以淀粉为底物高效制备海藻糖的酶学基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31771916
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2002.食品生物化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Trehalose is a non-reducing disaccharide that comprises two glucose molecules connected by an α-1,1 linkage, which is used as high quality sweetener and natural food preservative. It is an urgent problem to be solved that how to prepare trehalose with high efficiency and low cost to meet its growing demand. Maltooligosyltrehalose synthase (MTSase) and maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (MTHase) are the key enzymes in the preparation of trehalose using starch as substrate. It is indicated from literature and the previous results of applicants that the poor maltotetraose/maltotriose affinity of MTSase, and the production of by-products maltose and glucose catalyzed by MTHase act as the major limitations for increasing the trehalose yield. According to these factors, this project aims to explore the mechanisms of the substrate affinity of MTSase and the by-products production by MTHase, and subsequently obtain new MTSase and MTHase by gene mining and function reconstruction. Furthermore, the project intends to reveal the enzyme conversion mechanism and regulation strategy, based on the complexity of the starch substrate and versatility of products in the reaction process, and then construct the high-efficient enzyme catalysis system for preparation of trehalose. This project will provide the significant theoretical basis not only for the structure and function of MTSase and MTHase, but also for the more efficient preparation of trehalose.
海藻糖是由两个葡萄糖通过α-1,1-糖苷键连接而成的非还原性二糖,是一种优质食用甜味糖和天然食品保鲜剂。如何高效低成本制备海藻糖以满足其日益增长的需求为目前亟需解决的问题。麦芽寡糖基海藻糖合成酶(MTSase)和麦芽寡糖基海藻糖水解酶(MTHase)是以淀粉为底物制备海藻糖的关键酶。综合文献资料及申请人前期工作分析发现,MTSase对麦芽四糖和麦芽三糖亲和性差,以及MTHase水解麦芽寡糖产生麦芽糖和葡萄糖副产物为制约海藻糖产率提升的关键因素。针对这些问题,本项目将在研究MTSase底物亲和性和MTHase副产物产生机制基础上,开展酶基因挖掘和功能优化,获得新型MTSase和MTHase;针对淀粉底物复杂性和中间产物多样性,探索酶反应机制和调控策略,构建高效制备海藻糖的酶反应体系。本项目将为MTSase和MTHase结构功能研究以及海藻糖高效制备奠定重要的理论基础。

结项摘要

海藻糖由两个葡萄糖基通过α-1,1糖苷键连接形成,是一种安全、稳定的天然二糖,素有“生命之糖”的美誉,作为优质食用甜味糖和天然食品保鲜剂,广泛用于饮料、糖果、烘焙和速冻食品等领域。为了解决海藻糖制备用酶应用性能低成本高的问题,本研究结合晶体结构解析和分子改造,获得了催化性能和热稳定性提升的麦芽寡糖基海藻糖合成酶突变体,并通过定向进化获得了热稳定性提升的麦芽寡糖基海藻糖水解酶突变体,提高了海藻糖产量,同时有助于降低微生物污染机率,并进一步探究了相关分子机制;针对海藻糖制备过程中寡糖中间体难以利用的瓶颈问题,提出了利用高特异性歧化反应将寡糖分子延长再利用的思路,并通过基因挖掘和分子改造获得了对麦芽寡糖亲和力强的环糊精葡萄糖基转移酶;将以上三种海藻糖制备用酶在枯草芽孢杆菌中进行重组表达和发酵制备,并构建了以淀粉为底物制备海藻糖的多酶偶联催化体系,获得了海藻糖高效酶法制备。相关研究成果发表论文13篇(其中SCI论文8篇),授权发明专利9件(国际专利2件),申请发明专利2件,获国家技术发明二等奖和中国商业联合会科技进步奖特等奖。培养博士研究生2名,硕士研究生4名。相关产品在企业实施了成果转化及应用。本项目的研究不仅对海藻糖制备用酶的功能优化具有重要指导意义,而且为推动海藻糖产业革新发展以及其他食品酶生产和应用提供了重要借鉴。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(11)
定向进化提高来源于Arthrobacter ramosus 的MTHase的热稳定性
  • DOI:
    10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2020-0910
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物技术通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈春;宿玲恰;夏伟;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬
多酶复配合成海藻糖及其分离提取的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国生物工程杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    封金云;宿玲恰;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬
Improved production of cyclodextrin glycosyltransferase from Bacillus stearothermophilus NO2 in Escherichia coli via directed evolution
通过定向进化提高大肠杆菌中嗜热脂肪芽孢杆菌 NO2 环糊精糖基转移酶的产量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Xiumei Tao;Lingqia Su;Lei Wang;Xixi Chen;Jing Wu
  • 通讯作者:
    Jing Wu
Enhanced the catalytic efficiency and thermostability of maltooligosyltrehalose synthase from Arthrobacter ramosus by directed evolution
通过定向进化增强支枝节杆菌麦芽低聚海藻糖合酶的催化效率和热稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.bej.2020.107724
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Biochemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chun Chen;Lingqia Su;Lian Wu;Jiahai Zhou;Jing Wu
  • 通讯作者:
    Jing Wu
Sulfolobus acidocaldarius ATCC 33909麦芽寡糖基海藻糖水解酶突变株的酶学性质及其制备海藻糖的条件优化
  • DOI:
    10.13995/j.cnki.11-1802/ts.016962
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    食品与发酵工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王振栋;宿玲恰;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬

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其他文献

启动子对枯草芽孢杆菌表达环糊精葡萄糖基转移酶的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李云菲;宿玲恰;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬
重组Bacillus subtilis产B. stearothermophilus环糊精葡萄糖基转移酶的发酵优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄燕;汪天;吴敬;宿玲恰
  • 通讯作者:
    宿玲恰
大肠杆菌α-溶血素分泌途径研究进展
  • DOI:
    10.1111/1365-2656.13968
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宿玲恰;陈晟;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬
Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655海藻糖酶Tre F的重组表达及性质研究
大肠杆菌
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于林港;Yu Lingang;宿玲恰;Su Lingqia;吴敬;Wu Jing
  • 通讯作者:
    Wu Jing
淀粉基未来食品及其制备方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    食品与生物技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宿玲恰;吴敬
  • 通讯作者:
    吴敬

其他文献

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宿玲恰的其他基金

环糊精葡萄糖基转移酶催化制备2-氧-α-D-吡喃葡萄糖基-L-抗坏血酸中的关键问题研究
  • 批准号:
    31501419
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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