供了一種固定化磷脂酶A1在制備磷脂DHA中的應用，具體過程為，六水硝酸鈷和2?甲基咪唑分別溶于無水甲醇得到六水硝酸鈷溶液和2?甲基咪唑溶液，將2?甲基咪唑溶液滴加至六水硝酸鈷溶液中，攪拌反應、靜置、干燥，得到ZIF?67納米材料，將ZIF?67納米材料于磷酸鈉緩沖液中混懸，加入磷脂酶A1溶液，調節pH，置于搖床孵育，離心、干燥，獲得ZIF?67納米材料固定化磷脂酶A1；將游離脂肪酸和大豆卵磷脂組成的底物和固定化磷脂酶A1在有機反應體系中進行催化反應，分離純化獲得磷脂DHA。固定化磷脂酶A1，穩定性好，催化制備磷脂DHA，DHA摻入率高達51.04%。
南京工業大學
2021-01-12
基于固定化酶生產低分子量肝素的新工藝
低分子量肝素(LMWH)是臨床上最主要的天然抗凝劑，目前主要是通過動物來源的肝素進行酶降解制得。歐洲藥典要求 LMWH 的分子量為 6000~8000，質量控制是生產 LMWH 的重要環節。而肝素酶的活性和利用率直接影響 LMWH 生產成本和產業經濟。
本項目組利用融合肝素酶 I (Hep I)與甲殼素之間的親和作用，實現酶的循環利用，同時融合酶活性和穩定性提高。利用綠色溶劑體系制備形態完好、尺寸均一的甲殼素微球。用固定化酶制備的 LMWH 產品達到歐洲藥典要求，實現了分子量可控，生產過程可實時監測。該項目將對 LMWH 產業的綠色和經濟生產提供技術支持。目前已發表 SCI 論文 2 篇，并與相關企業開展了合作。
江南大學
2021-04-13
高性能角蛋白酶的高效表達與應用研究
角蛋白酶是一種特異性蛋白酶類，可降解結構復雜、硬質難溶的角蛋白，具有多種優良的催化特性，在生物加工、綠色制藥、廢棄生物質處理、生物制革、生態紡織、洗滌劑等實際應用中備受關注，被認為是有著巨大應用潛力和市場前景的新一代蛋白酶類。
本項目從角蛋白酶基因挖掘、高效表達、性能改造及其應用研究等方面開展了一系列工作。課題組目前建立了角蛋白酶資源庫，是我國擁有角蛋白酶基因資源產權最多和最具多樣性來源的單位；實現了角蛋白酶基因在大腸桿菌及枯草芽孢桿菌等外源宿主中的克隆及高效表達；在 5L 罐上發酵酶活最高可達10000 U/mL 以上，是目前文獻報道的重組角蛋白酶表達最高水平；項目已完成了 1M3 規模中試試驗，成本降低 30%以上。在應用方面，本項目成功將角蛋白酶用于生物法制備納米銀粒子 AgNPs，與傳統化學法相比，酶法合成的納米銀具有更好的抑菌活性。另外，項目組已首次開發出無膠原活力的高特異性角蛋白酶，具有高角蛋白活力，不會對皮革膠原造成破壞，能保護膠原結構完整性，可開發出不傷及皮膚真皮的洗滌劑產品、藥品及化妝品，在生物制革領域也具有極大應用價值，可緩解制革工業中的爛皮現象；同時本研究所開發的角蛋白酶在活性多肽制備中也表現出良好的應用前景。
江南大學
2021-04-13
一種檢測牛APAF1基因隱性致死突變的方法
本發明提供了一種檢測牛APAF1基因隱性致死突變的方法，涉及分子生物學領域，本發明方法基于焦磷酸測序技術，采用一對擴增引物、一條通用引物和一條測序引物，其核苷酸序列如SEQ?ID?No.1、2、3、4所示，對牛5號染色體63150400bp位點的單核苷酸多態性進行分析，結果發現牛APAF1基因野生型純合子在C堿基處有峰，T堿基處無峰；而致死突變攜帶者在C堿基與T堿基處均有峰。本發明提供的方法操作簡單，靈敏度高，準確性強，通量高，檢測成本低，可快速檢測APAF1基因隱性致死突變攜帶者的個體，在牛的育種過程中具有重要應用價值。
中國農業大學
2021-04-11
一種植物磷轉運蛋白及其編碼基因和應用
本發明公開了蛋白質nog1在調控植物產量和/或穗粒數中的應用。所述蛋白質nog1為氨基酸序列是序列表中序列2所示的蛋白質；所述產量為單株產量；所述穗粒數為主莖穗粒數。實驗證明，向Guichao 2中導入抑制所述蛋白質nog1表達的物質，得到轉基因植物乙；與Guichao 2相比，轉基因植物乙的單株產量減少和/或主莖穗粒數減少。將編碼蛋白質nog1的核酸分子導入SIL176中，得到轉基因植物甲；與SIL176相比，轉基因植物甲的單株產量增加和/或主莖穗粒數增加。因此，蛋白質nog1對調控水稻產量和穗粒數具有非常重要的作用。
中國農業大學
2021-04-11
植物應答溫度和高鹽脅迫基因的挖掘和調控機制研究
高溫、低溫和鹽堿脅迫已成為限制作物生產和植物生長發育的重要環境因子。本項目歷時14年，以重要作物棉花和模式植物擬南芥為材料，將基因挖掘、機理探索與利用緊密結合，分離鑒定了多個溫度和高鹽脅迫應答基因、高效特異表達啟動子及基因表達調控元件，探討了其調控機制，為作物遺傳改良提供了新基因資源和理論支撐。①發現了高溫誘導的miRNA可變剪切新機制，探討了低溫脅迫下GhDREB1與激素的調控關系，為闡明植物應答溫度脅迫的分子機理提供了新證據。②解析了GhZFP1、GhMT3a和GhNHX1等基因在植物高鹽脅迫適應中通過調節Na+積累和清除活性氧發揮作用，為作物抗逆品種改良提供了重要基因資源。③發掘并鑒定了植物組織特異高效啟動子和調控元件，闡明了核基質結合序列在提高遺傳轉化效率和轉基因表達水平方面的作用，為植物遺傳轉化提供了有效表達載體。本成果在Molecular Cell等國內外學術刊物發表論文71篇，其中SCI論文62篇；總影響因子235，影響因子5以上論文15篇，單篇最高影響因子15.28，他引總計2227次。高溫誘導的miRNA可變剪切闡明了環境脅迫與植物miRNA加工的調控關系，是本領域研究的重大發現，在國內外產生了較大影響，為提升我國在該領域研究的國際影響力發揮了積極作用。
山東農業大學
2021-04-23
優質健康豬重要候選基因挖掘分子育種標記開發與應用
中試階段/n該項目實現了豬產肉性狀、抗病性狀基因的批量挖掘與驗證，開發出一批分子育種標記，建立了多標記聚合輔助育種技術體系，為湖北及我國優質健康豬的培育提供了豐富基因資源和技術支撐，取得了良好社會經濟效益。
華中農業大學
2021-04-11