海绵共附生微生物脂肪酶产生菌筛选、培养基优化、酶学性质及基因克隆研究

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脂肪酶的应用广泛,且需求量很大。寻找新型脂肪酶是脂肪酶研究和应用的重要内容。海洋微生物是海洋生物酶开发的重要资源。本文以海绵共附生微生物脂肪酶为对象,开展菌种筛选、培养基优化、酶学性质及基因克隆研究,为进一步应用奠定基础。迄今为止,尚未有海绵共附生微生物来源的脂肪酶方面的报道。对44株分离自我国南海的细薄星芒海绵Stelletta tenuis、皱皮软海绵Halichondria regosa、澳大利亚厚皮海绵Craniella australiensis细菌进行了脂肪酶筛选,发现大多(29/44)具有脂肪酶活性。选择具有较强脂肪酶活性的3株活性菌株A40、B22、B106进行进一步研究。经16S rDNA分子生物学鉴定,三株细菌分别为Pseudomonas sp. A40、Bacillus sp. B22、Bacillus pumilus B106。通过细胞生长、产酶研究发现短小芽孢杆菌B106具有较强的产酶能力,在接种35h后达到最大细胞浓度为6.38g/L;接种45h后,发酵液中总酶活在45h达到最大值为25.28U/ml,A40和B22分别在接种55h后达到最大值,酶活分别为11.11U/ml和8.98U/ml;B106的酶活分别为A40和B22的2.28和2.81倍。选择短小芽孢杆菌B106进行下一步的培养基优化、酶学性质与基因克隆研究。通过单因素分析和Plackett-Burman设计等多种实验设计方法相结合,优化了短小芽孢杆菌B106产脂肪酶的发酵培养基,确定此细菌最佳产酶培养基为: tween80 (5.0ml L-1), Mg2+ (17.15 gL-1), PO43- (2.0 gL-1), yeast extract (5.0 gL-1)和maize oil (12.5 ml L-1),beef extract (5 gL-1)和CaCl2 (2.282 gL-1)。起始pH值7.0,5%接种量,28℃,180rpm,发酵液中的脂肪酶酶活值在60h最高可达86.37U/ml,细胞干重在55h最高为7.44 gL-1,比发酵基本培养基分别提高3.54和1.31倍。对发酵液粗酶性质进行的初步研究发现,短小芽孢杆菌B106脂肪酶的最适酶反应温度为50℃;最适酶反应pH值为8.0;在0-150‰盐度范围内始终维持在78%以上的酶活。此外在有机溶剂甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基亚砜(DMSO)中该酶具有较好的耐受性和稳定性,四种溶剂中对酶反应抑制最强的是异丙醇,在浓度为10%和40%的异丙醇缓冲液中,剩余酶活分别为82%和29%;而甲醇在不同浓度下表现出抑制或促进酶反应的现象,在10%和20%的甲醇溶剂中,残余酶活分别为139%和127%,促进酶反应进行,而在30%和40%的甲醇溶剂中,酶活分别为65%和33%,抑制酶反应进行;酶在低浓度的乙醇溶液中抑制作用不明显,在10%和20%的乙醇溶液中,酶活分别为89%和86%,而在高浓度时酶反应受到很大抑制,在40%的乙醇溶剂中,酶活降为29%。通过PCR技术从短小芽孢杆菌B106 (Bacillus pumilus)中扩增出脂肪酶基因全长。开放读码框为648bp,编码215aa。最相似菌为短小芽孢杆菌Bacillus pumilus (AAR84668),相似度达到98%。氨基酸一级序列组成中极性氨基酸占53.02%,疏水氨基酸占46.98%。同时对其二级结构进行了预测,α螺旋占25.58%,β折叠占23.72%。从细菌的PROSITE motif分析,得出短小芽孢杆菌B106脂肪酶中含有四种潜在的Pattern:cAMP/cGMP依赖性蛋白激酶磷酸化位点(1个),蛋白酶激酶C磷酸化位点(2个),酪蛋白激酶磷酸化位点(1个),N端豆寇酰化位点(7个)。从蛋白家族结构预测来看,该酶属于alpha/beta水解酶家族。系统发育分析表明芽孢杆菌B106脂肪酶相似度较高的菌株多为芽孢杆菌包括短小芽孢杆菌Bacillus pumilus以及地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis,相似度在90%以上。
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