同源模建结合分子对接指导的新酶发现策略

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31400684
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

For sustainable development of chemical industry, improving or replacing the traditional chemical process by biocatalysis has become the inevitable trend. Discovery of the ideal and novel enzymes possessing high catalytic activity, high substrate specificity and good stability, will be the fundamental premise of biocatalysis. The public databases hold a large number of the uncharacterized genes, the proteins with uncertain, unknown, or incorrectly annotated functions, and the unfunctional structures. Retrieving and mining the novel and ideal biocatalysts from these unexploited resources, not only has great significance to theory research, but also possesses great potential for industrial application. To date, three strategies have been developed for discovery of novel enzymes or functional assignment of uncharacterized enzymes: direct cloning from genome, key motifs for function guides in silico enzyme identification, and structure-guided discovery of novel enzymes. The existing methods have some shortcomings, such as strong blindness, large experimental workload, and large difficulty. In this project, aiming to mine the novel enzymes with high catalytic activity for interesting substrates targetly, effectively and accurately, we will rationally select the interesting enzymes from the structure level by introducing the technologies of homology modeling and molecular docking, and we will finally develop a new approach for discovery of novel enzymes guided by homology modeling combined with molecular docking. We will choose the α-L-rhamnosidases as the research model, and aid to find novel α-L-rhamnosidases possessing high catalytic activity, wide substrate spectrum, and independent intellectual property right.
利用生物催化技术改造或取代传统化工工艺已成为化学工业可持续发展的必然趋势。开发催化活性高、专一性强以及稳定性高的理想酶制剂是生物催化的基本前提。针对公共数据库中存在大量未表征的新基因序列、功能被错误注释的蛋白序列以及催化功能未知的蛋白结构,从中挖掘开发出新型酶制剂,不仅具有重要的理论意义,也具有良好的工业应用前景。目前新酶发现策略大致有三种:数据库检索直接克隆法,关键基序指导的新酶发现以及三级结构指导的新酶发现。现有方法存在盲目性强、实验工作量大、实施难度大等缺点,本研究立足于高效、精确、靶向挖掘对特定底物(酶促反应)催化活性高的新型酶资源,引入同源模建与分子对接技术在三级结构层面指导优选目标酶基因,旨在建立同源模建结合分子对接指导的新酶发现策略。具体选择α-L-鼠李糖苷酶作为研究模型,力求开发出催化活性高、底物谱广、具有自主知识产权的新型α-L-鼠李糖苷酶,并对生物催化应用进行初步研究。

结项摘要

开发催化活性高、专一性强以及稳定性高的理想酶制剂是生物催化的基本前提。现有新酶发现方法存在盲目性强、实验工作量大、实施难度大等缺点,本项目立足于高效、精确、靶向挖掘对特定底物催化活性高的新型酶资源,创新性引入同源模建与分子对接方法在三级结构层面指导优选目标酶,旨在建立同源模建结合分子对接指导的新酶发现策略。本项目具体选择α-L-鼠李糖苷酶作为研究模型,从CAZy数据库检索α-L-鼠李糖苷酶Rha78序列,依据目标酶来源菌株的生长环境和生理代谢特性以及目标酶氨基酸序列特点初选了250条α-L-鼠李糖苷酶Rha78序列,随后利用同源模建成功构建232个高可信度三级结构模型,最后对目标酶与特定底物(合成底物pNPR与天然底物芦丁)进行分子对接,基于结合自由能排序并优选目标酶,进行异源表达酶学性质验证,本项目已部分建立同源模建结合分子对接指导的新酶发现策略。此外,本项目已建立了基因组信息挖掘新酶发现策略与保守氨基酸基序驱动的宏基因组学新酶发现策略,将有助于快速、靶向挖掘细菌源新型酶资源;本项目亦获得了一系列催化活性高、底物谱广、稳定性高的新型细菌源α-L-鼠李糖苷酶资源,具有广泛的生物催化应用潜力。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
模拟人体胃肠道环境筛选益生乳杆菌
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.150898
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵芳;李艳琴;李彬春
  • 通讯作者:
    李彬春
Characterization of a glycoside hydrolase family 78 α-L-rhamnosidase from Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482 and identification of functional residues
来自 Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482 的糖苷水解酶家族 78 α-L-鼠李糖苷酶的表征和功能残基的鉴定
  • DOI:
    10.1007/s13205-018-1139-9
  • 发表时间:
    2018-02-08
  • 期刊:
    3 BIOTECH
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Li, Binchun;Ji, Yaru;Ding, Guobin
  • 通讯作者:
    Ding, Guobin
基于宏基因组学方法挖掘新型α-L-鼠李糖苷酶资源
  • DOI:
    10.13865/j.cnki.cjbmb.2017.01.10
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生物化学与分子生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁跃斌;李彬春;李艳琴
  • 通讯作者:
    李艳琴
多形拟杆菌α-L-鼠李糖苷酶序列分析与酶学性质
  • DOI:
    10.13865/j.cnki.cjbmb.2017.04.12
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    中国生物化学与分子生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李彬春;吉亚茹;李艳琴;丁国斌
  • 通讯作者:
    丁国斌
Antioxidant activity of flavonoids from tartary buckwheat bran
苦荞麦麸黄酮类化合物的抗氧化活性
  • DOI:
    10.1080/02772248.2015.1123486
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    TOXICOLOGICAL AND ENVIRONMENTAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Li, Binchun;Li, Yanqin;Hu, Qiaobin
  • 通讯作者:
    Hu, Qiaobin

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其他文献

10-羟基喜树碱的光谱性质、抗肿瘤活性及应用于细胞标记研究
  • DOI:
    10.7503/cjcu20140575
  • 发表时间:
    2014-10
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁国斌;李彬春;郭轶;徐力
  • 通讯作者:
    徐力
矿区不同植被复垦模式对土壤细菌群落结构的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贺龙;李艳琴;李彬春;李君剑
  • 通讯作者:
    李君剑

其他文献

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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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