[發明專利]一種纖維素酶及其基因

在審

• 申請號: 201510519302.4
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105087518A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 魏云林;崔尹贍;季秀玲;浦紹占;林連兵;張琦
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C12N9/24
• 分類號: C12N9/24;C12N15/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及生物技術領域和酶工程領域，具體涉及一種纖維素酶及編碼該酶的基因，含有其編碼基因的重組載體、基因工程菌及其應用。

背景技術

纖維素是地球上非常豐富的可再生資源，在中國這樣的農業大國其來源廣泛，但是目前的利用率卻十分低下。這主要是因為在自然條件下的纖維素資源常與木質素、半纖維素等物質結合在一起，并且纖維素具有水不容性的高結晶構造，使得纖維素在自然條件下難以被高效、迅速地分解。目前使用纖維素酶對其進行降解是一個切實可行并且有效的方法，因此，如何開發新的能高效、充分利用纖維素的酶制劑是至關重要的。

纖維素是一種大分子多糖，其結構只要是由D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵相聯結而構成的具有復雜結構的結晶分子，分子量50000-2500000。其分子間存在氫鍵，通常情況下比較穩定，不溶于水及一般有機溶劑，是植物細胞壁的主要成分。在一定的條件下，纖維素可與水發生水解反應，氧橋斷裂，同時水分子加入，纖維素由長鏈分子變為短鏈分子，直至氧橋全部斷裂，最終產物是葡萄糖分子。

纖維素酶是指能夠水解纖維素β-1,4-葡萄糖苷鍵，使得纖維素變成纖維二糖和葡萄糖的一類酶系的總稱，根據對糖苷鍵不同的催化作用，可以分為外切葡聚糖苷酶（1,4-β-D-glucanase或exo-1,4-β-D-glucanase，EC3.2.1.91，來自真菌的簡稱CBH，來自細菌的簡稱Cex），內切葡聚糖苷酶（1,4-β-D-glueanase或endo-1,4-β-D-glueanase，EC3.2.1.4，CMC酶，來自真菌的簡稱EG，來自細菌的簡稱Cen)和β-葡聚糖苷酶(β-1,4-glucosidase，EC3.2.1.21，簡稱BG)。

纖維素酶降解纖維素是酶的各組分之間協同作用的結果，目前主要有兩種觀點：一種認為，首先由內切葡聚糖苷酶(EG)作用于纖維素分子內部的無定型區，隨機水解β-1,4-糖苷鍵，將長的纖維素分子截短，產生大量不同長度的帶非還原性末端的小分子纖維素，然后再由外切葡聚糖酶(CBH)由末端水解纖維二糖，每次切下1個纖維二糖分子，最后由β-葡聚糖苷酶(BG)將纖維二糖以及短鏈的纖維寡糖水解為葡萄糖。另一種觀點則認為首先是由CBH水解不溶性纖維素使其變為可溶性的纖維糊精和纖維二糖，然后由EG將纖維糊精生產纖維二糖，再由BG將纖維二糖分解成兩個葡萄糖。

在纖維素酶的研究中，對產纖維素酶菌株進行篩選是最常用的辦法，但是自然環境中篩選得到的產纖維素酶菌株往往具有一些缺陷，如活性低，生產緩慢，培養基要求高等。所以從細菌和真菌中克隆纖維素酶基因，然后在表達系統中進行異源表達構建能產生高性能纖維素酶的工程菌是一個很好的方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種纖維素酶，編碼該酶的基因，含有其編碼基因的重組載體、基因工程菌及其應用。

本發明采用的技術方案如下：

本發明旨在提供一種從芽孢桿菌（Bacillus.sp）（菌株保藏號：CGMCCNo.5312）中分離得到的纖維素酶基因CelA（該菌株公開在申請號201110435707.1的專利中），該基因核苷酸序列或核苷酸序列的片段如SEQIDNO：1所示，或與SEQIDNO：1互補的核苷酸序列，該基因序列長度為1041bp（堿基）,該基因編碼的氨基酸序列如SEQIDNO：2所示。

本發明的核苷酸序列是DNA形式的，包括cDNA、基因組DNA或人工合成的DNA，可以是單鏈的或是雙鏈的。由于核苷酸序列的特殊性，任何與SEQIDNO：1所示的核苷酸序列具有80%以上同源性且具有相同功能的多核苷酸變體，均在本發明的保護范圍之內。所述多核苷酸變體是指一種具有一個或多個核苷酸改變的多核苷酸序列，可以使用本領域所熟知的取代、缺失或插入變異來獲得。

本發明中的纖維素酶基因編碼的氨基酸序列是具有SEQIDNO：2所示的氨基酸殘基序列的多肽或蛋白質。由于氨基酸序列的特殊性，只要是含有SEQIDNO：2所示氨基酸序列的多肽片段或其變體，如其保守性變體、生物活性片段或衍生物與SEQIDNO：2所示的氨基酸殘基序列具有90%以上同源性且具有相同活性的蛋白質，均在本發明的保護范圍之內。這些方法包括氨基酸序列中氨基酸殘基的缺失、插入、化學修飾或替換，所述蛋白可以是重組蛋白、天然蛋白或合成蛋白。

本發明的另一目的是提供一種含有纖維素酶基因的重組表達載體，是將SEQIDNO：1所示基因直接與不同表達載體連接所構建的重組載體。