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毕赤酵母外源蛋白分泌及折叠途径的改良进展

中国农业科技导报 2024年第1期26卷 18-27页

作者：路泽群刘宁张红莲王苑黄火清河南科技大学动物科技学院河南洛阳471203 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所北京100193

工业、农业和医药等领域常用的活性蛋白和工业酶大多数通过异源表达系统获得。毕赤酵母(Pichia pastoris)是优秀的外源蛋白表达宿主之一,以毕赤酵母为宿主的表达系统具有遗传稳定性好、翻译后修饰、蛋白表达和分泌水平高及生产成本低等... 详细信息

工业、农业和医药等领域常用的活性蛋白和工业酶大多数通过异源表达系统获得。毕赤酵母(Pichia pastoris)是优秀的外源蛋白表达宿主之一,以毕赤酵母为宿主的表达系统具有遗传稳定性好、翻译后修饰、蛋白表达和分泌水平高及生产成本低等优点,但在高效表达过程中外源蛋白过量聚集会导致目标蛋白不能正确折叠和有效分泌,从而影响蛋白表达水平。概述了通过信号肽优化、分子伴侣优化以及融合蛋白表达等分泌及折叠途径的改良,从而促进外源蛋白高效表达的研究进展。

关键词：毕赤酵母分泌折叠途径分泌信号肽分子伴侣融合表达

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提高丝状真菌精准基因编辑效率的策略

微生物学通报 2024年第5期51卷 1425-1440页

作者：杨浩萌梁丽存宋祖洹徐欣欣罗会颖姚斌黄火清中国农业科学院北京畜牧兽医研究所北京100193

基因编辑技术的应用使对丝状真菌进行高效、精准的基因改造成为可能。然而,在实际实验操作过程中,仍然存在很多影响因素,导致同源重组介导的精准基因编辑的效率很低。本文对目前提高丝状真菌精准编辑效率的方法进行了总结,使基因编辑方... 详细信息

基因编辑技术的应用使对丝状真菌进行高效、精准的基因改造成为可能。然而,在实际实验操作过程中,仍然存在很多影响因素,导致同源重组介导的精准基因编辑的效率很低。本文对目前提高丝状真菌精准编辑效率的方法进行了总结,使基因编辑方法更好地应用于丝状真菌的菌种改造。

关键词： CRISPR/Cas 精准编辑同源重组非同源末端连接

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化学试剂对塔宾曲霉同源重组效率的影响

生物技术进展 2024年第4期14卷 586-593页

作者：梁丽存刘文龙刘晓青姚斌黄火清杨浩萌中国农业科学院北京畜牧兽医研究所北京100193 山东隆科特酶制剂有限公司山东临沂276000

某些化学试剂可以通过调节细胞周期或胞内DNA修复途径来提高基因编辑效率。以塔宾曲霉作为研究对象,通过CRISPR/Cas9工具,对其孢子色素合成相关基因fwn进行基因编辑,在转化过程中分别加入8种化学试剂,最后通过统计孢子颜色和抗性基因PC... 详细信息

某些化学试剂可以通过调节细胞周期或胞内DNA修复途径来提高基因编辑效率。以塔宾曲霉作为研究对象,通过CRISPR/Cas9工具,对其孢子色素合成相关基因fwn进行基因编辑,在转化过程中分别加入8种化学试剂,最后通过统计孢子颜色和抗性基因PCR验证,检测8种化学试剂对塔宾曲霉同源重组效率的影响。结果发现,与零添加对照组相比,在原生质体转化过程中,添加苯菌灵(benomyl)、RS-1、香草醛(vanillin)和氯丙嗪(chlorpromazine),同源重组效率分别达到85.45%、60.90%、59.45%、65.95%,比对照组提高了18.05%、9.35%、7.9%、14.4%;当苯菌灵与其他试剂叠加使用时,同源重组效率进一步提高,最高可达97.92%。因此,化学试剂在原生质体转化中的应用为提高丝状真菌的基因编辑效率提供了新的思路。

关键词：化学试剂同源重组效率塔宾曲霉

应用于基因编辑的核糖核蛋白复合体的构建与活性验证

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生物技术通报 2022年第8期38卷 60-68页

作者：高伟欣黄火清赵晶张鑫杨宁杨浩萌中国农业科学院北京畜牧兽医研究所北京100193

CRISPR/Cas9基因编辑技术具有操作简单、成本低廉和编辑效率高等优点,已经被广泛应用于动物、植物、微生物的基因编辑研究。在该技术体系中,发挥核酸剪切功能的是Cas9蛋白和guideRNA(gRNA)组装而成的核糖核蛋白复合体,即RNP(ribonucleop... 详细信息

