源于假单胞菌的硫醚单加氧酶工程菌的构建与改造及其在手性亚砜类药物合成中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31460230
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    54.0万
  • 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:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Asymmetric oxidation of thioethers catalyzed by monooxygenase is a novel pathway for green synthesis of chiral sulfoxide drugs. However, it is difficult to obtain monoxygenases with high catalytic efficiency. In our previous studies, a Pseudomonas bacterial strain expressing monooxygenase which can catalyze thioethers converts to chiral sulfoxide efficiently was obtained. The genome sequencing of this Pseudomonas was then performed. In this project, all genes encoding monooxygenase will be screened based on the genome information, followed by gene expression analysis. Meanwhile, protein purification will be performed to isolation monooxygenases from the total protein of our bacterial strain. Subsequently, candidate genes confirmed by these two steps will be cloned to expression vectors and transformed into E.coli. After optimization of recombinant protein expression, the whole cell or cell extract of genetically engineered bacterium will be used as catalyst to synthesize chiral sulfoxide for the screening of thioether monooxygenases. Afterwards, the coenzyme regeneration system of monooxygenases will be established and the DNA directed evolution of monooxygenase genes will be performed to improve the catalytic efficiency of monooxygenases selected. Thus, this project expects to obtain several novel efficient thioether monooxygenases with independent intellectual property rights. At last, our monoxygenases will be used to synthesize some widely uesd chiral sulfoxide druges to lay a fundation for their industrialized application in future. The process of this project is significant for the chiral sulfoxides asymmetric synthesis through biological catalysis and the green synthesis of chiral drug.
单加氧酶催化的硫醚底物的不对称氧化反应是手性亚砜类药物绿色合成的新途径之一,而寻求高催化效率和高底物耐受性的硫醚单加氧酶仍是其难点和瓶颈。课题组前期筛选发现了一株高效催化硫醚底物生成手性亚砜的产单加氧酶假单胞菌,并进行了基因组测序。本项目拟利用其基因组信息,系统发掘基因组中的单加氧酶相关基因,研究其表达情况;同时结合蛋白质分离纯化技术从菌株总蛋白中分离单加氧酶并进行质谱鉴定。结合前两步确定和克隆候选基因,构建基因工程菌作为催化剂,筛选获得能高效催化硫醚底物生成手性亚砜的单加氧酶及相应工程菌株。接着研究其辅酶再生机制和循环系统以提高酶的催化效率,并通过DNA定向进化技术改造和进化酶,力争获得高底物耐受性和高活性的硫醚单加氧酶,应用于一些常用手性亚砜类药物的直接生物催化合成,并初步探索相关催化机制。本项目的研究有助于实现手性亚砜类药物的绿色合成,对推动生物催化在手性药物合成中的应用有重要意义。

结项摘要

生物酶催化的不对称反应是手性亚砜类药物绿色合成的新途径之一,而寻求高催化效率和高底物耐受性的生物酶一直是该领域的难点和瓶颈。在本项目的资助下,课题组从前期获得的一株假单胞菌以及Genbank数据库中,筛选并克隆了11个氧化酶基因和15个还原酶基因。通过重组表达,获得了相应的重组酶蛋白和基因工程菌。以重组酶蛋白或者含重组酶蛋白的基因工程菌为催化剂,通过硫醚底物的不对称氧化或者消旋体亚砜底物的不对称拆分手段,可有效制备R构型或S构型手性亚砜。其中:项目组获得的氧化酶pmSty能有效催化2-10 mM浓度下苯甲硫醚的氧化,转化率为56-91%,获得ee值42-68%的(S)-亚砜产物;项目组获得的ppMsrB和arMsrB在底物浓度为2 mM时,能有效还原体系中的R构型苯甲亚砜,生成ee值分别为63.6%和71.9的S构型苯甲亚砜。更重要的是,本研究发现的还原酶pmMsrA和paMsrA可分别实现R构型手性亚砜在高达200 mM和320 mM(45 g/L)底物浓度下的生物催化合成,产物ee值均大于99%,且产率接近理论最大值。这是目前手性亚砜生物催化合成领域单一重组酶催化所能达到的最大底物浓度。本项目的实施有助于实现手性亚砜类药物的绿色合成,对推动生物催化在手性药物合成中的应用有重要价值。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(6)
假单胞菌甲苯双加氧酶在手性亚砜合成中的活性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生物技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周阳;彭辽天;文原梅;袁志美;欧刚卫;杨加伟
  • 通讯作者:
    杨加伟
假单胞菌甲苯单加氧酶基因的克隆表达及其在手性亚砜合成中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周阳;刘莉;宋宇;吴奇梅;欧国香;彭雪娇;欧刚卫;杨加伟
  • 通讯作者:
    杨加伟
Biocatalytic Preparation of Chiral Sulfoxides through Asymmetric Reductive Resolution by Methionine Sulfoxide Reductase A
蛋氨酸亚砜还原酶 A 不对称还原拆分生物催化制备手性亚砜
  • DOI:
    10.1002/cctc.201800279
  • 发表时间:
    2018-08-13
  • 期刊:
    CHEMCATCHEM
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Peng, Liaotian;Wen, Yuanmei;Yang, Jiawei
  • 通讯作者:
    Yang, Jiawei
pmMsrA 的生物信息学及底物对接分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    生物技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁志美;欧刚卫;周阳;彭辽天;杨加伟
  • 通讯作者:
    杨加伟
假单胞菌单加氧酶基因的克隆表达及其在手性亚砜生物催化合成中的活性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    基因组学与应用生物学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁志美;李林艳;邓成念;郝丽颖;仇治梅;欧刚卫;杨加伟
  • 通讯作者:
    杨加伟

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其他文献

单加氧酶基因筛选表达及其在苯甲亚砜中的合成应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    遵义医学院学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    郑代军;李长福;杨加伟;陈永正
  • 通讯作者:
    陈永正
几丁质酶及β-1,3-葡聚糖基因转化橡胶树的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国农学通报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    黄天带;孙爱花;杨加伟;华玉伟;黄华孙
  • 通讯作者:
    黄华孙

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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

        graph TD
          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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