宏基因组来源重组谷氨酸脱羧酶的酶学特性及全细胞合成γ-氨基丁酸

作     者：陈红 王艺霖 唐湘华 黄遵锡 许波 CHEN Hong;WANG Yilin;TANG Xianghua;HUANG Zunxi;XU Bo

作者机构：云南师范大学生命科学学院云南昆明650500 生物能源持续开发利用教育部工程研究中心云南昆明650500 云南省生物质能与环境生物技术重点实验室云南昆明650500 

出 版 物：《微生物学通报》 (Microbiology China)

年 卷 期：2024年第51卷第5期

页      面：1522-1535页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 09[农学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 071007[理学-遗传学] 0901[农学-作物学] 0836[工学-生物工程] 090102[农学-作物遗传育种] 

基　　金：国家自然科学基金(32360034 31860299) 

主　　题：宏基因组 粪便微生物 谷氨酸脱羧酶 γ-氨基丁酸 全细胞催化 

摘      要：【背景】谷氨酸脱羧酶广泛存在于生物体内,其催化产物γ-氨基丁酸是哺乳动物重要的抑制性神经递质。目前,微生物来源的谷氨酸脱羧酶在热和酸碱条件下仍不够稳定。【目的】挖掘肠道微生物的谷氨酸脱羧酶基因,异源表达并研究其酶学性质,为γ-氨基丁酸的生物合成提供酶原。【方法】从倭蜂猴粪便微生物宏基因组扩增谷氨酸脱羧酶基因,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中进行异源表达、酶学性质研究及全细胞合成γ-氨基丁酸的应用。【结果】获得谷氨酸脱羧酶基因Xby1_8,重组酶Xby1_8分子量为54.46 kDa,最适作用条件为pH 5.0、55℃,Km和Vmax分别为(10.2±1.5)mmol/L和(3574.0±198.3)μmol/(min·mg),较其他微生物来源的谷氨酸脱羧酶具有最高比活3106.2 U/mg。Xby1_8具有较好的pH和温度稳定性,pH 4.0–8.0或30–50℃处理1 h,剩余酶活仍高于100%。在L-谷氨酸浓度260 mmol/L,反应温度55℃,细胞浓度OD600为3.5条件下反应2.5h,重组菌***/Xby1_8全细胞催化制备γ-氨基丁酸的转化率为100%。【结论】从粪便微生物宏基因组中获得谷氨酸脱羧酶基因Xby1_8,并成功在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。重组酶Xby1_8的pH和温度稳定性较好,重组菌***/Xby1_8全细胞催化制备γ-氨基丁酸具有较高的转化率,在食品、工业等领域具有潜在的应用价值。