CRISPR/Cas9基因编辑技术具有操作简单、成本低廉和编辑效率高等优点,已经被广泛应用于动物、植物、微生物的基因编辑研究。在该技术体系中,发挥核酸剪切功能的是Cas9蛋白和guideRNA(gRNA)组装而成的核糖核蛋白复合体,即RNP(ribonucleoprotein)复合体。目前,应用体外组装的RNP复合体直接递送进入受体细胞进行基因编辑的研究越来越多,成为提高编辑效率、降低脱靶率的有效手段。本研究以获得具有高效剪切活性的RNP复合体为试验目的,在大肠杆菌BL21(DE3)中成功表达了Cas9蛋白,并通过His-tag亲和树脂对重组Cas9蛋白进行了纯化;同时,通过T7转录试剂盒对gRNA进行体外转录和纯化,使纯化的Cas9蛋白和gRNA自发组装成RNP复合体,经体外活性检测,RNP复合体具有很好的DNA双链剪切活性;将其与donor DNA共同转化到黑曲霉菌株,成功敲除了目标蛋白,编辑效率达到90%以上。本研究获得的RNP复合体,可以应用于丝状真菌的基因编辑,节约了试验时间与成本,并推动RNP介导的基因编辑技术在更多领域的应用。

关键词： Cas9蛋白 RNP复合体大肠杆菌活性验证

MECE:基于深度神经网络及进化分析提高糖苷水解酶的催化效率

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Science Bulletin 2023年第22期68卷 2793-2805,M0006页

作者：刘汗青关菲菲刘拓宇杨丽鑫范灵熙刘晓青罗会颖伍宁丰姚斌田健黄火清 Institute of Animal Science Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100193China Biotechnology Research Institute Chinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China

糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)在各个行业广泛应用,其需求量不断增加.然而,如何提高酶的催化效率仍然是一个挑战.本文开发了基于深度神经网络和分子进化的策略(MECE)预测提高糖苷水解酶催化活性的突变体.作者首先从CAZy数据库... 详细信息

糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)在各个行业广泛应用,其需求量不断增加.然而,如何提高酶的催化效率仍然是一个挑战.本文开发了基于深度神经网络和分子进化的策略(MECE)预测提高糖苷水解酶催化活性的突变体.作者首先从CAZy数据库中收集整理了119个糖苷水解酶家族的蛋白序列,建立了能够识别糖苷水解酶家族和功能残基的深度学习模型DeepGH,通过10倍交叉验证结果显示DeepGH模型的预测准确率为96.73%.随后利用梯度加权类激活图谱(Grad-CAM)方法提取分类相关特征,结合序列进化信息对突变体进行设计最后获得了具有7个氨基酸突变位点的壳聚糖酶突变体CHIS1754-MUT7.实验结果表明,CHIS1754-MUT7的k_(cat)/K_m是野生型的23.53倍.该策略计算效率高,实验成本低,具有显著的优势,为酶催化效率的智能设计提供了一种新的途径,具有广泛的应用前景.

关键词： MECE Deep learning Catalytic efficiency Glycoside hydrolases Feature extraction

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环介导等温扩增技术的研究进展

生物技术 2012年第3期22卷 90-94页

作者：黄火清郁昂厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室环境科学研究中心福建厦门361005

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新式核酸扩增技术,它依靠一种具有链置换活性的DNA聚合酶和2对特殊设计的引物,不需要反复的温度循环和昂贵的仪器设备,在等温条件下即可高效快速地完成扩增反应,目... 详细信息

环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是一种新式核酸扩增技术,它依靠一种具有链置换活性的DNA聚合酶和2对特殊设计的引物,不需要反复的温度循环和昂贵的仪器设备,在等温条件下即可高效快速地完成扩增反应,目前已广泛应用于细菌、病毒、寄生虫等病原体的检测,及动物胚胎性别的鉴定。该文总结了LAMP技术的基本原理、相对于传统核酸检测技术的优点、产物的检测方法及其临床应用,最后指出LAMP目前存在的不足以及采取的相应措施,并对其发展前景进行了展望。

关键词：环介导等温扩增核酸扩增应用

β-甘露聚糖酶Man5A和木聚糖酶Tlxyn11B的融合表达

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生物工程学报 2020年第9期36卷 1849-1858页

作者：孔海洋蒋肖王苑黄火清罗会颖中国农业科学院饲料研究所北京100081

甘露聚糖酶和木聚糖酶是主要的半纤维素降解酶,在食品、饲料、纺织、造纸等工业应用广泛且通常搭配使用。文中将蓝状菌Talaromyces leycettanus JCM12802来源的性质优良的甘露聚糖酶编码基因man5A的CBM(Carbohydrate-bindingmodule)编... 详细信息

