A Novel Soluble Squalene-Hopene Cyclase and Its Application in Efficient Synthesis of Hopene
- 作者
- Zhen Liu, Yinan Zhang, Jianan Sun, Wen-Can Huang, Changhu Xue, Xiangzhao Mao
- 单位
- 中国海洋大学食品科学与工程学院，青岛；青岛海洋科学与技术国家实验室海洋药物与生物制品实验室，青岛
- 杂志
- Frontiers in Bioengineering and Biotechnology（2020）
- DOI
- 10.3389/fbioe.2020.00426
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
现有化学法合成hopene效率低下，从植物或细菌提取工艺复杂且不环保，而酶法合成hopene的产量长期处于低水平，缺乏可规模化应用的高效生物催化剂。
研究策略
从Streptomyces albologus ATCC 27414中发现新型可溶性角鲨烯-藿烯环化酶OUC-SaSHC，在大肠杆菌中异源表达并建立简便的Ni-NTA纯化流程；系统优化酶催化反应条件（温度、pH、去污剂、金属离子、底物浓度、酶量等），并进行100 mL放大反应验证。
核心内容
从白链霉菌ATCC 27414中鉴定并克隆了一种新型可溶性角鲨烯-藿烯环化酶基因sashc，其编码蛋白OUC-SaSHC分子量约69 kDa，比活达1138 U/mg。将该酶在大肠杆菌BL21(DE3)中异源表达，并建立了简便的Ni-NTA纯化流程。通过系统优化反应条件，确定最适温度为30°C、最适pH为7.0，0.5% Tween 80可使酶活提高29.72%，1 mM Mn²⁺可使酶活提高53.21%。在优化条件下进行100 mL放大反应，36小时内hopene产量达8.07 mg/mL，角鲨烯转化率高达99%，最终获得0.81 g纯度为99%的hopene。该研究首次报道了来自白链霉菌的可溶性角鲨烯-藿烯环化酶，其表达纯化简单、成本低且催化效率高，实现了hopene从实验室规模到应用级别的突破，也为其他萜类化合物的酶法规模化合成提供了可行方案。
创新点
首次报道来自白链霉菌的可溶性SHC；该酶为可溶性蛋白，表达纯化简单、成本低；通过条件优化将角鲨烯转化率提升至99%，hopene产量达8.07 mg/mL，实现了从实验室级别到应用级别的突破。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces albologus ATCC 27414 | hopene生物合成（角鲨烯→hopene） | sashc | OUC-SaSHC | 催化 | 野生菌株，基因组中含有sashc基因，可积累角鲨烯和hopene |
| Escherichia coli BL21(DE3) pLysS | hopene生物合成（角鲨烯→hopene） | sashc | OUC-SaSHC | 催化 | 异源表达宿主，使用pET-His载体表达重组OUC-SaSHC用于纯化和催化反应 |
关键发现
- OUC-SaSHC分子量约69 kDa，比活为1138 U/mg；最适反应温度30°C，最适pH
- 5% Tween 80可使酶活提高29.72%；1 mM Mn2+可使酶活提高53.21%；在优化条件下（100 mM磷酸钠缓冲液pH
- 0、0.5% Tween
- 1 mM MnCl2、20 mM角鲨烯、0.14 mg/mL酶，30°C），100 mL放大反应36 h内hopene产量达8.07 mg/mL，转化率为99%，共获得0.81 g高纯度hopene（纯度99%）；当酶浓度为0.14 mg/mL时，转化率达98.72%，hopene产量为7.82 mg/mL；底物浓度为20 mM时，转化率为90.19%，hopene产量为7.14 mg/mL。
研究结论
本研究获得了一种可溶性、易纯化、高活性的新型角鲨烯-藿烯环化酶OUC-SaSHC，其催化效率高且制备成本低，能够实现hopene的规模化生产，并有望用于其他SHC催化合成萜类化合物的规模化应用。