GDSL酯酶的定向进化与分子改造研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31600083
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Cephalosporins are the most widely employed antibiotics in clinical practice for the treatment of bacterial infection which used 7-Aminocephalosporaninc acid (7-ACA) as the primary precursor for synthesis. In recent years, development of new antibiotics is required due to the emergence of bacterial resistance and other problems. Deacetylation of 7-ACA at position 3 can form hydroxyl which can be used to transform various functional groups to synthesize new cephalosporins products. Deacetylases are needed in this process. In our previous work, we found that GDSL esterases from thermophiles have deacetylase activity. However, the similarities between the enzymes in our work and other esterases with the same functions are very low. So, they are deserved to be further studied. In this study, directed evolution will be applied for the modification of GDSL esterases to improve catalytic activity and substrate specificity. Meantime, combined with protein structure and site-directed mutagenesis, the catalytic mechanism will be intensively determined. This work not only can help better understand the catalytic mechanism of GDSL esterases but also can provide theoretical basis for the acquisition of industrial enzymes with higher catalytic activities.
头孢类抗生素是目前临床治疗细菌感染最常见的药物,主要以7-氨基头孢烷酸(7-Aminocephalosporanic acid, 7-ACA)为母体合成。近年来,随着细菌耐药性等问题的出现,开发新型抗生素成为趋势。7-ACA在3位上脱乙酰化形成羟基,能转化各种官能团,合成新型头孢类产品,此过程需要脱乙酰化酶参与完成。申请人在前期研究中发现来源于嗜热微生物的GDSL酯酶对7-ACA具有脱乙酰化作用,但与现有报道的具有此功能的所有酯酶有很低序列相似性,具有研究挖掘的潜力。课题拟采用定向进化策略对GDSL酯酶进行改造,提高酶催化活力、改善底物特异性。同时,对GDSL酯酶进行结构解析,并结合定点突变技术,解析其结构和功能关系及催化机理。该工作可以加深对此类酶催化机制的理解,为获得更高活力的工业酶奠定理论基础。

结项摘要

头孢类抗生素是目前临床治疗细菌感染最常见的药物,主要以7-氨基头孢烷酸(7-Aminocephalosporanic acid,7-ACA)为母体合成。近年来,随着细菌耐药性等问题的出现,开发新型抗生素成为趋势。7-ACA在3位上脱乙酰化形成羟基,能转化各种官能团,合成新型头孢类产品,此过程需要脱乙酰化酶参与完成。前期研究中,我们鉴定到了两个来源于GDSL家族的酯酶:Est8和EstD1,二者均具有7-ACA脱乙酰化活性,但活性较低。通过本项目的实施,我们利用定向进化-易错PCR手段,获得了一株对7-ACA脱乙酰化活性提高了2.7倍的突变子Est8-G45R(Est8第45位氨基酸由甘氨酸突变为精氨酸);利用悬滴蒸汽扩散法得到了Est8和EstD1的蛋白晶体,经X-Ray衍射后分别收集到了2.3 Å和2.5 Å的衍射数据,解析了Est8和EstD1的蛋白三维结构;结合对Est8第45位氨基酸的定点突变及Est8的蛋白三维结构,解析了Est8第45位氨基酸的带电性与酶活性存在相关性,且带正电荷氨基酸显著提高酶活性,初步阐述了酯酶Est8与底物7-ACA结合的作用机制。通过该项目的实施,加深了对GDSL家族酯酶催化机制的理解,并为获得高活力的工业酶奠定了理论基础。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
A thermostable and alkaline GDSL-motif esterase from Bacillus sp. K91: crystallization and X-ray crystallographic analysis.
来自芽孢杆菌 K91 的热稳定性和碱性 GDSL 基序酯酶:结晶和 X 射线晶体分析
  • DOI:
    10.1107/s2053230x18000353
  • 发表时间:
    2018-02-01
  • 期刊:
    Acta crystallographica. Section F, Structural biology communications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ding J;Zhu H;Ye Y;Li J;Han N;Wu Q;Huang Z;Meng Z
  • 通讯作者:
    Meng Z
Identification and characterization of an acetyl esterase from Paenibacillus sp. XW-6-66 and its novel function in 7-aminocephalosporanic acid deacetylation
类芽孢杆菌乙酰酯酶的鉴定和表征。
  • DOI:
    10.1007/s10529-019-02709-y
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Biotechnol Lett
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Junmei Ding;Yang Zhou;Hujie Zhu;Ming Deng;Liangchuan Long;Yunjuan Yang;Qian Wu;Zuni Huang
  • 通讯作者:
    Zuni Huang
微生物细胞色素P450酶及其对异源物质的代谢研究进展
  • DOI:
    10.19675/j.cnki.1006-687x.2017.06026
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    应用与环境生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁俊美;李国涛;黄遵锡
  • 通讯作者:
    黄遵锡

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其他文献

粪便微生物宏基因组来源的热稳定性邻苯二酚1,2-双加氧酶异源表达及酶学性质
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.160789
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓梦;杨正凤;黄遵锡;戴利铭;沈骥冬;李俊俊;唐湘华;慕跃林;周峻沛;丁俊美;韩楠玉;吴倩;许波
  • 通讯作者:
    许波
倭蜂猴粪便微生物苯酚羟化酶和邻苯二酚1,2-双加氧酶基因多样性研究
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.150070
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    熊彩云;许波;戴利铭;李俊俊;唐湘华;慕跃林;杨云娟;周峻沛;丁俊美;黄遵锡
  • 通讯作者:
    黄遵锡

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丁俊美的其他基金

腾冲脂环酸芽孢杆菌D-1中AtCas9的结构特征及作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
腾冲脂环酸芽孢杆菌D-1中新型CRISPR/Cas9系统作用机制研究
  • 批准号:
    31960023
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    41 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
Asr1p在酿酒酵母细胞周期G2/M转变中的作用机制
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    31460022
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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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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