甘露聚糖酶和木聚糖酶是主要的半纤维素降解酶,在食品、饲料、纺织、造纸等工业应用广泛且通常搭配使用。文中将蓝状菌Talaromyces leycettanus JCM12802来源的性质优良的甘露聚糖酶编码基因man5A的CBM(Carbohydrate-bindingmodule)编码区去除,留下连接区和催化区,并将木聚糖酶基因Tlxyn11B成熟区编码序列与man5A的连接区进行融合,形成Tlxyn11B-linker-man5A融合基因,并在毕赤酵母中成功表达,获得了融合蛋白Tlxyn11B-Man5A。Tlxyn11B、不含CBM区的Man5A和Tlxyn11B-Man5A的理论分子量分别为21.6kDa、41.0 kDa、62.6 kDa。对纯化后的融合蛋白进行了性质分析,融合蛋白同时具有高的木聚糖酶和甘露聚糖酶活性。融合后的木聚糖酶的最适温度为70℃,较单独表达时提高了5℃。甘露聚糖酶的最适温度为90℃,与融合前一致。融合后的木聚糖酶热稳定性明显提高,60℃处理1 h剩余48%的酶活力,单独表达的木聚糖酶60℃处理20 min仅剩余20%的酶活力。融合后的木聚糖酶和甘露聚糖酶的最适pH分别为4.0和5.0,较单独表达时分别提高了0.5和1.0个单位,融合后酶的作用pH范围有所拓宽。融合前后的蛋白均具有较好的pH稳定性。融合后木聚糖酶和甘露聚糖酶的比活分别为1 784.3 U/mg和1 639.6 U/mg,较单独表达时比活(8 300 U/mg和1 979 U/mg)降低,与融合酶分子量增大相关。融合后的木聚糖酶和甘露聚糖酶的Km值分别为1.2 mg/mL和1.7 mg/mL, Vmax分别为2 000.0μmol/(min·mg)和2 831.6μmol/(min·mg)。综合其性质特点,融合木聚糖酶和甘露聚糖酶在饲料、食品等工业生产中有较大应用潜力,并为酶的性能改良提供了新的思路。

关键词：甘露聚糖酶木聚糖酶融合表达毕赤酵母性质分析

MECE:基于深度神经网络及进化分析提高糖苷水解酶的催化效率（英文）

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Science Bulletin 2023年第22期 2793-2805+2670页

作者：刘汗青关菲菲刘拓宇杨丽鑫范灵熙刘晓青罗会颖伍宁丰姚斌田健黄火清 Institute of Animal Science Chinese Academy of Agricultural Sciences Biotechnology Research Institute Chinese Academy of Agricultural Sciences

糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)在各个行业广泛应用,其需求量不断增加.然而,如何提高酶的催化效率仍然是一个挑战.本文开发了基于深度神经网络和分子进化的策略(MECE)预测提高糖苷水解酶催化活性的突变体.作者首先从CAZy数据库...

糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)在各个行业广泛应用,其需求量不断增加.然而,如何提高酶的催化效率仍然是一个挑战.本文开发了基于深度神经网络和分子进化的策略(MECE)预测提高糖苷水解酶催化活性的突变体.作者首先从CAZy数据库中收集整理了119个糖苷水解酶家族的蛋白序列,建立了能够识别糖苷水解酶家族和功能残基的深度学习模型DeepGH,通过10倍交叉验证结果显示DeepGH模型的预测准确率为96.73%.随后利用梯度加权类激活图谱(Grad-CAM)方法提取分类相关特征,结合序列进化信息对突变体进行设计最后获得了具有7个氨基酸突变位点的壳聚糖酶突变体CHIS1754-MUT7.实验结果表明,CHIS1754-MUT7的kcat/Km是野生型的23.53倍.该策略计算效率高,实验成本低,具有显著的优势,为酶催化效率的智能设计提供了一种新的途径,具有广泛的应用前景.

关键词：

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低纤维素酶背景里氏木霉菌株的构建和应用

中国农业科技导报 2020年第12期22卷 50-57页

作者：刘杜娟黄火清苏小运中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点开放实验室北京100081

丝状真菌里氏木霉(Trichoderma reesei)产生的纤维素酶主要包括纤维二糖水解酶和内切葡聚糖酶。在使用里氏木霉表达外源基因时,它们会形成较高的纤维素酶背景,而且其表达还可能会导致对细胞转录、翻译和分泌等相关资源的占用。应用CRISP... 详细信息

丝状真菌里氏木霉(Trichoderma reesei)产生的纤维素酶主要包括纤维二糖水解酶和内切葡聚糖酶。在使用里氏木霉表达外源基因时,它们会形成较高的纤维素酶背景,而且其表达还可能会导致对细胞转录、翻译和分泌等相关资源的占用。应用CRISPR/Cas9技术,在体外组装Cas9/gRNA复合物并转化里氏木霉以定点敲除主要的纤维二糖水解酶cbh1基因,同时结合RNAi干扰技术来沉默主要的内切葡聚糖酶eg2基因,以期一步构建里氏木霉低纤维素酶背景的表达系统。获得了一株纤维素酶表达显著下降的11号转化子SUS6。该转化子中,cbh1的表达完全消失,而eg2基因的表达水平较出发菌株SUS5降低了98%。以该转化子为宿主表达外源基因NfBgl3A,两个代表性转化子的β-葡萄糖苷酶酶活最高分别为172.4和79.3 U·mL^-1,远高于以出发菌株(高纤维素酶背景)为宿主表达β-葡萄糖苷酶酶活(两个代表转化子分别为11.6和31.9 U·mL^-1)。因此,构建低纤维素酶背景的菌株作为表达宿主,还可明显的提高某些异源基因的表达水平。

关键词：里氏木霉 CRISPR/Cas9 RNAi 纤维素酶 CBH1 EG2