论文荐读

肌酐酶在大肠杆菌中外源表达及发酵优化

作者：

周丽亚，张悦，刘瑞琪，陈佳立，刘运亭*，姜艳军，马丽*

单位：

河北工业大学 化工学院

基金项目：

河北省省级科技计划项目(21372805D, 21372804D, 20372802D);国家自然科学基金项目(21878068, 21576068); 河北省自然科学基金项目(B2020202036)

摘要&关键词

摘要：肌酐酶(creatininase, CA)是一种应用于体外检测试剂的重要工具酶，目前主要由微生物法生产，存在产量低和活性差的问题，限制了其实际应用。该研究通过全基因合成和异源表达构建了重组大肠杆菌BL21(DE3)/pET28a-CA，获得了高性能肌酐酶。通过单因素试验和响应面设计分析确定最优培养基组成，并系统地优化了发酵条件，从而提高了肌酐酶表达量。培养基优化实验结果表明，最优培养基各组分为：葡萄糖10.33 g/L、酵母浸粉21.80 g/L、磷酸盐137.63 mmol/L和胰蛋白胨15.60 g/L。经过5 L发酵罐发酵工艺优化，极大地提高了肌酐酶的活力，在接种量为4%、诱导温度为25 ℃、诱导时间为18 h、异丙基-β-D-硫代半乳糖苷浓度为0.2 mmol/L、溶氧值为30%条件下，其活力达到470.24 U/mL，比酶活为367.38 U/mg。该研究为肌酐酶的生产和工业化应用提供了理论基础和技术支持。

关键词：肌酐酶；外源表达；发酵优化；大肠杆菌；响应面法

主要结论

本文利用来源于P. putida的肌酐酶基因实现在大肠杆菌中实现外源表达，对重组工程菌的发酵培养基和发酵条件的优化，首先在摇瓶培养水平上对发酵培养基营养成分种类和浓度进行了单因素优化，再通过BBD实验对各个因素进行响应面优化设计，得到发酵培养基优化配方：葡萄糖10.30 g/L、酵母浸粉21.80 g/L、磷酸盐137.60 mmol/L、胰蛋白胨15.60 g/L，并在5 L发酵罐中，优化发酵条件：接种量为4%，诱导温度25 ℃，诱导时间18 h，IPTG浓度0.2 mmol/L，溶氧值30%，此时，粗酶液中酶活为470.24 U/mL，此时比酶活力达到367.38U/mg，肌酐酶的产酶量和活性明显提升。

图 发酵罐中IPTG浓度、接种量、温度、时间、溶氧对发酵的影响

团队介绍

河北工业大学生物催化与转化团队由姜艳军教授领衔，团队面向生物制造、生物催化、生物质能源和环境保护等方面的重大需求，构建高效的工业生物催化与转化体系，大幅提高工业生物催化与转化的效率，降低制造成本并减少环境污染，为绿色发展和化工产业转型升级提供有力支撑。

该团队现有教师10人，博士生12人，硕士生54人。团队承担国家“绿色生物制造”重点专项、国家自然科学基金、企业委托课题等项目40余项，发表SCI论文120余篇，申请或授权中国发明专利80余项。团队导师分获天津市自然科学一等奖、河北省自然科学二等奖、中国石油和化工教育教学成果特等奖等奖励，多人次入选国务院特贴专家和天津市“131”创新型人才，并入选“全球前2%顶尖科学家榜单”。团队秉承“面向未来，脚踏实地、终身学习”的理念，坚守立德树人的初心，牢记为国育才的使命，奋发拼搏，勇于开拓。团队培养优秀研究生100余名，17名研究生获得国家奖学金、省级优秀毕业生、省级优秀毕业论文，20余名硕士研究生在清华大学、天津大学、南开大学等国内知名学府继续深造,就业毕业生也在不同行业做出应有贡献。

团队负责人

姜艳军，化工节能过程集成与资源利用国家地方联合工程实验室主任，河北工业大学化工学院副院长，中国轻工业生物转化与天然产物开发重点实验室主任，主要从事生物催化与转化、酶工程等方面的研究。主持或完成国家重点研发计划课题1项、国家自然基金3项、省部级课题10余项，发表SCI论文120余篇，申请专利40余项；获河北省自然科学二等奖、中国化工学会基础研究成果奖二等奖、天津市自然科学一等奖等奖励；入选天津市“131”创新型人才第一层次、河北省“三三三人才工程”、河北省高校百名优秀创新人才、天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才、河北省首批青年拔尖人才以及“全球前2%顶尖科学家榜单”等。

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